用 21cm 信号约束耦合精质模型

21cm 谱线探测了从暗纪到再电离完成这一广泛红移范围内物质扰动的演化。观测 21cm 宇宙学信号将拓展我们对宇宙演化的理解，因此研究不同宇宙学模型的预言十分重要。本文中，我们关注在再电离时期针对全局信号实验与强度映射巡天约束耦合精质模型的前景。为推导耦合精质中的全天空 21cm 信号与涨落，我们模拟了包含暗物质与精质场之间耦合的 21cm 信号宇宙学体积，其中耦合强度由参数 $Q$ 标记。我们表明，暗物质与精质之间的耦合改变了结构形成并加速了再电离过程。对于即将开展的 21cm 谱线巡天如 SKA 以及一个基准全局 21cm 信号实验，我们执行 Fisher 矩阵分析以约束耦合 $Q$ 与暗物质密度参数 $\Omega_\mathrm{dm}$。结果表明，SKA 将能对 $|Q|$ 给出 68% 的上限 $0.04$。同时，此类全局 21cm 探测器对暗物质密度参数 $\Omega_\mathrm{dm}$ 提供约 $\Delta\Omega_{\rm dm}\approx 0.005$ 的约束，而 SKA 给出的约束较弱，约 $\Delta\Omega_{\rm dm}\approx0.1$。这些约束与已由宇宙微波背景获得的那些相当，但探测了完全不同的红移范围。