暗物质-重子散射对温度扰动的影响及其对宇宙黎明时期的启示

暗物质的本质仍属未知，但即将到来的对高红移宇宙的探测可能提供宝贵的线索。在存在暗物质-重子散射的情况下，物质功率谱的压低和更冷的平均气体温度预计会改变宇宙黎明和再电离的演化。然而，此类相互作用对重子和暗物质温度扰动的贡献迄今一直被忽略。在这项工作中，我们推导了这些贡献，将宇宙学扰动演化至暗时代结束，并表明它们可能在宇宙黎明的初期产生显著影响。特别地，我们发现大尺度上温度功率谱的振幅可改变达 1--2 个数量级，并且相对于 $\Lambda$CDM，在 $k\sim 200\, {\rm Mpc^{-1}}$ 处物质功率谱进一步被压低 $5$-$10\%$（与忽略这些贡献、且散射截面处于当前 CMB 限制的计算相比）。作为一个案例，我们还计算了暗时代的 HI 功率谱，发现由于温度和电离分数功率谱的变化而存在显著差异。我们认为，在依赖宇宙黎明和再电离观测量的该暗物质模型研究中，必须包含这些新贡献。