早期宇宙中大能量释放的热化

宇宙微波背景（CMB）的谱畸变提供了一种独特的工具，用于了解宇宙早期阶段，深入原初宇宙。在红移 $z<10^6$ 时，热化过程变得低效，来自 COBE/FIRAS 的现有限制意味着注入 CMB 的能量不超过 $\Delta \rho/\rho<6\times 10^{-5}$（95% 置信度）。然而，在热化高效的更高红移处，限制放宽，原则上可能发生 $\Delta \rho/\rho \simeq 0.01-0.1$。现有的畸变演化计算通常假设 $\Delta \rho/\rho \ll 1$，因此在这种情况下变得不准确。类似地，相对论温度修正对于大能量释放变得相关，但此前未被仔细建模。在此我们研究在 $z>10^5$ 单次大能量释放后畸变的演化和热化过程。我们表明，对于大畸变，热化效率显著降低，且畸变可见性可追溯到更早的时期。这收紧了谱畸变对质量 $M_{\rm PBH} < 6\times 10^{11}$ g 的低质量原初黑洞的限制。类似地，对波数 $k>10^4\,{\rm Mpc}^{-1}$ 处小尺度曲率功率谱振幅以及寿命 $t_X< 10^7$ s 的短寿命衰变粒子的畸变限制也被收紧，然而这些仍需要更细致的时间依赖处理。我们还简要讨论了来自相对论自由度有效数目和轻元素丰度的测量限制，以及它们如何补充谱畸变限制。