利用来自暗物质的异种Lyman-α信号提升宇宙21-cm信号

来自宇宙黎明时期（$z \sim 10-30$）的21-cm信号提供了对新物理的强大探针。一种标准机制依赖于通过衰变产生的产品加热介于星系间介质（IGM）来约束衰变暗物质，这一效应的可观测性与来自第一代恒星的Lyman-α fluxes（Lyman-α fluxes）和X射线加热不确定性相互交织。在本Letter中，我们探讨了一种新机制，即衰变暗物质产生的Lyman-α光子通过Wouthuysen-Field耦合机制，将自旋温度早期地耦合到气体温度，从而放大了21-cm信号。该机制提供的约束比基于异种加热的约束更少地依赖于与星形成相关的不确定性。我们研究了质量为$m_{\chi}\sim20.4-27.2$ eV的衰变暗物质，其中二光子衰变有效地产生Lyman系列光子。我们对 Hydrogen Epoch of Reionization Array 和 Square Kilometre Array 进行了预测，展示了其有望探索轻质量衰变暗物质（包括类似轴子的粒子）的未受约束参数空间。