重子-暗物质散射与首批恒星形成

近期对天空平均21厘米宇宙学信号的探测表明，其吸收比基于标准模型所允许的最大值更强。对于所需更冷的原初气体，一种解释是重子与暗物质流体之间由于非引力散射而产生的能量转移。在此，我们探究当包含此能量转移时，坍缩形成第三星族（Pop III）恒星的原初气体的热演化。通过一系列单区计算，我们发现若暗物质由21厘米观测推断的最佳拟合参数描述，则演化产生的恒星比标准模型中质量更大。另一方面，若要求在宇宙历史中足够早地形成大质量Pop III恒星，则暗物质参数空间中有显著部分可被排除。否则，在$z\gtrsim17$处为解释21厘米吸收特征而推断所需的、产生强Wouthuysen-Field耦合的辐射背景将无法建立。有趣的是，来自高密度下首批恒星形成物理的独立约束也指向 similarly 狭窄的暗物质属性范围。这一探索性研究需通过自洽的三维模拟加以跟进，以获得更严格的推导。