暗物质和暗能量相互作用在宇宙微波背景辐射中的印记.pdf

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1、录1引言42相互作用线性扰动理论72.1线性扰动理论中物质的运动方程72.2规范条件和规范不变量93状态方程含时的暗能量与暗物质问的能m迀移113.1暗物质与暗能量间的能量迁移113.2超粒子视界扰动稳疋性133.3宇宙学参数在微波背景辐射谱中的简并163.4数据拟合结果194暗物质在暗能量中的弹性散射244.1弹性散射的扰动理论244.2扰动稳定性分析284.3紧束缚近似304.4暗散射对微波背景辐射谱的影响324.5数据拟合结果375总结411摘要天文观测表明，我们的宇宙

2、正在加速膨胀，为了对此做出解释，人们猜测宇宙中存在着一种未知的物质，称为“暗能量”。暗能量与暗物质一起，占据现今宇宙中物质总量的大部分。理论上，暗能量可能与暗物质相互作用。本文讨论暗能量和暗物质之间的两种耦合形式。首先，我们将原有的暗能量与暗物质间能量交换的模型，推广到暗能量状态方程随时间改变的情况；其次，类比Thomson散射，我们构造了暗物质受到暗能量散射的模型。对这两种模型，我们分别分析了它们的扰动稳定性问题，讨论这两种相互作用对宇宙微波背景辐射温度谱的影响，以及相互作用强度、喑能量状态方程和物质丰度

3、等宇宙学参数间的简并，最后，我们使用天文观测数据对模型进行拟合，以打破参数间的简并，给出暗能量暗物质间相互作用的约束。关键词：喑物质，喑能量，相互作用，微波背景辐射中图分类号：0412AbstractBasedontheastronomyobservations,itisclearthatouruniverseisunderacceleratingexpansion.Toexplaintheacceleratingexpansion,peo?pleassumesthatthereisanothercompo

4、nentintheuniversecalled"darkenergy，，.Darkenergyanddarkmatterdominatetheuniversetoday.Intheory,darkenergyanddarkmattercancoupletoeachother.Inthiswork,westudiedtwopossibleformsoftheinteraction.First,wegeneralizedthecosmologicalmodelinwhichenergytransfersbetw

5、eendarkmatteranddarkenergytomodelwithtime-dependentdarkenergyequationofstate.ThenweproposedaninteractionmodelanalogoustoThomsonscattering,inwhichdarkmatterparticlesscatteroffdarkenergy.Weexaminethestabilitiesinperturbationformalismofbothmodels.Weexploredth

6、eimpactofthein?teractionsonthecosmicmicrowavcbackgroundandthedegeneracyamongcouplingbetweendarksectors,darkenergyequationofstateandmatterabundance.Finally,wetrytobreakthedegcneracybydoingglobalfittingusingcomplementaryobservationaldatasetsandgettheconstrai

7、ntontheinteractionbetweendarksectorsforbothmodels.Keywords:darkmatter,darkenergy,interaction,CMBClassificationcode:04131引言天文观测证据显示，当今宇宙膨胀的速度并没有因为物质间的引力作用减缓，反而正在加速[Ij。这一观测结果为人们打开了一个全新的未知领域，对加速膨胀的理论解释也成为目前宇宙学研究最重要的课题之一。首先被提出解释加速膨胀的理论是位11^^16丨11的宇宙常数。这个经典的模型能

8、够成功符合多数观测数据，从而成为其它宇宙学模型的参考标准。但是，宇宙常数在理论上有难以克服的困难，即两个宇宙常数问题1.为什么宇宙常数的观测值远远小于理论预测值？2.为什么宇宙常数与物质能量密度在现在处于同一数量级？后者又被称为巧合性问题。对加速膨胀的第二类解释是修改引力，即对广义相对论的修正[4j。代表性的修改引力理论有f(R)理论[5]，DGP模型[6]等等。在我们的工作中，采用文献中另一类主流观点，认为宇宙