CMB-HD 作为亚星系尺度暗物质的探针

我们首次表明，高分辨率 CMB 透镜观测可以探测亚星系尺度上的结构。具体而言，CMB-HD 实验可以探测至 k ~ 55 h/Mpc，对应于约 $10^8 M_{\odot}$ 的晕质量。在 0.005 h/Mpc < k < 55 h/Mpc 的范围内，跨越四个数量级，来自温度、偏振和透镜功率谱的总透镜信噪比 (SNR) 大于 1900。CMB-HD 在小尺度上的大部分透镜 SNR 来自温度功率谱，而非透镜谱。这些透镜测量使 CMB-HD 能够区分冷暗物质 (CDM) 与在亚星系尺度上改变物质功率谱的非 CDM 模型。我们还发现，由于 CDM 和非 CDM 模型影响透镜信号的方式不同，CMB-HD 能够区分重子反馈效应与非 CDM 模型。动力学 Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) 功率谱进一步约束了在 CMB-HD 所测量的最小尺度上偏离 CDM 的非 CDM 模型。例如，在 $\Lambda$WDM + $N_{\rm{eff}} + \sum m_\nu + m_{\rm{WDM}} + \log_{10}T_{\rm{AGN}} + A_{\rm{kSZ}} + n_{\rm{kSZ}}$ 模型中，CMB-HD 能以 30$\sigma$ 检测到 1 keV 的温暗物质 (WDM)，或在 95% CL 下排除约 7 keV 的 WDM；此处 $T_{\rm{AGN}}$ 表征反馈强度，$A_{\rm{kSZ}}$ 和 $n_{\rm{kSZ}}$ 允许动力学 Sunyaev-Zel'dovich 功率谱的幅度和斜率自由变化。本研究基于对系统效应的合理假设，初步探索了可实现的成果。我们公开了此处使用的 CMB-HD Fisher 代码，并指出可以对其进行修改以使用任何改变物质功率谱的非 CDM 模型。