暗物质的宇宙学证据

                     

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   目前最令人信服和精确的暗物质存在证据来自整个可观测宇宙。从定性上讲,如果没有暗物质的作用,宇宙就不会呈现出我们今天所观察到的样子:星系的分布方式将会不同,宇宙微波背景(CMB)的温度各向异性也不会呈现出现在的样子。暗物质作为结构形成的不可或缺的催化剂。它使宇宙从一个初始状态—几乎完美的平滑状态,只有微小的不均匀性—转变为一个在许多不同尺度上都富含结构的状态。它允许原始的不均匀性增长,形成了今天观察到的星系。正如我们稍后将看到的,普通物质无法完成这项任务,主要是因为它与辐射的耦合。

   我们需要一些标准宇宙学模型方面的知识。标准宇宙学模型三个组成部分的演化可以简要总结为:

   辐射的密度按 $1/a^4$ 的比例变化。最初,当尺度因子 $a$ 非常小的时候,辐射(光子和中微子)占主导地位,宇宙几乎是均匀的,对光子是不透明的。

   物质的密度按 $1/a^3$ 的比例变化。在后期,宇宙变成了由物质主导(在 $t \sim 50 kyr$ 时,当宇宙比现在小约 $1/3400$)然后变得透明(“重组” 发生在 $t \sim 380 kyr$ 时,即 $a_{recomb} \sim 1/1100$,当宇宙冷却到远低于氢的结合能,以至于电子和质子形成了中性氢)。

   暗能量。现在(尺度因子 $a = 1$),宇宙由一个组成部分主导,其密度不随 a 变化,这与它是一个宇宙常数或真空能量相容。

                     

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