$\Lambda$CDM 还是自相互作用中微子?——CMB 数据如何区分两种模型

在众多提出的 $\Lambda$CDM 范式扩展中,一种中微子在物质-辐射相等时期之前一直自相互作用的模型已被证明能很好地拟合当前宇宙微波背景(CMB)数据,同时缓解与晚期膨胀率和物质涨落振幅测量的张力。有趣的是,该模型的 CMB 拟合要么选出中微子相互作用强度的一个特定大值,要么与 $\Lambda$CDM 中极弱的中微子相互作用一致,导致中微子自相互作用截面的后验分布呈双峰。本文探讨当前宇宙学数据为何选择这一特定大中微子自相互作用强度,并由此排斥自相互作用截面的中间值。我们展示了正是最近由 Planck 卫星测量的 $\ell \gtrsim 1000$ CMB 温度各向异性产生了这种双峰性。我们还确定,更小尺度的温度数据以及测量温度-极化交叉相关的改进极化数据将最好地约束中微子自相互作用强度。我们预测即将建成的 Simons Observatory 应能够区分这些模型。