用衰变暗物质模型缓解 $H_0$ 与 $\sigma_8$ 反常

使用 Planck 数据的 $\Lambda$CDM 模型依赖的当前膨胀率 $H_0$ 预测与 SH0ES 合作组在本地宇宙直接、模型无关的测量在 $>3.5\sigma$ 上不一致。此外，对物质涨落振幅 $S_8$ 的类似预测与其在本地宇宙的测量存在较温和的 $\sim 2\sigma$ 张力。由于依赖未分辨系统误差的解释尚未找到，理论家一直在探索修改宇宙学模型以改变这些参数的早期宇宙预测来解释这些反常。然而，试图解决一种张力的新宇宙学模型往往恶化另一种。在本文中，我们研究衰变暗物质（DDM）模型作为同时解决两种张力的方案。此处，一部分暗物质密度衰变为暗辐射。衰变率 $\Gamma$ 通过常数 $\alpha_{\rm dr}$ 正比于哈勃率 $H$，这是该模型唯一的附加参数。于是，该模型在 early 宇宙偏离 $\Lambda$CDM 最大，其中 $\alpha_{\rm dr}$ 与 $H_0$ 正相关、与 $S_8$ 负相关。因此，增大 $\alpha_{\rm dr}$（并允许暗物质以此方式衰变）可同时减小两种张力。当仅考虑 Planck CMB 数据与本地 SH0ES 对 $H_0$ 的先验时，约 1% 暗物质衰变，将 $S_8$ 张力降至 $0.3\sigma$ 并将最佳拟合 $H_0$ 提高 $1.6$ km/s/Mpc。然而，加入中红移数据（JLA 超新星数据集与重子声学振荡数据）削弱了该模型的有效性。仅约 0.5% 暗物质衰变，使 $S_8$ 张力回升至 $\sim 1.5 \sigma$，最佳拟合 $H_0$ 增量降至 $0.4$ km/s/Mpc。