中性微子湮灭与黑暗时代的气体温度

假设暗物质完全由中性微子（neutralinos）构成，我们重新审视了其湮灭对高红移宇宙中弥散气体温度的作用。我们分别考虑了粒子质量为 36 GeV 和 100 GeV 的中性微子。前者能够通过费米子通道每次湮灭产生约 7 个电子/正电子对，而后者在纯玻色子通道假设下可产生约 53 个粒子。高能电子/正电子通过逆康普顿散射将宇宙微波背景（CMB）光子上散射至更高能量。该过程在感兴趣的能量范围内产生了指数为 -1 的幂律电子/正电子能谱，且与初始能量分布无关。若不计入气体吸收，被上散射光子的相应能谱为指数 -1/2 的幂律。散射光子通过释放电子对气体进行光加热，这些电子将其能量的一部分（14%）作为热量沉积到周围介质中。对于均匀分布的中性微子，这种加热效应微不足道。然而，中性微子聚集成致密晕会极大地增强该效应。我们使用了一个随时间变化的成团模型，该模型考虑了质量尺度小于约 $10^{-6}M_\odot$ 的密度涨落的阻尼。利用此成团模型，加热机制在红移 $z \approx 30$ 之后将气体温度提升至高于 CMB 温度。到 $z\approx 10$ 时，气体温度约为未引入加热机制时的 100 倍。对于所考虑的两种中性微子质量，均获得了类似的增幅。