利用后期再电离时期的HI 21-cm信号探索衰减性暗物质

我们提出以后期再电化时期的HI 21-cm功率谱作为探测具有衰减性暗物质粒子的宇宙学模型的手段。假设不稳定粒子发生为两体衰变，衰变产物包括无质量和有质量的子粒子。我们假设总暗物质预算中一部分 $f$ 为不稳定粒子，并以寿命 $\Gamma^{-1}$ 和父粒子与有质量子女粒子之间相对质量分裂 $\epsilon$ 来量化衰减。后期再电化21-cm信号亮度温度的红移空间各向异性功率谱，作为暗物质聚类tracer，其效应体现为背景演化以及对小尺度功率的抑制。我们发现，在假设采用类似SKA1-Mid的射电阵列的理想化未来强度映射实验时，$\epsilon$ 和 $\Gamma$ 分别可在其fiducial值为 $\epsilon = 0.012$ 和 $\Gamma = 0.008 {\rm Gyr}^{-1}$ 附近测得，误差分别为 $3.37\%$ 和 $6.86\%$。当仅考虑$k$空间中的前景自由窗口时，这些百分比误差分别恶化到 $9.91\%$ 和 $12.03\%$。对于第二个以文献为锚的基准（$\epsilon=1.14\times10^{-4}$，$\Gamma=1.04\times10^{-3}\,\mathrm{Gyr}^{-1}$）的预测，在相同假设下，对 $\epsilon$ 和 $\Gamma$ 的预期不确定性分别为 $6.16\%$ 和 $8.29\%$，而限制于前景自由窗口则分别增加到 $18.77\%$ 和 $14.22\%$。