用CMB、BAO与Lyman-$\alpha$约束暗物质--暗辐射相互作用

若干有趣的暗物质（DM）模型援引一个暗 sector，产生两类可能相互反应的遗迹粒子：非相对论性DM与相对论性暗辐射（DR）。这些模型对宇宙学观测量有有趣的影响，并原则上可解决诸如小尺度冷DM危机、Hubble张力、和/或低$\sigma_8$值等问题。它们的宇宙学行为由ETHOS参数化刻画，其中包含按温度$T^n$的幂律标度的DR-DM散射率。具有$n=0$、$2$或$4$的情形可在具体暗 sector构造中轻易实现。此处我们利用近期CMB、BAO与高分辨率Lyman-$\alpha$数据更新了对这三种情形的约束。我们引入了一个新的Lyman-$\alpha$似然函数，适用于具有小尺度物质功率谱压低的一大类宇宙学模型。对于$n=2$和$4$，我们发现Lyman-$\alpha$数据将CMB+BAO对DM-DR相互作用率的界限强化了多个数量级。然而，提供可能解决失踪卫星问题的模型仍与我们的新界限相容。对于$n=0$，高分辨率Lyman-$\alpha$数据除极小的DR密度值外，并未带来比CMB+BAO数据更强的相互作用率约束。利用CMB+BAO数据以及对DR最小密度的理论动机先验，我们发现$n=0$模型可将Hubble张力从$4.1\sigma$降至$2.7\sigma$，同时容纳宇宙剪切数据所暗示的更小的$\sigma_8$与$S_8$参数值。