普朗克与WMAP极化数据揭示耦合暗物质对宇宙学参数的新限制

本文主要探讨了"耦合暗物质的宇宙微波背景(CMB)约束"这一课题，它聚焦于一个假设性的物理情景，即宇宙中的暗物质并非完全独立于其他基本力，而是部分地非最小耦合到无质量的标量场。在这种模型中，暗能量以宇宙学常数的形式存在，这导致了一个额外的引力效应，被称为第五力。这个力量对宇宙的扩张和结构形成产生了显著的影响，从而对观测到的宇宙学参数（如宇宙的几何形状、膨胀速率等）产生了潜在的修正。 作者Sophie C. F. Morris和Anne M. Green来自英国诺丁汉大学的物理学与天文学系，他们在2015年的《物理快报B》(Physics Letters B, Vol. 741, Issues 1-3, Pages 51-54)上发表了这项研究。他们利用普朗克（Planck）和威尔金森 Microwave Anisotropy Probe (WMAP) 的极化数据来分析这一理论模型对CMB的影响。他们的研究结果显示，这种耦合暗物质的比例理论上可以达到暗物质总量的一半，这是一个重要的发现，因为它挑战了传统的暗物质模型假设。 相比于仅有一种类型的冷暗物质与典型的 quintessence（ quintessence是一种假设的动态暗能量形式）标量场耦合的情况，耦合暗物质模型允许更大的耦合强度。这是因为标量场在该模型中同时承担了暗能量的角色，受到更多的观测数据限制。换句话说，如果标量场没有扮演暗能量的职责，其与暗物质的耦合就可以超出传统模型的范围，这意味着可能存在更复杂的暗物质性质和相互作用。 这篇研究不仅提供了对耦合暗物质与宇宙学常数模型的新认识，还展示了CMB观测在探测暗物质性质上的潜力。它对于理解宇宙的构成和演化过程，特别是关于暗物质和暗能量的本质，具有重要的理论意义。通过这种方法，科学家们能够进一步探索未知的物理领域，并可能在未来的研究中找到突破性进展。