[论文解读] Constraints on warm dark matter with redshift-space distortion after Planck data

Weiqiang Yang, Lixin Xu|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文利用普朗克数据和红移空间畸变测量，研究了温暗物质（WDM）作为小宇宙尺度上冷暗物质的替代方案。在共动坐标系下推导了微扰方程，计算了暗物质和重子的增长因子，并对WDM的自由流尺度进行了约束，发现约1.5 keV的热残留粒子在95%置信水平下不被支持。

ABSTRACT

State Key Laboratory of Theoretical Physics, Institute of Theoretical Physics,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, People’s Republic of ChinaIn small scale, warm dark matter is a better candidate of dark matter than cold dark matter.So, in this paper, we study a model which is composed by the cosmological constant and warmdark matter. In the synchronous gauge, we obtain the perturbation equations of warm dark matter,and deduce the evolution equations of growth factor about dark matter and baryons. Then, thetheoretical values of fσ

研究动机与目标

• 评估温暗物质（WDM）在小宇宙尺度上作为冷暗物质可行替代方案的可能性。
• 利用普朗克数据和红移空间畸变观测，改进对WDM自由流尺度的约束。
• 在共动坐标系下推导并求解WDM和重子的微扰方程。
• 计算ΛWDM模型中暗物质和重子的增长因子演化。
• 检验WDM模型与当前大尺度结构数据（尤其是红移空间畸变）的一致性。

提出的方法

• 在共动坐标系下构建温暗物质的微扰方程，考虑其自由流特性。
• 推导ΛWDM宇宙学模型中暗物质和重子增长因子的演化方程。
• 使用普朗克2015年宇宙微波背景数据作为先验，约束模型参数。
• 结合红移空间畸变测量以探测结构形成的增长速率。
• 通过联合似然分析，结合CMB与红移空间畸变数据，约束WDM粒子质量。
• 应用费舍尔矩阵技术，估算参数约束的精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 与冷暗物质相比，温暗物质如何影响大尺度结构的增长？
• RQ2 利用普朗克数据和红移空间畸变数据，可对温暗物质的自由流尺度施加何种约束？
• RQ3 质量为1.5 keV的热残留粒子是否与当前宇宙学观测一致？
• RQ4 红移空间畸变如何提升对温暗物质粒子质量约束的灵敏度？
• RQ5 非零热速度弥散对WDM模型中物质功率谱有何影响？

主要发现

• 该模型表明，温暗物质抑制了小尺度功率，与物质功率谱中观测到的抑制效应一致。
• 当结合普朗克与红移空间畸变数据时，质量为1.5 keV的热残留粒子在95%置信水平下不被支持。
• WDM自由流尺度的上限在95%置信水平下被约束为小于约1.5 Mpc。
• 红移空间畸变显著提升了对结构增长速率的敏感度，从而收紧了对WDM参数的约束。
• 与仅使用CMB数据相比，引入红移空间畸变数据可降低WDM粒子质量估计的不确定性。
• 推导出的WDM和重子增长因子演化显示，在小尺度上其团聚振幅相对于ΛCDM模型有所抑制。