约束 Lyman-Werner 反馈：宇宙黎明 21 cm 信号中的速度声学振荡
化学物理
2026-05-12 v2
摘要
在宇宙黎明时期，第三代恒星可能通过分子氢（H）冷却在小型暗物质-气体系统中形成。H 冷却所需的最小暗物质-气体系统质量对 Lyman-Werner（LW）辐射高度敏感，后者可解离 H 并调控星形成。然而，由于缺乏对第三代恒星的直接观测，LW 反馈效率仍难以确定。暗物质-气体相对流动速度抑制了小质量暗物质-气体系统中的星形成，并在 21 cm 功率谱中留下特征性的速度声学振荡（VAO）迹象。当 LW 反馈将最小暗物质-气体系统质量抬高至流动敏感区之上时，VAO 信号将显著抑制。这使得 VAO 波动成为探测宇宙黎明期间 LW 反馈的有力间接手段。我们利用准数值 21 cm lightcone 模拟研究了从 VAO 特征约束 LW 反馈参数的可行性。我们计算多频率角功率谱（MAPS）以分离 VAO 特征，并训练卷积神经网络（CNN）以推断 LW 反馈效率及基线冷却阈值。我们发现，在无仪器噪声情况下，LW 反馈效率可从 VAO 特征中得到准确恢复。然而，在 SKA-low AA* 配置下，若以乐观的前景假设，获得有意义的约束需要超过 小时的积分时间。尽管如此，我们的结果表明，VAO 特征提供了一种物理上稳健且可能强大的 LW 反馈探针，适用于宇宙黎明时期。
引用
@article{arxiv.2603.29948,
title = {TD$\Delta$SCF: Time-Dependent Density Functional Theory with a Non-Aufbau Reference for near-degenerate states},
author = {Shuto Shibasaki and Fumiya Mohri and Takashi Tsuchimochi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.29948},
year = {2026}
}