用暗时代 21 厘米信号约束奇异暗物质模型

暗时代 21 厘米信号是精确宇宙学和研究新物理的有力工具。我们研究了两个非标准模型：超量射电背景（ERB）模型（可能由暗物质衰变产生）和毫带电暗物质（mDM）模型。这些模型的灵感来自 EDGES 可能在宇宙黎明探测到强全局 21 厘米吸收的信号，但更一般地，它们提供了一种预期潜在发现空间的方式。在暗时代，ERB 模型中的 21 厘米全局信号在振幅 $A_{\rm r}=0.4$ 时达到饱和形式，其中 $A_{\rm r}$ 是宇宙黎明处相对于宇宙微波背景的射电背景强度。该振幅仅为解释 EDGES 信号所需最小值的五分之一，且仅对应于观测到的河外背景的 0.1%；它将给出可在 5.9$\sigma$ 显著性下探测到的信号（标准信号为 $4.1\,\sigma$），并可在 $8.5\,\sigma$ 下与标准（无 ERB）信号区分开，以上均基于 1,000 小时的全局信号测量。21 厘米功率谱具有潜在更多信息，但所需资源要大得多才能给出可比的约束。对于 mDM 模型，在一组可行参数范围内，全局信号探测显著性为 $4.7-7.2\,\sigma$，并可在 $2.2-9.3\,\sigma$ 下与标准信号区分。利用一组全局信号天线实现有效 100,000 小时积分，显著性将提升 $10\,\times$。我们的分析有助于推动月球及天基暗时代实验的发展。