暗物质湮灭引起的 CMB 谱畸变的可观测性

即使在早期宇宙中暗物质发生化学冻结之后，来自暗物质湮灭的电磁级联在宇宙温度冷却至 0.5 keV 时仍可能扰动背景光子谱。我们重新审视了在更新后的 Planck 数据和未来 CMB 灵敏度下由 $s$-波暗物质湮灭引起的 CMB 谱畸变，得出结论：在 (Super-)PIXIE 任务的预测灵敏度下，$s$-波湮灭无法产生可观测的畸变。我们进一步详述了 $p$-波暗物质湮灭的情况，证明了原初 $\mu$-畸变的可观测性。结合来自原初轻元素、结构形成、宇宙电子 - 正电子射线和伽马射线的当前约束，我们发现只有当暗物质质量为 10--50 MeV 且动能退耦温度约为 1 keV 时，才能实现达到观测极限 $\mu\simeq 3\times 10^{-8}$ 的 $\mu$-畸变。如果未检测到 $\mu$-畸变，$p$-波湮灭截面的上限可加强一个数量级。