能量交易：暗物质的晚期动力学退耦如何改变 $N_{\textrm{eff}}$

暗物质粒子与光子或中微子等相对论性物种之间的弹性散射，由于二者固有的温度标度关系不同，会导致后者向暗物质转移能量。本工作中，我们指出这种从辐射浴中虹吸能量的现象表现为有效中微子数 $N_{\rm eff}$ 的变化，并计算了暗物质-光子与暗物质-中微子弹性散射作为暗物质质量 $m_\psi$ 和散射截面 $\sigma_{\psi-X}$ 函数的预期偏移 $\Delta N_{\rm eff}$。对于已被莱曼-$\alpha$ 森林通过碰撞和/或自由流阻尼等非线探针探测过的 $(m_\psi,\sigma_{\psi-X})$ 参数区域，我们发现偏移为 $|\Delta N_{\rm eff}| \simeq O(10^{-2})$，这可能处于拟议中的 CMB-S4 实验的可及范围。然而，对于大部分尚未被探索的参数空间，我们预期 $|\Delta N_{\rm eff}| \lesssim O(10^{-3})$。一项仅受宇宙方差限制的暗时代理想 21 cm 层析巡天，可能对 $|\Delta N_{\rm eff}| \simeq O(10^{-6})$ 敏感，在此情形下，质量高达 $m_{\psi} \sim 10 \, \textrm{MeV}$ 的暗物质可通过对 $N_{\rm eff}$ 的影响被探测到。