宇宙复合期间小尺度重子扰动的稳定性

本文研究了复合期间重子流体中的小尺度涨落（重子压力声波）。特别是，我们考察了它们在大尺度（$k \sim 10^{-1} \ {\rm Mpc}^{-1}$）上存在重子与光子相对速度情况下的演化，这种相对速度在退耦时期自然存在。先前的工作得出结论认为，由于复合等离子体中声波的不稳定性，这些涨落会增长，但对于典型的宇宙学模型，其增长因子很小。这些分析将非均匀宇宙中的复合建模为对均匀解参数的微扰。我们表明，对于相关波数 $k\gtrsim 10^3\ {\rm Mpc}^{-1}$，电离连续谱（$h\nu>13.6$ eV）和 Lyman-$\alpha$ 光子在密度扰动波峰与波谷之间的输运显著改变了动力学过程。我们求解了这两个频率范围内光子的辐射转移，并将结果纳入微扰的三能级原子模型中。我们得出结论，该不稳定性在中等尺度上依然存在。我们利用这些结果估算了 $10^{7}$ 次大尺度相对速度随机实现中的增长率分布。我们的结果表明不存在显著增长；在这 $10^7$ 次实现中，我们在波数 $k \approx 10^{3} \ {\rm Mpc}^{-1}$ 处发现的最大增长因子小于 $\approx 1.2$。该不稳定性较低的增长因子归因于电子与光子耦合的复合时期持续时间相对较短。