npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041


Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2016; 66: 998-1004

Published online August 31, 2016

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

A Review of the Effects of Dark Matter on Big-Bang Nucleosynthesis

빅뱅 핵합성에서의 암흑물질의 효과 연구에 대한 고찰

Dukjae JANG*, Myung-Ki CHEOUN†

Department of Physics, Soongsil University, Seoul 06978, Korea

Correspondence to:*, †

Received: July 3, 2016; Revised: July 13, 2016; Accepted: July 14, 2016

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.


We present a brief review regarding the effect of dark matter on Big-bang nucleosynthesis (BBN). Light elements up to $^9$Be, whose abundances has been determined by using astrophysics spectroscopy and analysis of chondrites, are believed to have been produced during the BBN epoch. Therefore, the standard particle model, as well as models beyond the standard cosmological model, most produce results that ard consistent with the abundances of elements produced during BBN. The need for such consistency can be used to put effective constrains on some of the parameters in such models. This paper addresses how dark matter (DM) affects element production and how important parameters of DM can be constrained by using BBN network calculations and observational data. For example, in this paper, the effects on BBN due to some dark-matter candidates, such as X-particles, sterile neutrinos and axions, along with constraints on the parameters from the BBN, are discussed.

Keywords: Big-bang Nucleosynthesis, X-particle, Axion, Sterile neutrino, Dark matter

이 논문에서는 빅뱅(Big-bang) 당시의 핵합성에 우리가 가정하고 있는 암흑물질이 얼마나 그 영향을 미칠 수 있는가를 최근의 논문들을 중심으로 개괄하고자 한다. 빅뱅 당시에 생성된 원소는 온도의 급격한 강하로 인하여 $^9$Be까지로 알려져 있다. 이 원소들은 우주 및 태양계의 정확한 분광 관측 및 미분화 화석 등의 분석에 의하여 존재비율이 비교적 정확하게 알려져 있으며 관련 핵반응도 실험적으로 확인이 되어 있는 상황이다. 따라서 어떠한 새로운 우주모델 혹은 입자 모델들도 관측된 초기 우주의 원소 존재 비율을 만족해야 하므로, 빅뱅 핵합성 이론은 새로운 모델들의 자유 변수를 제한시킬 수 있는 귀중한 분야이다. 본 논문에서는 최근의 X-입자(X-particle), 비활성 중성미자(sterile neutrino) 및 액시온(Axion) 등에 의한 초기우주 핵합성 비율의 변화 연구를 통하여 암흑물질이 초기 우주의 원소 생성에 어떤 식으로 영향을 미칠 수 있는 가를 살펴보기로 한다.

Keywords: 빅뱅 핵합성, X-입자, 액시온, 비활성 중성미자, 암흑 물질

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