通过 21 cm 观测约束暗物质

在再电离时代之后，宇宙中的氢是中性的，可以通过其 21 cm 信号直接观测。如果暗物质（DM）衰变或湮灭，相应的能量输入会影响氢的动能温度和电离分数，并为 Ly_alpha 背景贡献能量。由此产生的变化可用于约束所提议的 DM 候选者，其中我们选取了其中最受欢迎的三个：（i）25 keV 衰变的sterile 神经网络，（ii）10 MeV 衰变的轻暗物质（LDM），以及（iii）10 MeV 湮灭的 LDM。虽然我们发现 DM 的效应明显小于此前的研究所发现的（由于对 DM 向气体能量传递的更物理化描述），但我们得出结论，结合 21 cm 背景及其梯度的观测应能够至少对 LDM 候选者施加约束。事实上，LDM 的衰变（湮灭）会相对于非衰变/湮灭 DM 情况导致差别亮度温度变化，最高可达 Delta_delta T_b=8（22）mK，位于约 50（15）MHz。原则上，这种信号可以被当前的单极阵列射电望远镜以及未来的设施（如 LOFAR）检测到；然而，这假设离子层、干扰和前景问题可以得到妥善处理。