单组分隐暗物质宇宙学

宇宙学和天体物理学提供了多种研究暗物质性质的方法，即使它们与标准模型粒子仅有可忽略的非引力相互作用并保持隐藏。我们研究一类隐暗物质模型，其中暗物质除引力外完全与标准模型 sector 退耦，且由具有守恒共动粒子数和守恒共动熵的单组分构成。此类隐暗物质包含作为温暗物质行为的模型但更为一般。特别地，除拥有独立于标准模型 sector 的温度外，它还包括暗物质处于自身动力学平衡或自由流、服从费米或玻色统计、并具有控制粒子占据数的化学势的情况。虽然通常基于自由流尺度或粒子质量的参数化不再适用，我们表明只要化学势非正，所有情况均可由仅一个参数——相对论到非相对论转变时的特征尺度因子——参数化的一组函数很好地近似。我们研究了来自大爆炸核合成、宇宙微波背景、Lyman-$\alpha$ 森林以及最小晕质量的约束。我们表明最显著的现象学影响是小尺度物质功率谱的压低——当暗物质在早期具有速度弥散或压强时的典型特征。迄今，Lyman-$\alpha$ 森林与小型暗物质晕种群提供了最强约束，将转变红移限制为大于 $\sim6.2\times10^7$。