任意声速下暗能量的球形坍缩

扩展球形坍缩和加速宇宙

Extended Spherical Collapse and the Accelerating Universe

在Einstein-de Sitter（EdS）模型和$Λ$ CDM模型的框架下，讨论了剪切应力和角动量对非线性球形坍缩模型的影响.通过假设真空分量是不是集群内的均匀非球形的超密度，我们展示了如何本地旋转和剪切影响的线性密度阈值的非相对论组件（$δ_\mathrm{c}$）和它的维里超密度（$Δ_\mathrm{V}$）崩溃。它还发现，在银河系尺度的剪切和旋转的净效应是负责较高的值的线性过密度参数相比，标准的球形塌缩模型（没有剪切和旋转）。

暗能量宇宙学中的剪切球坍缩模型和angular momentum

Spherical collapse model with shear and angular momentum in dark energy cosmologies

我们研究，第一次，如何剪切和角动量修改典型参数的球形坍缩模型，在暗能量占主导地位的宇宙。特别地，我们研究了几种暗能量模型的线性密度阈值$δ_\mathrm{c}$和维里超密度$Δ_\mathrm{V}$，以及它对累积质量函数的影响。球形坍缩的方程是Pace等人（2010）获得的方程，他们使用来自牛顿流体力学的密度对比演化的完全非线性微分方程，并假设暗能量仅存在于背景水平。由于引入了剪切和旋转项，球形坍塌模型的参数现在是质量相关的。本文的结果表明，正如预期的那样，在球形塌缩模型中考虑的新条款反对星系尺度上的扰动崩溃，从而导致相对于非旋转的情况下，更高的线性过密度参数值。我们发现一个类似的效果也为维里密度参数。对于质量函数，我们发现它的高质量尾部被抑制，而低质量尾部受到轻微影响，除了在某些情况下，例如Chaubergin气体的情况。

暗物质晕球形坍缩中的切变和涡度

Shear and vorticity in the spherical collapse of dark matter haloes

传统的球形塌陷的对象研究相对于一个统一的背景密度，产生的临界过密度$δ_\mathrm{c}$作为维里化对象的质量函数的关键成分。本文研究高斯随机场中作用于峰值的剪切和旋转。通过假设坍缩的物体主要形成在这些峰值处，我们使用这种剪切和旋转作为外部效应来改变球形坍缩的动力学，这是由Raychaudhuri方程描述的。因此，我们假设剪切和旋转在它们的宇宙演化之上没有额外的动力学，因此在微分方程中只表现为不均匀性。

Spherical collapse of non-top-hat profiles in the presence of dark energy with arbitrary sound speed

We study the spherical collapse of non-top-hat matter fluctuations in the presence of dark energy with arbitrary sound speed. The model is described by a system of partial differential equations solved using a pseudo-spectral method with collocation points. This method can reproduce the known analytical solutions in the linear regime with an accuracy better than $10^{-6}\%$ and better than $10^{-2}\%$ for the virialization threshold given by the usual spherical collapse model. We show the impact of nonlinear dark energy fluctuations on matter profiles, matter peculiar velocity and gravitationa…

$Λ$ CDM中物质的准球形坍缩

Quasi-spherical collapse of matter in $Λ$CDM

我们报告的宇宙流体方程的新的精确的解析解的结果，即初始条件的情况下，扰动接近一个球形的顶帽配置文件。要做到这一点，我们使流体描述的拉格朗日坐标的方法，并证明收敛的泰勒级数表示的拉格朗日位移场，直到崩溃的时间（“壳交叉”）。这使得准球形崩溃的时间，这是发生一般早于在球形的情况下，确定。出于教学的原因，计算首先给出了一个空间平坦的宇宙，只充满了冷暗物质（CDM）的非相对论成分。然后，该方法被更新为一个$Λ$ CDM宇宙，包括宇宙学常数$Λ>0$。

拉伸的真相：具有多尺度球形坍缩的非微扰宇宙学实现

Truthing the stretch: Non-perturbative cosmological realizations with multiscale spherical collapse

在这里，我们提出了一个简单的，无参数，非微扰算法，使低红移宇宙粒子实现精确到几兆秒差距尺度，称为MUSCLE（多尺度球形坍缩演化）。它与产生N体模拟初始条件的成本几乎相同，因为它与“拉伸”参数λ，位移场的拉格朗日散度一起工作。它有望在快速制作模拟目录，并简化计算密集型星系调查重建有用。MUSCLE在多个高斯平滑尺度上应用球形塌陷处方。它比微扰格式（Zel'dovich和2LPT）具有更高的精度，并且通过包括云中空洞过程（大规模塌陷区域中的空洞），解决了单尺度球形塌陷格式的问题。通过在大尺度上混合2LPT估计，可能会有轻微的进一步改善。此外，我们显示了不同形态（空隙，墙壁，细丝，晕）的行为。生成这些实现的Python代码可以在http://skysrv.pha.jhu.edu/~neyrinck/muscle.html上获得。

f（R）理论中的球坍缩和晕质量函数

Spherical collapse and halo mass function in f(R) theories

计算了一类f（R）修正引力模型中球对称超密度的临界坍缩密度。我们首次推导了爱因斯坦方程、标量场方程和非线性流体方程，并做出了最小的简化假设，即度规势和标量场在整个坍缩过程中保持准静态。最初演变的顶帽配置文件，我们发现，密度阈值崩溃显着依赖于施加的初始条件，特别是选择的大小和形状。通过施加“自然”的初始条件，我们得到了一个拟合函数的球形塌缩delta_c的塌缩红移的函数，质量的超密度和f_{R0}，背景标量场值在z=0。通过扩展delta_c到漂移和扩散势垒的漂移集理论的背景下，我们得到了一个现实的质量函数，可能会被用来面对这类标量张量模型与观测的暗物质晕。提出的晕质量函数的解析公式进行了测试，对Monte Carlo随机行走的移动障碍的广泛的类，因此可以应用到其他修改的重力理论。

Top-Hat Spherical Collapse with Clustering Dark Energy. I. Radius Evolution and Critical Contrast Density

Understanding the influence of dark energy on the formation of structures is currently a major challenge in Cosmology, since it can distinguish otherwise degenerated viable models. In this work we consider the Top-Hat Spherical-Collapse (SC) model with dark energy, which can partially (or totally) cluster, according to a free parameter $γ$. The {\it lack of} energy conservation has to be taken into account accordingly, as we will show. We determine characteristic quantities for the SC model, such as the critical contrast density and radius evolution, with particular emphasis on their dependenc…

一般Chaobergin气体主导的宇宙中的球形“顶帽”坍缩

Spherical `Top-Hat' Collapse in general Chaplygin gas dominated universes

我们扩大了以前的工作在广义Chaubergin气体（gCg）占主导地位的宇宙中的球形“顶帽”崩溃（SC-TH）框架。在这里，我们允许系统内所有能量成分的坍缩。我们分析了gCg模型参数α的各种选择的崩溃的非线性阶段，引入了所谓的有效声速$c_{eff}^2$的精确公式。我们发现，在SC-TH框架内，随着α值的增加，结构的生长变得更快。

Spherical collapse in DGP braneworld cosmology

The DGP (Dvali, Gabadaze and Porrati) braneworld cosmology gives an alternative to dark energy. In DGP cosmology the alleged cosmic acceleration is generated by the modification of gravity theory. Nonlinear evolution of matter density contrast in DGP braneworld cosmology is studied in the present work. The semi-analytic approach of spherical collapse of matter overdensity is adopted in the present context to study the nonliner evolution. Further, the number count of galaxy clusters along the redshift is studied for the DGP cosmology using Press-Schechter and Sheth-Tormen mass function formalis…

与暗物质非形式耦合的暗能量模型中的球形坍缩和团数计数

Spherical collapse and cluster number counts in dark energy models disformally coupled to dark matter

我们研究了暗能量和暗物质之间的非形式耦合对球形坍缩的预测及其在星系团数计数中的特征的影响。我们发现在高红移时，特别是在物质支配时期，非形式耦合对球坍缩没有显著影响。然而，在较低的红移，外推的线性密度对比度接近红移$z \lesssim 1$和超密度在维里化崩溃可以强烈抑制之间的非正式耦合暗能量和暗物质。我们还发现非形式耦合与共形耦合对团簇数计数有不同的影响，非形式耦合可以强烈地抑制$z > 0.1$处预测的团簇数，而增加$z < 0.05$处的团簇数.利用eROSITA观测的规范，我们发现暗能量和暗物质之间的非形式耦合可以被团簇数紧密地约束。

具有离散暗能量的球形坍缩模型

Spherical Collapse Models with Clustered Dark Energy

利用球形坍缩模型研究了暗能量（DE）在星系团形成中的成团效应。假设一个完全聚集的DE分量，球形过密区域被视为一个孤立系，它分别为球形区域内的物质和DE保存的能量。然后，通过引入一个参数$r$来表征DE的聚集程度，该参数定义为物质与DE在坍缩过程中的非线性密度对比度，即$r\equiv \nld_{\de,\ta}/\nld_{\m,\ta}$，我们能够唯一地确定球形坍缩过程，从而通过适当的维里化方案获得维里化的超密度$\Dvir$.根据目前对星系团的观测，对维里化超密度的估计表明，对于具有$w < -0.9$的成簇DE，在$1σ$水平上的$0.5 < r < 0.8$.此外，我们比较我们的方法与线性微扰理论，处理DE扰动的增长在早期。虽然这两个结果是相互一致的，我们的方法是实际上很简单，它表明崩溃过程是相当独立的初始DE扰动和它的演变在早期。

球形坍缩、形成滞后和深度非线性宇宙学功率谱

Spherical collapse, formation hysteresis and the deeply non-linear cosmological power spectrum

我研究的差异，在非线性结构形成的宇宙模型，共享一个$z=0$线性功率谱的形状和幅度，但通过他们的成长历史不同。这些模型的$N$ -身体模拟显示出大致相同的大尺度结构骨架，但揭示了晕的人口统计学和性质的深刻的非线性差异。我调查到什么程度的球塌缩模型可以帮助理解这些差异，在真实和红移空间。我讨论了如何做到这一点是困难的，如果一个人试图直接识别晕，因为在这种情况下，一个是受晕发现算法的变幻莫测。然而，我证明了结构形成的晕模型提供了一个准确的非线性响应的功率谱，但只有当球形崩溃，包括形成滞后的结果被适当地纳入。我评论这一事实如何可以用来提供百分之一级准确的物质功率谱预测暗能量模型$k\leq5\,h\mathrm{Mpc}^{-1}$使用晕模型作为一个校正准确的$Λ$ CDM模拟。在附录中，我提供了一些线性坍缩阈值（$δ_\mathrm{c}$）和维里化超密度（$Δ_\mathrm{v}$）的拟合函数，这些函数适用于各种暗能量模型。我还在https://github.com/alexander-mead/collapse上提供了我的球形折叠代码

星系团周围吸积激波的位置和ICM性质：从任意质量吸积率的自相似球形坍缩得到的启示

Locations of Accretion Shocks around Galaxy Clusters and the ICM properties: insights from Self-Similar Spherical Collapse with arbitrary mass accretion rates

星系团周围的吸积激波标志着下落的扩散气体明显减速、升温并成为团内介质（ICM）的一部分的位置。它们在设置ICM属性时起着重要作用。流体动力学模拟发现了一个有趣的结果，即吸积激波的径向位置与暗物质的“回溅半径”位置非常接近，尽管气体和暗物质经历的物理过程非常不同。使用自相似的球形坍缩模型的暗物质和气体，我们发现，两个半径之间的对齐只发生在气体的绝热指数为$γ\approx 5/3$和集群与中等质量吸积率。此外，我们还发现一些观测到的ICM性质，如位于$\sim 1.1-1.2$周围的熵斜率和有效多变指数，被自相似球坍缩模型捕获，并且对质量吸积历史不敏感.

f（R）引力中的球坍缩

Spherical Collapse in f(R) Gravity

我们使用一维数值模拟来研究f（R）引力模型中的球形坍缩。我们在理论中考虑了引力势与标量场的非线性耦合，并采用一个松弛方案来跟踪坍缩。我们发现一个不寻常的增强密度附近的维里半径，这可能提供可观察到的重力测试。我们还利用估计的坍缩时间计算了用于计算晕的质量函数和偏差的临界过密度$δ_c$。我们发现，以前在文献中使用的解析近似不捕捉非线性球形崩溃的复杂性。

声速为零时quintessence模型中的球形坍缩

Spherical collapse in quintessence models with zero speed of sound

研究了具有可忽略声速的质点存在时的球形坍缩模型。这种情况对于w<-1是特别有动机的，因为它是稳定性所要求的。由于压力梯度可以忽略不计，因此在坍缩过程中，精粹会跟随着暗物质。球形超密度宇宙表现为一个独立的封闭FLRW宇宙，因此可以精确地研究它的演化。我们推导了坍缩的临界密度，并利用扩展的Press-Schechter理论研究了精粹的聚集对暗物质质量函数的影响。这种效应主要是由线性暗物质增长函数的修正所决定的。对总质量函数产生更大的影响，其中包括精华过密度。事实上，在这里，精粹与重子和暗物质一起构成了维里化物体的第三个组成部分，并以~（1+w）Omega_Q / Omega_m的比例贡献了总的晕质量。这给出了一个独特的修改的总质量函数在低红移。

非球牛顿坍缩：一组精确的非线性封闭解

Non-Spherical Newtonian Collapse: a Set of Exact Nonlinear Closed-Form Solutions

本文给出了牛顿引力下无压物质非球形坍缩的一组精确的非线性封闭解，并指出了它们在宇宙学中的可能应用。关键词：牛顿引力：自由坍缩，大尺度宇宙结构

Escherichon模型中的球坍缩和晕质量函数

Spherical collapse and halo mass function in the symmetron model

本文研究了在$Z_2$对称的标量场中的一种新的长程力的“Escherton模型”中球对称超密度的引力成团以及由此产生的暗物质晕的统计特性。根据初始半径的超密度，我们确定了两个不同的制度：对于小的初始半径的介子介导的力量影响的球形崩溃在所有的红移;对于初始半径大于一些临界尺寸，这种力量消失之前崩溃，因为介子屏蔽机制。在这两种情况下，超密度比$Λ$ CDM更早崩溃，并且在统计上倾向于形成更大质量的暗物质晕。关于这些对象的晕质量函数，我们观察到一阶偏离标准$Λ$ CDM预测。这里发展的形式可以很容易地应用到其他模型中，第五力参与的引力坍缩的动力学。

修正引力理论中的球坍缩

Spherical Collapse in Modified Gravity Theories

研究了参数化后弗里德曼（PPF）格式下的球坍缩问题。我们使用与泊松方程相关的PPF参数的一般形式，并找到了要求解的方程，该方程包括来自k空间中修改的重力项的卷积的非平凡的第五力。为了计算一个具体的模型，我们使用Bertschinger和Zukin提出的参数化。假设一个高斯密度分布的球形崩溃的方程求解，我们表明，有没有壳交叉之前到达转身点。我们表明，第五种力不满足伯克霍夫定理，并介绍了不同的行为的密度阈值$δ_{c}$，在这种情况下，这取决于初始密度分布的大小和形状，因此，人们期望在宇宙中的坍缩物体的不同统计。

Chameleon模型中的球形坍缩

Spherical Collapse in Chameleon Models

研究了在引力和变色龙标量场作用下，非相对论性物质的超密度引力坍缩。我们表明，球形塌陷模型是修改的变色龙场的存在。特别是，我们发现，即使变色龙效应可能是潜在的大，在小尺度上，对于足够大的初始尺寸的不均匀性的塌陷区域具有一个薄壳屏蔽变色龙场引起的重力的修改，恢复标准的重力结果。我们分析的行为的崩溃壳在宇宙学设置中的薄壳的存在下，发现，在通常的情况下，崩溃的临界密度取决于初始的共动大小的不均匀性。

年龄暗能量宇宙学中的球形坍缩模型

Spherical collapse model in agegraphic dark energy cosmologies

在常用的球形坍缩模型下，我们研究了年龄暗能量模型中的暗能量对宇宙大尺度结构生长的影响。非线性区域中暗物质晕的球形坍缩动力学由暗能量模型的性质决定。我们发现，球坍缩模型的主要参数直接受到年龄暗能量模型中暗能量演化的影响。我们在两种不同的情况下计算了不同年龄模型参数$α$值的球形坍缩量：第一，当暗能量在星系团尺度上不表现出波动时，第二，当过密区域内的暗能量类似于暗物质坍缩时。利用Sheth-Tormen和Reed质量函数，我们在年龄暗能量宇宙学的框架下研究了暗物质晕的丰度。模型参数$α$是计算暗物质晕丰度的关键参数。具体而言，本分析表明，年龄暗能量模型与较大（较小）值的$α$预测较少（更多）维里化晕相对于$Λ$ CDM宇宙学。我们还表明，在年龄的暗能量模型，晕的数量强烈依赖于集群或均匀分布的暗能量。

修正的Chaubergin气控宇宙中的球形“顶帽”坍缩

Spherical "Top-Hat" Collapse in a Modified Chaplygin Gas Dominated Universe

考虑到广义Chaubergin气体支配宇宙中结构形成的球形Top-Hat模型中的微扰增长，我们想用一个修正的Chaubergin气体模型来研究这种情况.在不同的情况下，背景和塌陷区参数的演变。在不同的情况下，考虑了模型的稳定性和崩溃的时间率。还计算了转动红移，结果与目前的观测数据比较吻合。

DHOST理论和暗能量有效场论中的球对称坍缩

Spherical collapse in DHOST theories and EFT of dark energy

该研究结合暗能量有效场论方法，利用超越Horndeski的DHOST理论球对称坍缩模型，探究EFT参数对大尺度结构形成的影响，确定参数约束空间并分析其对坍缩时间等的作用及观测意义。

孤立系冷引力坍缩中的球对称破缺

Spherical symmetry breaking in cold gravitational collapse of isolated systems

利用$N$ -体模拟方法研究了冷均匀球系统引力坍缩中的形状演化.中心的兴趣是如何偏离球对称依赖于粒子数$N$。通过重新审视球形坍缩模型，我们假设偏离球形对称性是由有限的$N$密度涨落调节的。根据这一假设，松弛结构的平坦化的估计被导出为$N^{-1/3}$。在数值部分，我们发现维里化态可以用核-晕结构来表征，并且核的平坦度与预测相当吻合。此外，从大的$N$系统的结果表明，与$N$的最终形状的弛豫时间的发散。我们还发现，内核的内部形状是相当不同的，因为它们在每一个实现从近球形，长球形，扁球形或完全三轴。当$N$增加时，这种变化被抑制，因为最终形状与初始对称性相差不大。此外，我们观察到维里化态的稳定旋转。进一步的研究表明，这种旋转的起源在某种程度上与初始密度波动有关。

宇宙背景动力学对MOND中球形坍缩的影响

The Effect of Cosmological Background Dynamics on the Spherical Collapse in MOND

在修正的牛顿动力学（MOND）框架下研究了宇宙背景动力学对大尺度结构形成的影响。球形塌陷模型用于模拟结构的形成。本研究是在两种极端情况下进行的：（{ \it i}）假设宇宙中存在低密度重子物质，没有任何冷暗物质和暗能量;（{ \it ii}）宇宙中存在重子物质，没有冷暗物质。我们表明，对于（{ \it ii}）的情况下，在较低的红移与较大的半径相比，低密度背景宇宙的结构维里化。暗能量减缓了结构的崩溃。我们表明，我们的研究结果是兼容的MOND结构形成的最近的模拟。

Lovelock理论中非均匀尘埃云的球形坍缩

Spherical collapse of inhomogeneous dust cloud in the Lovelock theory

在没有宇宙学常数的Lovelock理论中研究了球对称非均匀尘埃云的引力坍缩。我们表明，在这个理论中的引力坍缩的最终命运取决于时空维度。在奇数维中，所形成的裸奇点被发现是有质量的。另一方面，在偶数维中，裸奇点被发现是无质量的。我们还证明了在奇维情况下，裸奇点的曲率强度与时空维数无关。然而，它依赖于偶维中的时空维度。

非标准暗物质模型的球塌缩方法及其对JWST早期星系形成增强效应的研究

Spherical Collapse Approach for Non-standard Dark Matter Models and Enhanced Early Galaxy Formation in JWST

本文利用球塌缩方法研究两类具有非零状态方程的替代暗物质模型对非线性结构形成的影响，并结合JWST观测探讨其提升早期星系形成效率的潜力。

统一暗物质模型的球形坍缩

Spherical collapse for unified dark matter models

我们研究了Chaobergin和粘性统一宇宙学的非线性球形“礼帽”坍缩。术语统一是指暗能量和暗物质被一个单一的成分所取代的模型。对于广义Chaubergin气体（GCG），我们推广了[R. A. A. Fernandes { \it et al}. Physical Review D 85，083501（2012）]。讨论了含$α=0$的GCG模型与$Λ$ CDM模型在非线性水平上的差异。我们表明，两者确实是不同的。本文还研究了由于非绝热扰动的存在而不同于GCG的体粘模型。在这种情况下，聚类过程通常被抑制，并且加速背景膨胀的粘性模型的可行参数空间不会导致塌陷结构。这一结果对统一粘性模型的可行性提出了挑战。

Horndeski理论中球引力坍缩的双曲性

Hyperbolicity in Spherical Gravitational Collapse in a Horndeski Theory

数值研究了平移对称Einstein-Gauss-Bonnet（EdGB）引力场中的球形引力坍缩.我们发现的证据表明，有开放的初始数据集的字符的方程组的变化从双曲型到椭圆型的时空的紧凑区域。在这些情况下，系统的演变，作为一个双曲型的初边值问题，导致运动方程成为不适定的椭圆形区域的形式。在相应的有效“柯西视界”上没有遇到奇点或间断。因此，可以想象，如果方程被适当地处理为混合型，那么EdGB引力的适定公式（至少在球对称范围内）是可能的。

时变真空宇宙学中的球坍缩模型

The spherical collapse model in time varying vacuum cosmologies

我们在平坦FLRW宇宙学模型的框架下研究了宇宙结构的维里化，其中真空能量密度随时间演化。特别是，我们的分析集中在球形物质扰动的研究，因为它们从背景膨胀中解耦，“转身”，最终崩溃。在真空能量是哈勃率$Λ=Λ(H)$的运行函数的情况下，我们推广了球形坍缩模型。这种类型的一个特别好的动机模型是所谓的量子场真空，其中$Λ(H)$是二次函数$Λ(H)=n_0+n_2\,H^2$，具有$n_0\neq 0$。我们的团队先前使用最新的高质量宇宙学数据对该模型进行了研究，以限制其自由参数，以及预测的团簇形成速率。事实证明，相应的哈勃膨胀历史类似于传统的$Λ$ CDM宇宙学。我们使用这个$Λ(t)$ CDM框架来说明球形坍缩模型的性质（维里密度，坍缩因子等）取决于所考虑的真空能量的选择（均匀的或集群的）。特别地，如果真空能量的分布是聚集的，则在特定条件下，我们可以相对于均匀真空能量的情况产生更集中的结构。