超轻轴子与动力学 Sunyaev-Zel'dovich 效应

宇宙微波背景(CMB)次级各向异性(如 Sunyaev-Zel'dovich (SZ) 效应)的测量将实现对中微子与暗 sector 性质的新检验。动力学 SZ (kSZ) 效应由宇宙学流动产生,探测结构增长。超轻轴子(ULAs)是一个有充分动机的暗物质候选者。本文利用结构抑制模型中成对星系团速度与 Ostriker-Vishniac 特征的新解析表达式,确定了 ULA 暗物质(质量 $10^{-27}~{\rm eV}$ 至 $10^{-23}~{\rm eV}$)对 kSZ 观测量的影响。对于未来的 CMB-S4 与正在进行的 DESI 星系巡天,kSZ 效应(连同原初各向异性)将能探测低至 $\sim 5\%$ 的 ULA 比例 $\eta_a = \Omega_{\rm{axion}}/\Omega_{\rm DM}$(若 $m_{a}\simeq 10^{-27}~{\rm eV}$,在 95% 置信水平下),其灵敏度可延伸至 $m_{a}\simeq 10^{-25}~{\rm eV}$。若能充分建模再电离与原初 CMB,Ostriker-Vishniac 测量可在 $10^{-27}~{\rm eV}\lesssim m_{a}\lesssim 10^{-24}~{\rm eV}$ 时探测 $\eta_{a}\simeq 10^{-3}$ 的值,或在模糊暗物质窗口内 $m_{a}\simeq 10^{-22}~{\rm eV}$ 时探测 $\eta_{a}\simeq 1$。