解释射电背景过剩的遗迹中微子衰变方案

ARCADE 2 探测到的射电背景过剩在标准宇宙学模型中代表了一个谜题。目前没有明确可行的天体物理学解释，因此它可能暗示了新物理的存在。假设一个遗迹中微子 $\nu_i$（$i=1$、$i=2$ 或 $i=3$）辐射衰变为一个准简并的惰性中微子 $\nu_{\rm s}$，提供了一个目前能避开不同宇宙学观测所施加的所有约束的解决方案，并且能很好地再现 ARCADE 2 数据。我们发现了对 ARCADE 2 数据非常好的拟合，最佳拟合值为 $\tau_i = 1.46 \times 10^{21}\,{\rm s}$ 和 $\Delta m_i = 4.0 \times 10^{-5}\,{\rm eV}$，其中 $\tau_i$ 是寿命，$\Delta m_i$ 是衰变活性中微子与惰性中微子之间的质量差。另一方面，如果遗迹中微子衰变不能解释 ARCADE 2 数据，那么这些数据在 $1.4 \times 10^{-5} \, {\rm eV} < \Delta m_i < 2.5 \times 10^{-4}\,{\rm eV}$ 范围内施加了严格约束 $\Delta m_i^{3/2} \tau_i \gtrsim 2 \times 10^{14}\,{\rm eV}^{3/2}\,{\rm s}$。该解决方案还预测了比 $\Lambda$CDM 模型预测更强的 21 cm 吸收全局信号，在红移 $z\simeq 17$ 处对比亮温度为 $T_{21} = -238^{+21}_{-20}\,{\rm mK}$ ($99\%$ C.L.)。这与 EDGES 合作组发现的更强信号 $T_{21} = - 500^{+200}_{-500}\,{\rm mK}$ 存在轻微张力，表明后者可能被高估了，可能接收了来自某个未识别的前景源的贡献。