相互作用暗能量模型及其观测限制的研究

Interacting dark energy model not only solves the so-called coincidence problem in the standard LCDM model, but also provides one of the simplest way to effectively modify gravity at large scale without strong constraints from local observations. So, any study on interacting dark energy model is helpful to understand the nature of the late time accelerated expansion of the Universe or dark energy. In this proposal, we will study the interacting dark energy model by the numbers through theoretical analysis, numerical simulation and cosmic observational constraints. Theoretically, we give the possible interacting forms between the dark sector and standard model particles with the guarantee of physical principle and phenomenon. We study the zero and first order perturbation equations and analyze the effects to CMB anisotropy power spectra,large scale structure formation, peculiar velocity and weaklensing and try to find out the possible new observational effects. Then, we can calculate the CMB anisotropy power spectra, matter power spectra, the power spectra of velocity and the amount of weaklensing by numerical simulation in interacting dark energy models. We compare the effects with that of standard LCDM model and try to find any clues to break model degeneracies. At last, by combining the currently available cosmic observational data sets, we use Markov-Chain Monte-Carlo (MCMC) method to give the model parameters space and test the viability of interacting dark energy models. And we try to describe the process and feature of large scale structure formation in interacting dark energy models. In this way, we expect our study can shed light on understanding the nature of dark energy.

相互作用暗能量模型不仅能解决宇宙学常数模型中的巧合性问题，而且能够给出与标准宇宙学模型不同的观测效应以及大尺度上的有效修改引力论。故，有关相互作用暗能量模型的研究对于揭示暗能量的本质是十分有益的。本项目将从理论研究、数值模拟和天文观测限制三个方面对相互作用暗能量模型开展系统的研究工作。理论上，通过对相互作用暗能量物理规律的研究，给出可能的相互作用形式，研究相互作用下的零阶背景演化方程和一阶扰动方程，分析相互作用对CMB各向异性功率谱、宇宙大尺度结构形成、本动速度场、弱引力透镜等的影响及所产生的新观测效应；通过数值模拟计算相互作用下的CMB各向异性功率谱、物质扰动功率谱、本动速度功率谱和引力透镜效应的大小；结合最新发布的天文观测数据，采用马尔科夫链-蒙特卡洛计算方法给出模型参数的置信空间，检验相互作用暗能量模型的可行性，描述相互作用暗能量模型下大尺度结构形成的物理规律，揭示暗能量的本质。

暗能量是当前物理学、宇宙学研究的重要课题之一。对暗能量非引力相互作用的研究有助于揭示暗能量的本质。在本项目中，从理论研究、数值模拟和天文观测限制三个方面对相互作用暗能量模型开展系统的研究工作：首先，通过理论分析给出了协变的的相互作用形式，建立了相互作用模型；其次，在零阶背景上和一阶扰动两个方面研究了相互作用对CMB各项异性功率谱、物质扰动功率谱、描述大尺度结构的红移扭曲因子的影响和观测效应；最后，采用最新发布的天文观测数据检验了相互作用的可能性。研究表明，宇宙大尺度结构的信息，如红移扭曲因子，对相会作用有很强的限制，然而，当前的观测数据未发现明显的相互作用。与此同时，我们还研究了暗能量其他微观性质，如声速，各向异性等性质等，以及统一暗物质模型，修改引力论，引力透镜与大尺度交叉关联函数对中微子质量的确定，暗物质的状态方程，CMB的B模式对极化转角的约束，CMB的B模式与原初引力波等。