全球 21 cm 信号：原初特征的有前景探针

涉及粒子产生爆发的暴胀模型会在密度扰动的原初功率谱中产生凸起状特征。这些特征影响密度涨落的演化，在宇宙学观测中留下其独特的印记。对这些印记的详细研究将有助于约束暴胀期间的物理过程。基于此动机，本文的目标有两方面。首先，我们对凸起状原初特征对全天平均 21 cm 信号的影响进行了详细分析。利用半数值模拟，我们证明原初特征可以显著改变电离历史和全球 21 cm 剖面，使其成为暴胀模型的有前景探针。我们发现了一个特殊的尺度（即翻转波数，$k^{\rm turn}$），在该尺度处原初凸起状特征对全球 21 cm 剖面的影响消失。此外，我们发现对于 $k > k^{\rm turn}$ 和 $k < k^{\rm turn}$，原初特征对全球剖面和电离历史的影响截然相反。我们将这些行为的根本原因追溯到原初特征对高红移处晕质量函数的影响。此外，我们详细讨论了天体物理参数与原初特征之间的简并性。其次，对于固定的天体物理参数组，我们利用 Planck CMB 数据给出的再电离光深当前限制，推导了 $10^{-1} < k\,[{\rm Mpc}^{-1}] < 10^2$ 范围内凸起状特征幅度的上限。