宇宙黎明时期的模糊暗物质：新的 21 厘米限制

ΛCDM 范式所描绘的星系形成图像中潜在的小尺度差异，引发了人们对修正暗物质模型的考量。近年来备受关注的一种此类暗物质模型是模糊暗物质（FDM）。在 FDM 模型中，暗物质被视为一种超轻标量场，其粒子质量 $m_{\rm FDM} \sim 10^{-22}$ eV。这产生了天文尺度的德布罗意波长，可抑制小尺度结构形成，并导致矮星系中观测到的 kpc 尺度密度核。我们利用解析模型研究了 ΛFDM 宇宙学下宇宙黎明和再电离时期（EoR）的 21 厘米信号演化。ΛFDM 中源形成的延迟以及小晕的缺失，显著推迟了中性氢的 Ly$\alpha$ 耦合、加热以及星系际介质的再电离。结果，全局 21 厘米信号演化中的吸收特征具有显著更小的半高全宽（$\Delta z \lesssim 3$），而 ΛCDM 为（$\Delta z \simeq 6$）。仅此一点就排除了 $m_{\rm FDM} < 6 \times 10^{-22}$ eV，这是基于 EDGES High-Band 给出的 $2\sigma$ 下限 $\Delta z \gtrsim 4$ 的结果。因此，ΛFDM 并非解决 ΛCDM 所面临潜在小尺度问题的可行方案。最后，我们表明，诸如 SKA 等干涉仪在红移 $z > 14$ 处对 21 厘米信号的任何探测也可排除 ΛFDM 模型。