摘要:
   暗物质的粒子本质一直以来都是宇宙学研究的前沿问题。作为标准宇宙学冷暗物质的一类候选粒子模型，以轴子(axion)为代表的标量场暗物质(scalar field dark matter)近年来已成为暗物质研究的主流对象之一。标量场暗物质的研究不仅有来自于粒子物理标准模型方面的动机，也有解释河外星系观测结果的应用。我的研究对象是标量场暗物质模型的一般情况——自相互作用下的复标量场。此类暗物质模型在其演化早期普遍存在着动能主导/刚性(kination/stiff)的物态，因而能够改变早期宇宙的膨胀历史，进而影响各种宇宙学可观测量，包括大爆炸核合成、原初引力波、宇宙大尺度结构（微波背景辐射、重子声学震荡）等等。当刚性物态下的标量场暗物质主导宇宙总能量时，暴胀产生的原初引力波将被放大，这一效应能够帮助减轻当前哈勃常数的不同测量结果之间的差异。此外，在宇宙结构形成方面，标量场暗物质也能在小尺度上突破冷暗物质的预测，在21厘米信号和莱曼阿尔法森林中留下可观测效应。这些效应都有助于在未来的天文观测中探测或限制标量场暗物质。