非熱產生WIMP暗物質對宇宙大尺度結構形成和演化的影響

《非熱產生WIMP暗物質對宇宙大尺度結構形成和演化的影響》是依託西南交通大學，由何鈺擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非熱產生WIMP暗物質對宇宙大尺度結構形成和演化的影響
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何鈺
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

項目擬建立與天文/宇宙學觀測自洽的基於非熱產生WIMP暗物質的宇宙學模型。通過研究暗物質粒子的物理基礎、產生機制，選擇非熱產生WIMPs作為暗物質的候選者。在基於非熱產生WIMP暗物質的宇宙學模型中，完成物質非線性演化的數值模擬和暗暈模型的建立，研究非熱產生WIMP暗物質對宇宙大尺度結構形成和演化的影響；結合觀測數據，驗證非熱產生WIMP暗物質模型的可行性；擬合CMB、SN、LSS、Lyman-α forest等觀測數據，確定基於非熱產生WIMP暗物質的宇宙學模型的宇宙學參數，給出對於非熱產生WIMP粒子的自由流動尺度、平均共動速度、相變發生溫度的限制；解決標準冷暗物質宇宙學模型在星系和亞星系尺度上出現的暗暈中心核密度問題和子結構問題。本項目關於暗物質和宇宙大尺度結構的研究，對於理解宇宙的物質分布和演化具有重要的意義，對於理解暗物質的本質以及暗物質的間接探測具有重要的參考作用和理論意義。

結題摘要

暗物質、宇宙微波背景漲落和宇宙大尺度結構是當前宇宙學的研究熱點，這對於理解宇宙的物質分布和演化具有重要的意義。項目研究目標旨在建立與天文/宇宙學觀測自洽的基於非熱產生WIMP暗物質的宇宙學模型（簡稱ΛNTDM模型）。 項目研究暗物質粒子的物理基礎、產生機制，選擇非熱產生WIMP粒子（簡稱NTDM粒子）作為暗物質的候選者。我們給出NTDM粒子的剩餘豐度的計算，並對宇宙弦形成時對稱破缺尺度做出限制。 項目在ΛNTDM模型中，得到線性轉移函式、微波背景漲落的溫度功率譜、線性物質功率譜等的數值解，得到物質非線性演化的數值模擬結果。結果表明：在描述大尺度演化方面，NTDM模型的溫度功率譜與CDM模型基本沒有差異，NTDM模型的線性功率譜與星系功率譜在大尺度上是一致的。我們利用SDSS星系功率譜數據，以及Lyman-α forest數據，採用卡方檢驗分析理論值與觀測值是否有顯著差異，給出對於NTDM粒子的限制條件。 項目研究了在ΛNTDM模型中暗物質的成團特性。我們基於球密度反差方法建立了暗暈模型，分析暗暈的功率譜演化、暗暈的數密度演化，以及暗暈的形狀。結果表明：ΛNTDM模型緩解了ΛCDM宇宙學模型在星系和亞星系尺度上出現的暗暈中心核密度問題和子結構問題。 項目開展了基於宇宙線的暗物質的間接探測的初步研究。目前PAMELA、AMS-02、ATIC、Fermi/LAT、DAMPE 等實驗關於正/負電子、質子/反質子、γ射線流強觀測結果的分析，極大促進了我們對暗物質屬性的理解。我們通過對各實驗數據的研究來比較甚至排除某些暗物質模型和相互作用機制。這部分工作也是我們將持續開展的工作。 本項目通過不同宇宙學模型的數值模擬結果的比較和分析，說明ΛNTDM模型在解釋宇宙大尺度結構形成和演化方面的合理性；並由於NTDM粒子的非熱起源機制，緩解了ΛCDM模型所面臨的“小尺度危機”。 本項目關於暗物質和宇宙大尺度結構的研究結果，對於理解宇宙的物質分布和演化具有重要的意義，對於理解暗物質的本質以及暗物質的間接探測具有重要的參考作用和理論意義。