由第一代恒星揭示的重子与暗物质粒子的可能相互作用

宇宙射频频谱预计在红移约 20 附近显示出对应于原子氢 21 厘米波长跃迁的强吸收信号，该信号源于某些最早恒星发出的 Lyman-alpha 辐射。通过观测这一 21 厘米信号——无论是其全天平均频谱，还是利用射电干涉仪获得的其涨落图——我们可以获得关于宇宙黎明（即第一批天体光源形成的时代）的信息。最近对全球 21 厘米频谱的探测揭示了比现有模型预测最大值更强的吸收，置信水平为 3.8 个标准差。我们在本文中报告，这种吸收可以由第一代恒星的辐射与宇宙气体因同暗物质相互作用而引起的过度冷却共同解释。我们的分析表明，宇宙黎明时期 21 厘米信号的空间涨落可能比先前预期的大一个数量级，并且暗物质粒子的质量不超过几个质子质量，远低于弱相互作用大质量粒子的通常预测质量。我们的分析还证实，暗物质是高度非相对论的且至少是适度冷的，并且暖暗物质模型预测的原初速度是潜在可探测的。这些结果表明，21 厘米宇宙学可以用作暗物质探针。