[论文解读] Dark matter and structure formation a review

Antonino Del Popolo|Istanbul Technical University Academic Open Archive (Istanbul Technical University)|Jan 7, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 119被引用 50

一句话总结

本文回顾了暗物质候选者及其在宇宙结构形成中的作用，重点通过引入动力摩擦和潮汐力矩来改进球对称坍缩模型。结果表明，这些效应显著改变了坍缩阈值和星系团形成时间，从而为冷暗物质模型中的结构形成提供了更精确的约束。

ABSTRACT

This paper provides a review of the variants of dark matter which are thought to be fundamental components of the universe and their role in origin and evolution of structures and some new original results concerning improvements to the spherical collapse model. In particular, I show how the spherical collapse model is modified when we take into account dynamical friction and tidal torques.

研究动机与目标

• 回顾主要的暗物质候选者及其对结构形成的宇宙学影响。
• 研究标准球对称坍缩模型为何无法考虑非球对称效应（如动力摩擦和潮汐力矩）的影响。
• 通过引入这些动力学效应，改进球对称坍缩模型，以更准确地预测星系团形成。
• 评估这些修正对冷暗物质情景下结构形成的时间和质量阈值的影响。
• 评估修正后的坍缩模型是否能更好地调和理论预测与大尺度结构观测数据之间的差异。

提出的方法

• 通过引入阻力项来改进标准球对称坍缩模型，以考虑背景物质引起的动力摩擦效应。
• 通过建模周围物质潮汐场引起的角动量转移，将潮汐力矩纳入模型。
• 求解在阻力和潮汐力共同作用下坍缩半径的动力学方程。
• 推导新的坍缩红移和virial密度超额表达式，以考虑非球对称和耗散效应。
• 将修正模型的预测与标准球对称坍缩结果以及星系团质量函数的观测约束进行比较。
• 以Friedmann-Robertson-Walker度规和爱因斯坦场方程作为宇宙学框架，推导背景动力学。

实验结果

研究问题

• RQ1 动力摩擦如何改变球对称坍缩模型中的坍缩红移和virial密度超额？
• RQ2 潮汐力矩对坍缩暗物质星系团的角动量和形状演化有何影响？
• RQ3 这些修正在多大程度上改善了理论星系团形成预测与观测结果的一致性？
• RQ4 在冷暗物质宇宙中，修正后的坍缩阈值与标准模型相比如何？
• RQ5 是否可以通过引入动力摩擦和潮汐效应来解决小尺度功率谱中的差异？

主要发现

• 引入动力摩擦使坍缩红移升高，且virial密度超额高于标准球对称模型。
• 潮汐力矩显著改变了坍缩星系团的角动量演化，导致更早的自转加速和非球对称坍缩动力学。
• 修正后的球对称坍缩模型预测了更高的坍缩阈值，从而减少了早期形成低质量星系团的数量。
• 修正模型在中等和小尺度上更符合观测到的星系团质量函数和聚类特性。
• 结果表明，潮汐力矩和动力摩擦等非球对称效应在冷暗物质宇宙学中准确建模星系团形成时至关重要。
• 改进后的模型表明，当正确考虑非线性、非球对称效应时，冷暗物质情景具有更高的理论可行性。