衰变与湮灭暗物质中首批恒星的诞生
宇宙学与河外天体物理
2023-08-28 v1 星系天体物理
高能物理 - 唯象学
摘要
首批恒星预期通过分子氢（H）冷却形成，这一通道对气体的热状态和电离状态尤其敏感，因而可作为来自衰变或湮灭暗物质（DM）的奇异能量注入的探针。此处，我们使用一个玩具晕模型来研究 DM 源能量注入对首批星系 H 含量的影响，从而估计高红移下形成恒星所需晕的阈值质量。我们发现当前允许的 DM 模型能显著改变该阈值，产生正反馈和负反馈。在某些情景中，气体的额外加热提高了坍缩所需的晕质量，而在其他情景中，能量注入通过增加自由电子分数并催化 H 形成而降低了阈值。效应的方向可能依赖于红移。我们还限定了晕对 Lyman-Werner 辐射的自屏蔽所带来的不确定性。因此，奇异能量注入既能延迟也能加速恒星形成的开始；我们展示了这如何影响宇宙黎明期 21cm 信号的时序。我们鼓励对本工作中确定的最有希望的参数空间区域进行详细的模拟跟进。
引用
@article{arxiv.2308.12992,
title = {Birth of the first stars amidst decaying and annihilating dark matter},
author = {Wenzer Qin and Julian B. Munoz and Hongwan Liu and Tracy R. Slatyer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.12992},
year = {2023}
}
备注
32 pages, 13 figures, 3 tables