Как расширяется неоднородный шар: одна формула вместо сложных расчётов ✛ ✎

Оригинал: "Near universality of nonlinear transverse and radial velocity responses in spherical collapse with arbitrary radial profiles"
· Valerio Marra
arXiv:2608.27376v1 · 2026-08-27 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Скорость расширения любой сферической области можно вычислить по одной простой формуле.

Капля чернил растекается в стакане воды: края её двигаются быстрее, чем середина. Так и сгусток тёмной материи, стягивающийся под собственной тяжестью, расширяется неравномерно — разные его оболочки разлетаются с разной скоростью. Раньше астрофизики умели точно описывать лишь самый простой случай — однородный шар с резкой границей. Но реальные сгустки гладкие: плотность плавно спадает от центра к краю, и каждая оболочка чувствует своё притяжение.

Оказалось, что скорость разлёта поперёк радиуса зависит только от средней плотности внутри этой точки, а вдоль радиуса — ещё и от того, насколько быстро меняется плотность.

Для быстрых оценок предложена простая формула, которая ошибается не более чем на 0.7%. Это значит, что вместо долгих вычислений на компьютере можно мгновенно получить скорости по заданному профилю плотности. Раньше для каждого нового профиля приходилось заново решать уравнения движения, теперь достаточно подставить числа в готовую формулу.

Для оболочки в стенке войда локальный контраст может быть положительным, а внутренний — отрицательным: оболочка плотнее среднего, но внутри неё всё ещё дефицит массы. Это различие и управляет анизотропией расширения.

\delta h_\perp = -\frac{f}{3} A(\Delta)
Относительное отклонение поперечного темпа расширения от фонового пропорционально функции A от внутреннего контраста
\delta h_\parallel = -\frac{f}{3} A(\Delta) - f [\delta - \Delta] A'(\Delta)
Радиальный отклик включает дополнительный член с разностью локального и внутреннего контрастов, умноженной на производную A
\Gamma = \frac{f [\Delta - \delta] A'(\Delta)}{1 - \frac{f}{3} \{ A(\Delta) + [\delta - \Delta] A'(\Delta) \}}
Безразмерная мера различия радиального и поперечного темпов
Понятия
космологическая однородность пространственная кривизна космологические параметры контраст плотности закон хаббла напряжённость Хаббла поток Хаббла профиль плотности