电磁能量奇异注入的宇宙学约束

我们计算了宇宙微波背景（CMB）各向异性对大范围时间尺度上电磁（e.m.）通道中奇异能量注入形式的约束。这些约束在复合时期附近或刚过复合时期非常有力，尽管 CMB 对寿命长达 $10^{25}\,$s 的衰变物质仍保持一定灵敏度。我们在此回顾了与 CMB 谱畸变和原初核合成界限的互补性，后者在更早的时间尺度上占主导。我们首次描述了电磁能量注入对 CMB 功率谱的影响作为注入 epoch 的函数，使用衰变粒子的寿命作为代理。我们确定了一个合适的瞬时近似（on-the-spot approximation）。我们的结果不仅与构成（一部分）暗物质的早期宇宙遗迹有关，也与其他电磁辐射的奇异注入有关。作为示例，我们将我们的形式体系应用于：i) 质量 $\in [10^{13.5},10^{16.8}]$ g 的原初黑洞，表明其约束与伽马射线背景研究得到的约束相当，甚至在 $\sim 10^{14}$g 以下占主导。ii) 惰性中微子参数空间中一个特殊的质量-混合范围，与其他天体物理和实验室探测互补。iii) 最后，我们首次估算了即将到来的 21 cm 实验所留有的改进空间，并将其与拟议的 CMB 谱畸变（PiXiE）和 CMB 角功率谱（CORE）任务的探测能力进行比较。我们表明，在 21 cm 探测中寻找此信号（或改进当前约束）的最佳且最现实的机会是聚焦于宇宙黎明时期，$15\lesssim z\lesssim30$，在此处对于规避所有当前约束的模型可预期发射谱在定性上明确的标志。