具有衰减冷暗物质宇宙的热力学

本文聚焦于暗物质可在暗色Sector内衰变为类相对论性粒子后的热力学一致性。必须强调的是，暗物质的寿命必须大于宇宙的年龄，以与观测结果一致。鉴于对应的衰变速率较小，这一速率可作为扰动参数使用，并可通过扰动分析构造出密度以及尺度因子的解析解。暗物质的衰变是不可逆过程，因为其发生在化学平衡之外，因此合成体积的熵增加显著，作为结果温度不再按 $a^{-1}$ 缩放，与绝热膨胀不同。我们考虑两种情形：a) 两种组成该流体的粒子最终达到热平衡，因此其温度相同。b) 另一种情形中，粒子未达到热平衡，因此具有不同的温度。我们验证在任何情况下第二定律都得到满足。