来自莱曼α森林功率谱的温暗物质新约束

在遥远类星体光谱中探测到的莱曼α吸收线森林编码了关于暗物质性质与属性以及弥漫重子物质热力学的信息。其主要观测量——一维通量功率谱（FPS）——在温暗物质（WDM）宇宙学相较标准$\Lambda$CDM下，应在小尺度上受抑制、大尺度上增强。此处，我们呈献一套前所未有的1080个高分辨率宇宙学流体动力学模拟，使用图形处理单元加速的代码Cholla运行，以研究在广泛物理动机的气体热历史及早期宇宙中不同WDM热遗迹自由流长下莱曼α森林的演化。将合成数据与在红移$4.0\lesssim z\lesssim 5.2$处迄今探测到的最小速度尺度上测得之森林FPS（Boera等2019）做统计比较，得出WDM粒子质量下限$m_{\rm WDM}>3.1$ keV（95% CL），并约束了这些红移处恒星形成星系与活动星系核产生的光加热与光电离背景的振幅与能谱。有趣的是，我们的贝叶斯推断分析似乎弱倾向于峰值似然值位于热遗迹质量$m_{\rm WDM}=4.5$ keV的WDM模型。我们发现由于视向速度平滑，自由流对FPS的抑制在$k\gtrsim 0.1\,\mathrm{s}\,\mathrm{km}^{-1}$处饱和，且该饱和抑制结合略低的气体温度，为WDM宇宙学对观测小尺度FPS提供了适度更好的拟合。