利用高红移莱曼阿尔法森林揭示最小尺度上的暗物质自由流动

本研究利用莱曼-$\alpha$森林通量功率谱，对热遗迹温暗物质（WDM）的自由流动给出了新的限制。我们的分析使用由HIRES和UVES光谱仪观测的高分辨率、高红移类星体光谱样本（$z=4.2-5.0$）。我们采用贝叶斯推断框架和基于模拟的似然函数，该函数涵盖多种参数，包括暗物质自由流动、宇宙学参数、星系际介质的热历史以及不均匀再电离，从而确立热遗迹WDM粒子质量的下限为$5.7\;\mathrm{keV}$（95%置信水平）。由于更大的统计样本减小了测量不确定性，并且测量到了更小尺度（$k_{\rm max}=0.2\;\mathrm{km^{-1}\,s}$）上的成团性，该结果超越了先前莱曼-$\alpha$森林的限制。由扩展统计样本带来的约两倍的改进表明，高红移下莱曼-$\alpha$森林对WDM模型的限制能力受限于高质量类星体光谱的可得性。将分析限制在先前研究可比的尺度和热历史先验下（$k_{\rm max}<0.1\;\mathrm{km^{-1}\,s}$）可将WDM质量下限降至$4.1\;\mathrm{keV}$。随着测量精度的提高，检验仪器和建模系统误差变得至关重要。在建模方面，我们认为由于独立的观测改进，热历史不确定性对WDM粒子质量限制的影响已经减弱。在最小尺度上，建模系统误差的主要来源是星系际介质视向速度结构的不均匀性和不均匀再电离。