相互作用暗能量若干問題的研究

《相互作用暗能量若干問題的研究》是依託東北大學，由張鑫擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：相互作用暗能量若干問題的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張鑫
• 依託單位：東北大學

中文摘要

暗能量問題是21世紀基礎科學所面臨的最大挑戰之一。暗能量的起源和本性與量子引力理論有著深刻聯繫，因此暗能量的理論研究將對自下而上地建立一個完整的量子引力理論提供重要線索。暗能量與暗物質之間可能存在某種非引力的耦合，這種可能性對於理解一些重要的暗能量理論問題起到了關鍵作用。本項目的研究將圍繞暗能量與暗物質相互作用的模型展開,具體研究內容包括：耦合常數的參數化與重構，暗能量狀態方程的新型參數化及與相互作用的關聯，變質量冷暗物質粒子的參數空間，冪律型耦合精質模型的觀測檢驗，暗能量相互作用對宇宙微波背景及大尺度結構的影響，衰變真空能的宇宙學擾動，相互作用全息暗能量的宇宙學擾動，以及相互作用暗能量模型的其他理論問題等。在本項目的研究中我們將一方面從觀測數據出發利用整體擬合的方法對理論模型進行參數限制，另一方面對相互作用暗能量進行深入的理論分析，嘗試為深刻理解暗能量的量子引力本性提供有益的線索。

結題摘要

本項目完全按照計畫對相互作用暗能量及其相關問題進行了系統研究，並取得了一系列研究成果。研究計畫的要點是相互作用暗能量模型以及標準宇宙學模型的擴展與檢驗。當前的宇宙學觀測越來越支持一個只有六個參數的基本ΛCDM模型，但是該結果與一系列其他天體物理測量結果之間存在一些矛盾，比如弱引力透鏡、星系團計數等。而且，從理論的角度上來說，ΛCDM模型也存在嚴重困難，比如“精細調節”問題和“宇宙巧合”問題等。因此，我們需要對ΛCDM模型進行嚴格的觀測檢驗。我們的策略是，考慮ΛCDM模型的可能的擴展模型，並利用觀測數據從各個方面檢驗擴展模型，從而與基本ΛCDM模型進行對比。相互作用暗能量模型是一種重要的可能性，但是它一直面臨著很嚴重的問題，也就是其宇宙學擾動發散的困難。解決相互作用暗能量擾動發散困難是本項目的最核心問題。我們在這個問題上取得了重要的進展，建立起了相互作用暗能量的“參數化的後弗里德曼”(PPF)理論框架，成功解決了相互作用暗能量擾動發散的問題，推動了該領域的發展。進而，該PPF理論框架也被進一步套用到了衰變真空能的研究中。該模型是ΛCDM模型的單參數擴展，研究該模型對於檢驗ΛCDM宇宙學具有重要意義。通常對衰變真空能模型的研究需要忽略真空能的擾動，但我們利用PPF方法可以自洽地考慮系統的宇宙學擾動。我們發現，當前的宇宙學觀測與零耦合模型是一致的。為了解釋ΛCDM模型與一些天體物理觀測結果的不一致，我們重點考察了含有惰性中微子的宇宙學模型，發現輕質量惰性中微子的效應可以緩解這些觀測上的不一致。圍繞中微子質量的宇宙學效應，我們也開展了一系列研究。我們完全按照既定研究計畫對本項目進行執行，在對上述問題的研究中取得一系列成果，在國際高水平SCI刊物上發表研究論文37篇，被國內外同行學者大量引用。