Karanlık Maddeye Bağlı Birlik: Düşük Sıcaklıkta Yeniden Isıtma ile Donma

Bağlantı Tablosu

• Özet ve Giriş
• S-matrisi: Birlik ve Sonuçları
• Karanlık Maddenin Yok Edilmesi ve Birlik Sınırı
• Düşük Sıcaklıkta Yeniden Isıtma
• Düşük Sıcaklıkta Yeniden Isıtma ile Donma
• Özet ve sonuç
• Teşekkür ve Referanslar

5. Düşük Sıcaklıkta Yeniden Isıtma ile Dondurma

Bu bölümde DM'nin dondurulmasına ilişkin iki durum ele alınmaktadır. Birincisi, toplam termal ortalamalı yok olma kesiti ⟨σv⟩ ile birkaç DM parçacığının birkaç SM durumuna yok olduğu görünür donmaya karşılık gelir. DM sayı yoğunluğunun n evrimi Boltzmann denklemi ile açıklanabilir [20]

5.1. Kinasyon benzeri

Aşağıda Denk. (5.6) ve (5.7) kinasyon benzeri kozmoloji bağlamında analitik olarak çözülecektir. Kolaylık sağlamak için, karanlık donmaya karşılık gelen durumla başlıyoruz.

5.1.1. Karanlık donma

Radyasyonun hakim olduğu dönemde donma meydana gelirse, Denk. (5.7), DM'nin donmasından bugüne kadar analitik olarak çözülebilir (yani, küçük sıcaklık ve dolayısıyla büyük x)

Gözlemlenen DM kalıntı yoğunluğunun tamamıyla eşleşmek için şu gereklidir:

Alternatif olarak, yeniden ısıtma sırasında donma meydana gelirse

Denklemdeki H'nin iki rejimini vurgulamak için integral iki parçaya bölünmüştür. (4.6). Öyleyse

5.1.2. Görünür donma

Denklem 2'de gözle görülür donma durumu. (5.6), önceki alt bölümde sunulan aynı prosedür izlenerek hesaplanabilir. Bununla birlikte, Denklemlerde r = 2 sabitlenerek de elde edilebilir. (5.10) ve (5.13), ki bu da verir

Radyasyonun hakim olduğu çağda donma için veya

yeniden ısıtma sırasında.

5.2. Erken madde hakimiyeti

Donma sıcaklığı Denklemler karşılaştırılarak tahmin edilebilir. (4.8) ve (5.4) veya (5.5), ve şu şekilde verilir:

Daha sonra Denklemler için analitik çözümler sunulmaktadır. (5.16) ve (5.17)'yi erken madde ağırlıklı bir senaryo bağlamında. Kolaylık olması açısından karanlık donmaya karşılık gelen durumla başlayacağız.

5.2.1. Karanlık donma

Radyasyon döneminde donma meydana gelirse Denk. (5.17) veya eşdeğeri Denk. (5.7), Denklem 2'de sunulandır. (5.10). Bunun yerine, yeniden ısıtma döneminde meydana gelirse,

5.2.2. Görünür donma

Radyasyon hakimiyeti sırasında donma meydana gelirse, Denk. (5.16) Denklemi ile aynıdır. (5.14). Alternatif olarak, yeniden ısıtma sırasında meydana gelirse bunun yerine

basitçe Denklemin r = 2 sınırına karşılık gelir. (5.20).