利用低质量星系的 HI 观测检验超轻轴子暗物质

我们评估了近期和即将到来的低红移中性氢（HI）巡天作为小尺度结构的宇宙学探针，旨在确定检验超轻轴子（ULA）暗物质模型所需的巡天标准。标准冷暗物质（CDM）模型预测存在大量低质量星系晕，而 ULA 模型在此小尺度范围内表现出显著抑制，其晕质量截断值从 $10^{12}\, \mathrm{M}_{\odot}$ 到 $10^{7}\, \mathrm{M}_{\odot}$，分别对应于 $10^{-24}\,$eV 到 $10^{-20}\,$eV 的 ULA 质量。我们生成了随机且均匀分布的模拟宇宙，调整其宇宙学参数以匹配 CDM 和 ULA 模型。我们利用假设的类 ALFALFA 和 WALLABY HI 质量限制巡天模拟了对这些模拟宇宙的观测，并重构了相应的 HI 质量函数（HIMF）。我们发现 ALFALFA HIMF 可以检验 $m_{a}\lesssim 10^{-21.5}\,$eV 的 ULA 暗物质存在，而 WALLABY 可达到更大的窗口 $m_{a}\lesssim 10^{-20.9}\,$eV。这些约束是对 ULA 暗物质其他探针的补充，展示了本地宇宙 HI 巡天在检验暗物质模型方面的效用。