关于简化相对论气体温暗物质的一般特征

简化相对论气体（Reduced Relativistic Gas, RRG）是描述温暗物质（Warm Dark Matter, WDM）或重子物质温热性的一种有效近似方法，适用于粒子间相互作用可忽略的情形。使用麦克斯韦分布会导致于特纳相对论理想气体模型的状态方程变得复杂。RRG 能以更简单的形式重现相同的物理情境。因此，RRG 可作为涉及某种“新物理”理论的有用工具。另一方面，即使没有定性的新物理实现，RRG 也可用于以模型无关的方式描述 WDM 的一般特征。从这个意义上说，人们尤其可以看清 WDM 的宇宙学表现可能在多大程度上依赖于其粒子物理背景。本工作将 RRG 作为一种补充方法，以模型无关的方式推导 WDM 的主要观测指数。唯一的假设涉及暗物质粒子不可忽略的速度 $v$，该速度由温热参数 $b$ 参数化。较高的 $b$ 值（$b^2\gtrsim 10^{-6}$）会抹去辐射（光子和中微子）主导时期，并在暴胀后导致早期温热物质主导。此外，RRG 方法能够量化线性物质谱在小尺度上的功率缺失，特别是以 $\lesssim 1\%$ 的精度重现了 WDM 背景下常用的相对转移函数。$b^2\lesssim 10^{-6}$（相当于 $v\lesssim 300 km/s$）的温热性不会显著改变 CMB 功率谱，并与背景观测检验相符。