相互作用性中子的宇宙学特征

我们研究了中子散射在宇宙微波背景（CMB）和物质功率谱中的特征，以及现有宇宙学数据能否区分中子是自由流还是紧密耦合流体。若中子具有强非标准相互作用，例如通过中子与轻量玻色子的耦合，他们可能在较晚时刻保持平衡。我们展示了这些模型的功率谱与更常规中子情形之间的差异，并使用CMB和大尺度结构数据对这些模型进行约束。CMB极化数据改善了对无质量中子数的约束，而Lyman-$\alpha$功率谱改善了对中子质量的限制。中子质量限制强烈取决于某些或所有中子种类的相互作用与湮灭情况。当前数据可以容纳若干紧密耦合的相对自由度，本文所考察的相互作用中子情形均未被当前数据排除——尽管关于宇宙年龄的考虑不利于三个湮灭中子且具有较大中子质量的模型。