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Modified Chaplygin gas (MCG)对结构形成的影响

张淑红  
【摘要】:近些年来,通过对Ia超新星的观测以及WMAP数据的分析,表明宇宙目前是处于加速膨胀的[1?2]。而这一观测结果似乎用我们所熟知的标准宇宙学模型无法解释,为了缓解这一矛盾,人们想到了对标准宇宙学模型进行修正。这种修正主要体现在两个方面:一方面是引入一种新的,具有负压强的且在宇宙中均匀分布的动力学成分,暗能量。这种物质引入的合理性已经被WMAP所证实。观测表明宇宙中的确有此物质,并占宇宙物质成分的73%,暗能量的引入实际上是对Einstein引力场方程右边的修正;另一方面是修正Einstein引力场方程的左边,即时空几何部分。所对应的理论通常称为引力修正理论,具有代表性的如f(R)理论。 鉴于暗能量的引入可以解释宇宙的加速膨胀,对于暗能量的研究已经成为物理学与天文学的重要课题。本文首先介绍了宇宙学的背景知识,并在标准宇宙学模型的基础上回顾了宇宙加速膨胀的历史,并简要的总结了目前建立的各种暗能量模型。紧接着我们引入了结构形成,希望通过结构形成把物理学模型的相关参量与观测结合起来,从而达到评估各种暗能量模型的作用,因此我们在第三章中分别从线性和非线性的角度具体介绍了相关的研究理论和方法。接下来,选取了修正的Chaplygin气体(MCG)模型来具体的应用该理论,在回顾了MCG模型的相关动力学量的演化的基础上,我们分别从线性和非线性的角度来讨论修正的Chaplygin作为暗能量对结构形成的影响。对于线性部分的讨论,我们选取了几个宇宙学参量作为代表来研究,并把结果与观测做了对比,发现与观测符合的很好。对于非线性部分的讨论,我们根据文献[3]利用球面塌缩模型(SCM)与Press-shceter理论相结合,把非线性过程分为两个阶段:第一个阶段是区域具有微小密度反差到拐点前的演化;另一个阶段是从拐点时刻到最终维里平衡的演化。我们分别讨论了拐点以及维里两个平衡时刻的密度反差,并把结果与GCG ,LCDM ,Einstein-de sitter宇宙相应的值做了对比,结果表明,在宇宙的早期,MCG模型的相应参量的值趋近于Einstein-desitter的值,从而说明MCG作为暗能量能够很好的解释宇宙的非线性扰动。


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