衰减性粒子与宇宙致态历史

我们探讨了宇宙是否由重粒子衰变产物导致致态的可能性。特别是我们研究在何种情况下，这种衰变可能在高红移（$z \simeq 20$）处产生显著致态，正如WMAP结果所要求的。额外的高红移致态来源会增加复合速度，结果是产生高水平致态所需的衰变粒子数密度显著更高（约300倍） than 先前估计。此外，衰变粒子产生的致态即使在最大致态水平为 $10^{-2}$ 时，也会导致高光学深度。为了匹配宇宙微波背景极化功率谱，还需要在低红移处其他显著的致态来源。在低红移处产生致态分数 $x \simeq 0.5$ 的衰变粒子将导致光学深度过高，无法匹配 $l \ge 30$ 的宇宙微波背景光谱。对于衰变时间 $t_{dec} < 2 \times 10^{16} {\rm s}$，最新的宇宙微波背景和大尺度结构数据将衰变粒子的原始丰度限制在95%置信区间下 $\Omega_x \le 21 \times 10^{-9} (1+z)^3$，并偏好较长的衰变时间。数据并不偏好此致态模型与瞬时致态模型。我们还发现，这些重粒子的衰变显著加热了介质，使预期的 $y$ 失真达到不可观测水平。