通过宇宙黎明的21 cm线探索非最小暗物质

通过观测21 cm 超弱相互作用过渡的辐射线，特别是在宇宙暗时代末期，为探索新物理提供了独特的机会。本文研究了通过天空平均21 cm信号来约束早宇宙中产生的 metastable 粒子，这些粒子在后续时刻衰变，从而修改星际介质的热力学和电离历史。该研究首先扩展了之前对衰变暗物质(DM)的分析，纳入了反馈效应，并将光子衰变约束压缩至暗物质质量最低可达20.4 eV。随后聚焦于具有多个相互作用组成的非最小暗物质簇。该分析覆盖两种关键情景：一种是由稳定冷暗物质组成与一个 metastable 亚组成成的混合设置，另一种是由接近退化状态组成的两组暗物质，其中较重的伴侣是 metastable 的。基于有效质量谱和分数密度的通用参数化允许进行模型无关的研究。最终部分提出了两个具体实现：一种是耦合于光子的类似轴子的粒子，另一种是通过向量门或电磁偶极子相互作用的准 Dirac 暗物质。这些情景说明了21 cm宇宙学如何设置领先限制并探索原本不可及的参数空间。