等级结构形成

在标准宇宙学模型中，结构是从下而上增长的，小的暗物质晕首先形成，然后合并成更大的系统，这些系统承载着星系。

Definition

等级结构形成是指早期宇宙中小的过密度首先坍缩成低质量暗物质晕，然后这些暗物质晕通过合并和吸积，逐步构建出更大的晕以及它们所包含的星系、星系群和星系团的过程。

Scope

本主题涵盖了引力不稳定性导致的密度波动增长、暗物质晕的自下而上组装、晕群的统计描述（如晕质量函数）、合并树的作用以及追踪宇宙结构形成的数值模拟。

Core questions

• 小的密度波动如何成长为束缚的暗物质晕？
• 什么统计定律描述了晕丰度与质量的关系？
• 晕的合并历史如何表示和计算？
• 宇宙学模拟如何再现观测到的宇宙网？

Key theories

Press-Schechter晕丰度

Press和Schechter根据高斯密度波动的统计数据，推导出了坍缩晕数量密度随质量和时间变化的解析预测。

自下而上组装

冷暗物质宇宙学预测，最小的结构首先坍缩并向上合并，因此星系是在等级增长的晕中形成的，而不是从更大的系统中碎裂出来的。

宇宙学N体模拟

大规模模拟追踪数十亿个粒子，再现了由星系丝、晕和空洞组成的宇宙网，为检验结构形成提供了量化基础。

Clinical relevance

等级结构形成将宇宙学设定的初始条件与当今星系的分布联系起来，为解释星系形成、聚类和宇宙大尺度结构提供了框架。

History

Press和Schechter在1974年首次提出了量化晕丰度的形式，White和Rees在1978年提出了将星系置于不断增长的晕中的理论。冷暗物质宇宙学的兴起和日益强大的模拟，最终形成了诸如千禧年模拟（Millennium Simulation）等里程碑式的运行，确立了等级形成作为标准图景。

Key figures

• William Press
• Paul Schechter
• Simon White
• Volker Springel

Seminal works

• pressschechter1974
• white1978
• springel2005

Frequently asked questions

自下而上的结构形成意味着什么？

它意味着小结构首先形成。在冷暗物质宇宙学中，低质量的晕最早坍缩，然后通过合并和吸积组装成更大的晕、星系群和星系团，这与大结构碎裂的自上而下情景相反。

为什么研究结构形成需要计算机模拟？

一旦密度波动变得很大，它们的增长就高度非线性，并涉及大量粒子的引力相互作用。数值模拟是准确跟踪这种演化并将其与观测到的结构进行比较的唯一方法。