球坍缩模型(spherical collapse model),理学-天文学-宇宙学-暴胀宇宙-非线性扰动演化,一种基于球对称假定下的暗物质坍缩模型。当引力势能的绝对值大于动能时,无压强的暗物质粒子会在自引力的作用下逐渐与背景物质膨胀退耦,进而形成一个自引力结构的束缚态,即暗物质晕。最终形成暗物质晕区域内的物质密度是背景物质密度的200倍以上,因此,如何从一个相对物质密度扰动为10-5的微小扰动增长为>200的动力学过程是高度非线性的。球坍缩模型就是描述该过程的一个简化模型。以背景完全由非相对论性物质决定的爱因斯坦-德西特(Einstein-de Sitter)空间中的,礼帽(top-hat)球对称坍缩模型为例,其物质密度轮廓如图1所示。图1 礼帽球对称坍缩模型的物质密度轮廓利用伯克霍夫定理(Birkhoff theorem),位于半径为处的球壳层所受到的引力可以等效为将球壳层内部的所有质量都集中到圆心处的质点所施加在壳层上的力:在该吸引力和膨胀背景的共同作用下,初始半径为的物质密度壳层,首先随着背景膨胀一起向外扩张,当扩张到最大半径后,该自引力系统与背景膨胀退耦转而变为向内坍缩。