Kantowski-Sachs 宇宙学中物质-辐射相互作用的定性与数值研究
天体物理学
2009-11-07 v1 广义相对论与量子宇宙学
摘要
我们从定性和数值两个角度考察了以弱相互作用的大质子 (WIMP) 粒子气体与由电子、质子和光子构成的辐射气体混合物作为源的 Kantowski-Sachs 宇宙学模型的演化。在该宇宙时代，湮灭过程可忽略不计，而 WIMP 仅通过引力与辐射气体相互作用，后者可作为单一耗散性流体在水动力学框架下进行研究。应用延拓不可逆热力学的传输方程，联合场方程与守恒方程，我们得到一组支配方程，在给定剪切粘性松弛时间后，可化为一组常微分方程组的自治系统；假设后者与哈伯时间成正比，定性分析表明模型在辐射占主导的时代接近各向同性平衡点。我们展示了松弛时间如何支配模型向平衡光子熵的松弛，从而引出“近-Eckart”和瞬态范畴，分别与“突变”和“平滑”松弛过程相关联。假设 WIMP 粒子为 100 GeV 的超对称中性希腰，数值分析表明，仅当模型的初始条件对应于接近零的空间曲率且总初始能密度接近单位时，才可能实现与稳定平衡态、CMB 各向异性以及中性希腰丰度等观测限制相容的物理上合理的演化。
引用
@article{arxiv.astro-ph/0210100,
title = {A qualitative and numerical study or the matter-radiation interaction in Kantowski-Sachs cosmologies},
author = {Alan A. Coley and Antonio Sarmiento G. and Roberto A. Sussman},
journal= {arXiv preprint arXiv:astro-ph/0210100},
year = {2009}
}
备注
20 pages, 7 figures, to appear in The Physical Review D