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大尺度结构观测限制暗能量模型

杨维强  
【摘要】:1998年,通过对Ia型超新星的观测,天文学家发现宇宙处于加速膨胀阶段。为了解释这一现象,在爱因斯坦引力框架下,我们认为具有负压强的暗能量主导宇宙的演化。2013年,高精度的Planck宇宙微波背景数据对标准模型的限制结果告诉我们:在宇宙的组分中,组成星系和星系团的普通物质占4.9%,影响宇宙结构形成的暗物质占26.8%,驱动宇宙加速膨胀的暗能量占68.3%。由此可见宇宙中的暗成分对其演化起着决定性的作用,这启发了学者们提出了不同的暗能量理论模型。在观测限制模型的方面,宇宙观测的几何数据不足以区分不同的暗能量模型,为了打破模型之间的简并,我们需要使用大尺度结构观测数据来限制理论模型,本文将主要使用红移空间扭曲数据来限制不同的暗能量模型。文中首先阐述了课题的研究背景、研究内容以及章节安排。紧接着在宇宙学的基本理论部分,我们重点介绍了背景宇宙的膨胀历史和宇宙的标量扰动理论。然后我们介绍了几种宇宙学观测数据,特别是强调了来自大尺度结构观测的红移空间扭曲数据。本文的第四章到第六章是研究工作的主要内容。在第四章中,我们考虑一种统一的暗流体模型,它的态方程演化具有快速转变的特点,我们分别从理论分析和观测检验来讨论模型存在的合理性。在第五章中,我们将常声速的统一暗流体分解为相互作用的暗物质和真空能,通过暗成分的密度扰动演化方程研究物质的结构增长历史,使用宇宙的几何观测和红移空间扭曲数据联合限制分解模型的参数空间。在第六章中,我们考虑动力学暗能量和暗物质之间存在相互作用的情况,推导暗成分的能量密度扰动和速度散度扰动的演化方程,讨论相互作用参数对宇宙结构增长历史的影响,并且使用大尺度结构观测数据对相互作用强度进行限制。最后一章是本文的总结和展望。


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