暗物质湮灭能量输出及其对高红移星系际介质的影响

我们研究了暗物质自湮灭的情况，以评估其作为能量注入机制对星系际介质（IGM）整体，特别是对特定暗物质晕内介质的重要性。我们考虑了质量为 10GeV 和 1TeV 的热遗迹 WIMP 粒子，并详细分析了在 $\Lambda$CDM 宇宙学中，暗物质在所有层级上的成团特性，从暗物质晕及其质量函数，到子暗物质晕及其内部的暗物质密度轮廓，并考虑了由超大质量黑洞（SMBH）存在引起的绝热收缩。我们随后计算了相应的能量输出，得出结论：暗物质湮灭并不构成一个重要的反馈机制。我们还计算了暗物质湮灭对 IGM 温度和电离分数的影响，并发现假设最大能量吸收，在 z ~ 10 处，对于 1TeV WIMP 的情况，电离分数可提升至 $6 \times 10^{-4}$，温度提升至 10K；对于 10GeV WIMP 的情况，IGM 温度可提升至 200K，电离分数提升至 $8 \times 10^{-3}$。我们得出结论：暗物质湮灭不能被视为一种替代的再电离情景。关于通过 21 厘米微分亮温度信号（$\delta$Tb）的变化来探测 WIMP 的可能性，我们得出结论：仅凭全局信号，质量为 1TeV 的热遗迹 WIMP 不太可能被探测到，除非可能在频率范围 30MHz < $\nu$ < 35MHz（对应 40 < z < 46）内达到 1-3mK 的水平。然而，质量为 10GeV 的 WIMP 可能在频率范围 55MHz < $\nu$ < 119MHz（对应 11 < z < 25）内达到 1-3mK 的水平，并在频率范围 30MHz < $\nu$ < 40MHz（对应 35 < z < 46）内达到 1-10mK 的水平而被探测到。