暴胀后情形下超轻轴子早期结构形成约束

许多工作集中于暗物质为超轻类轴子粒子（ALP）的可观测特征。我们关注若确立 ALP 的对称性破缺发生在暴胀之后、在晚时宇宙学物质功率谱中出现的一个特别显著的特征——在小尺度上主导暴胀绝热涨落的白噪声密度涨落。这些涨落改变了非线性结构形成的早期历史。我们发现，对于 $f_A \sim 10^{13}-10^{15}$GeV 的对称性破缺尺度（这要求暴胀后有效最高温度较高），粒子质量为 $m_A \sim 10^{-13}-10^{-20}$eV 的 ALP 暗物质可能显著改变高红移矮星系的数目、再电离历史和 Ly$\alpha$ 森林。我们考虑了所有三种观测量。我们发现 Ly$\alpha$ 森林是当前观测量中约束最强的，在最简单的 ALP 模型中排除了 $f_A \gtrsim 10^{15}$GeV（$m_A \lesssim 10^{-17}$eV），而在与隐藏强相互作用 sector 耦合的模型中排除的值要低得多（$f_A \gtrsim 10^{13}$GeV 且 $m_A \lesssim 10^{-13}$eV）。约束再电离极高空红移尾部的观测可能排斥与森林相当水平的等曲率涨落。未来的 $z\sim 20-30$ 21cm 观测有潜力利用等曲率增强的 $\sim10^4M_\odot$ 晕丰度的超声速运动将重子激波加热、产生大尺度 BAO 特征，来进一步改进这些约束。