利用全球 21 厘米信号约束非冷暗物质模型

任何具有受抑制的天体物理相关功率谱的粒子暗物质(DM)情形都会导致星系形成延迟。因此,这类情形可以利用由首批恒星的紫外辐射引发的全球 21 厘米吸收信号来约束。探测再电离时代全局信号实验(EDGES)最近报道了在红移 $\sim 17$ 处对此类吸收信号的首次探测。尽管其振幅可能暗示需要新物理,我们仅关注该信号的时间以检验非冷暗物质模型。假设由辐射流体动力学模拟所启发的对恒星-重子比($f_{*}<0.03$)和最小冷却温度($T_{\rm vir}>10^3$ 开尔文)的保守限制,我们能够推导出对各种非冷暗物质模型的前所未有的约束。例如,热温暗物质的质量被限制为 $m_{\rm TH}>6.1$ keV,而混合暗物质情形(包含冷成分和热成分)被约束为热暗物质比例低于 17%。超轻轴子暗物质模型被限制为质量 $m_{a}>8\times10^{-21}$ eV,在这一区间内其波动性被推至远低于千秒差距尺度。最后,来自共振产生的惰性中微子作为主导暗物质候选者可被完全排除。本文结果表明,21 厘米吸收信号是非冷暗物质的强有力判别量,相较当前最强限制可显著改进。在此背景下,确认 EDGES 的结果至关重要。