探索基于21cm信号的共互作暗物质模型——暗 ages 信号探测

暗 ages 区的红移21cm信号为探测宇宙学模型及其 underlying 暗物质( DM)微物理提供了强大的探针。我们在共-SIMP(强相互作用大质量粒子)暗物质模型中，探讨了与标准 $\Lambda$CDM 预测的偏离。具体而言，研究暗 ages 区约为 $z\simeq85.6$ 时约为 $-40.6\,\mathrm{mK}$ 的吸收谷。在共-SIMP 模型中，互动强度由参数 $C_{\rm int}$ 编码，该参数包含暗物质与标准模型( SM)粒子的质量、相互作用截面以及两部门热交换量。增加 $C_{\rm int}$ 可加深吸收特征并使谷点向更高红移偏移。在 $C_{\rm int}=1.0$ 时，最小亮度温度达到 $-50.6,\mathrm{mK}$，对应 $z\simeq86.2$。此外，21cm 功率谱随 $C_{\rm int}$ 的增大也呈现增加趋势。我们采用信噪比(SNR)和Fisher 预测评估了这些特征的可探测性。对于全局信号，最大SNR可达 $\sim 15.7$（当 $C_{\rm int}=1.0$ 时）。1000小时积分时间的Fisher 预测显示，该模型可在 $4.3\sigma$ 水平上与零信号分辨，并在 $1.6\sigma$ 水平上与 $\Lambda$CDM 区分；积分10万小时后，分辨能力提升一个数量级。对于21cm功率谱，$5,\mathrm{km}^2$ 阵列进行1000小时积分可实现 $4.63\sigma$ 检测，并在 $1.78\sigma$ 水平上与标准情形轻微分离。上述结果凸显了21cm 宇宙学在探测暗物质性质方面的潜力，表明未来的暗 ages 实验，特别是面向太空和月球观测的实验，可为测试共-SIMP 模型提供有前景的途径。