暗物质湮灭及其对CMB和氢21厘米观测的影响

如果暗物质由弱相互作用大质量粒子组成，这些粒子在晕中的湮灭会导致能量释放，其中一部分被气体吸收，引起部分电离和加热。暗物质湮灭可能导致高红移处的部分电离和气体加热，甚至在第一颗恒星形成之前就已发生。研究表明，早期电离会导致大角度CMB极化功率谱中的功率向更高多极矩转移。未来的CMB实验可能能够对某些轻暗物质模型施加约束。我们还研究了气体加热对预期的H21厘米功率谱的影响。粒子湮灭导致的加热使得当气体温度$T$变得与CMB温度$T_\gamma$相当时，H21厘米功率谱的振幅先下降，然后在$T > T_\gamma$时上升。结果是在$T \approx T_\gamma$的红移处功率谱出现一个最小值。只有某些模型（低粒子质量$\sim$ 10 GeV，或有利的晕参数）显示出这种效应。在这些模型内，对多个红移处H21厘米功率谱的观测可以帮助我们获得对暗物质粒子和晕性质的约束。