最近的研究表明，暗物质晕的角动量可以提供丰富的宇宙学信息，例如，原初密度场与潮汐场的重构，宇宙中微子质量的影响，对称性破缺的探测，以及对星系內禀排列的理解。然而，由于暗物质难以观测的固有属性，我们只能期望于可观测的星系或重子物质示踪物的角动量作为暗物质晕角动量的替代。目前，对于重子组分是否以及如何在宇宙演化和星系形成过程中示踪暗物质还不清楚。高度非线性的重子效应，包括气体冷却、恒星和星系形成、超新星和黑洞反馈，它们对重子角动量的影响都无法简单地使用宇宙学扰动理论来描述。

通过当前最先进的流体动力学星系演化模拟IllustrisTNG，我们量化了低红移时期的重子物质是如何示踪星系的原始自旋模式。下图（文章中Figure 1.）中显示了我们随机从4000多个星系样本中选取的4个位于不同质量区间内的星系暗物质、气体与恒星组分，分别在低红移宇宙欧拉（Eulerian）空间与高红移早期宇宙拉格朗日（Lagrangian）空间中柱密度投影示意图。

我们发现，在Lagrangian空间，星系的暗物质与重子组分具有非常相似的位置、大小以及形状（惯性张量），这使得它们在早期受到相似的潮汐扭矩，具有很强的角动量相关性，并且随着宇宙的演化其大部分得到了保留。与暗物质类似，星系的重子组分与其在Lagrangian空间的原初对应体的角动量矢量有着显著的正相关性，这表明重子组分对于原初扰动的记忆并未被非线性演化过程完全抹去。通过角动量重构方法，星系重子组分角动量可以从宇宙初始条件中得到预测。这项研究提供了我们利用可观测的星系自旋去限制宇宙初始条件的可能性。

相关论文Baryonic Effects on Lagrangian Clustering and Angular Momentum Reconstruction于2023年2月1日发表于天体物理学报（The Astrophysical Journal），第一作者为厦门大学天文系研究生盛明捷，第二作者为厦门大学天文系于浩然教授（通讯作者），第三作者为厦门大学天文系研究生李思佳，第五作者为厦门大学天文系杜敏副教授。合作者还包括廖世鸿、王允冲、王鹏、徐坤、Shy Genel 和 Dimitrios Irodotou。此工作得到了国家自然科学基金资助。

论文原文链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acae92

论文ArXiv链接：

https://arxiv.org/abs/2210.04203