近日，吉林大学物理学院 “鼎新学者”王云博士和何平教授在对宇宙重子流体的湍动研究中取得重要进展，相关成果以“Turbulence, Thermal Pressure, and Their Dynamical Effects on Cosmic Baryonic Fluid”为题，发表在国际顶级天文学期刊《皇家天文学会月刊：快报》。

近几十年来，宇宙大尺度结构中重子流体的湍动性质受到越来越多的关注，成为了宇宙学的研究热点。在本工作中，研究人员基于连续小波变换设计了全局和环境依赖的能谱 (global and environment-dependent energy spectra)，并用其检验了世界上最先进的宇宙流体动力学模拟项目IllustrisTNG的重子速度场的湍动和热动性质。结果显示，在红移4到2时期，湍流压强谱出现小幅增大；而从红移2到1，在大尺度上湍流能谱的幅值显著增大，表明湍流逐渐注入重子流体；从红移1到0，湍流能谱几乎保持不变，表明湍流可能通过能量转移和耗散达到平衡 （图一）。 此外，湍流能谱幅值也随着环境密度的增大而增大，在最高密度区域，湍动压强达到了热压强的六倍（图二）。

在以往的大部分研究中，湍动压强被认为是除热压强外对抗引力塌缩、解决气体过冷却问题的另一重要途径。然而在本工作中，通过分析重子流体的动力学效应，研究人员发现，湍动压强扮演了与热压强截然相反的角色（图三），这挑战了人们以往对湍动压强的普遍认知。该结论将对宇宙结构形成、星系的形成和演化的研究产生重要影响。

图一. 左：全局湍流能谱（实线）和热能谱（虚线）的红移演化。右：湍流能谱与热能谱之比。

图二. 左：红移0时期的环境依赖湍流能谱（实线）与热能谱（虚线）。右：湍流能谱与热能谱之比。

图三. 重子流体湍动（蓝色）和热动（绿色）的动力学效应，以及它们的组合效应（红色）。

文章第一作者为吉林大学物理学院“鼎新学者”博士后王云，通讯作者为吉林大学物理学院何平教授。该工作得到了国家自然科学基金委、吉林省自然科学基金的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1093/mnrasl/slae073

《MNRAS Letters》简介

全称：Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

出版商：Oxford University Press（英国牛津大学出版社）

影响因子：4.8

声誉与贡献：自然指数杂志（Nature Index Journals）收录的三大天文学期刊之一，在国际天文学界享有极高的声誉，对于推动天文学领域的知识进步和学术交流发挥着重要作用。

官方网站：https://academic.oup.com/mnras