MCG暗能量模型在球塌缩理论下对宇宙结构形成的影响

摘要

近年来，通过对Ia型超新星的观测以及WMAP、SDSS等精确数据的分析，表明宇宙正处在加速膨胀的阶段[1，2]，解释宇宙的加速膨胀成为物理学热门的问题之一。然而这一结果似乎与我们所熟知的热大爆炸标准宇宙学模型相矛盾，对此，人们提出了多种理论对标准宇宙学模型进行修正。主要有两种主流的修正疗法：一是引入一种新的宇宙组分，即暗能量，该物质具有负压强，且在大尺度结构中是均匀分布的，即对爱因斯坦场方程的右边进行修正。另一种方法是修改宇宙的时空几何，通常被称为引力修正理论，它是通过修改场方程的左边实现的。
　　 本文在空间平直宇宙的背景下，对MCG暗能量模型在宇宙的结构形成中的效应进行了更深入的研究。首先，对现代宇宙学的背景知识进行介绍，回顾了宇宙学原理及标准宇宙学模型，并对目前建立的各种暗能量模型进行简要总结。然后我们通过结构形成中的球塌缩模型和结团丰度，将宇宙学中的相关参量与观测数据做对比，从而达到区分和评估各种暗能量模型的作用，因此在第三章中具体介绍了相关的研究理论和方法。紧接着，应用该理论来讨论修正的Chaplygin气体(MCG)模型，文中简要回顾了MCG模型动力学演化，重点讨论在非线性框架下用球塌缩模型[3]来分析修正的Chaplygin作为暗能量对结构形成的影响，并把非线性过程分为两个阶段：一个是从微小的初始密度反差的区域膨胀到最大半径前的演化；另一个阶段足从最大半径时刻到最终维里平衡状态的演化。我们分别讨论了达到最大半径状态以及维里状态的密度反差，并把结果与GCG，LCDM，Einstein-de sitter宇宙相应的值做了对比。而对于线性扰动部分，我们选取了几个宇宙学参量作为代表来研究，并把结果与观测做了对比，发现结果与观测符合的很好。从而说明在线性和非线性扰动中MCG作为暗能量都能够很好的解释宇宙的加速膨胀。最后，应用Press-Schechter质量函数讨论了MCG暗能量在不同的质量范围内对宇宙物质结团丰度的影响，并与标准的LCDM模型、GCG模型和参数化的暗能量模型相对比。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

2 暗能量与宇宙加速膨胀

2.1 宇宙学原理

2.2 标准宇宙学模型

2.3 暴胀理论

2.4 当前宇宙加速膨胀的解释

2.4.1 Ia型超新星作为标准烛光对宇宙膨胀情况的探测

2.4.2 宇宙学常数模型

2.4.3 动力学暗能量模型

2.4.4 修正的引力模型

3 宇宙结团机制

3.1 扰动的线性理论

3.1.1 均匀而静止宇宙中的Jeans理论

3.1.2 膨胀宇宙中的小扰动

3.2 扰动的非线性理论-球塌缩(Spherical collapse)理论

3.3 物质结团的丰度

4 MCG暗能量与结构形成

4.1 MCG模型动力学

4.2 MCG模型的线性演化

4.3 MCG模型的非线性增长

4.3.1 方程的重建及膨胀至最大半径时刻

4.3.2 塌缩过程及维里状态

4.4 MCG模型与宇宙结团丰度

4.4.1 MCG对宇宙结团数目的影响

4.4.2 MCG模型与参数化模型的对比

4.5 暗能量参与结团的扰动理论

4.6 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢