利用莱曼-α有效光学的红移演化探测暗物质模型
宇宙学与河外天体物理
2021-11-03 v2
摘要
众所周知，莱曼-α森林数据是探测小尺度物质功率谱的良好探针。在本文中，我们探索利用莱曼-α数据中得到的可观测有效光深 τ_eff(z) 的红移演化，作为区别于ΛCDM模型在小尺度上不同的暗物质模型之间的判别量。我们考虑热温暗物质（WDM）和超轻轴子（ULA）模型，参数如下：ULA质量 m_a ≃ 10^{-24}–5×10^{-22} eV，WDM质量 m_wdm = 0.1–4.6 keV。我们使用半解析方法模拟视线方向上的HI密度和速度场。在 z ≳ 3 时，替代暗物质模型的模拟有效光深偏离ΛCDM模型，这为小尺度物质功率提供了有意义的探针。利用似然分析，我们将模拟数据与红移范围 2 < z < 4.2 内的高分辨率莱曼-α森林数据进行比较。该分析给出对暗物质质量的如下 1σ 限制：m_wdm > 0.7 keV 和 m_a > 2×10^{-23} eV。为了进一步检验我们提出方法的有效性，我们模拟了在红移范围 2 ≤ z ≤ 6.5 内与ΛCDM模型相符的合成数据集并与理论比较。得到的 1σ 限制显著更紧：m_wdm > 1.5 keV 和 m_a > 7×10^{-23} eV。尽管我们的方法提供了约束暗物质模型的另一种途径，我们注意到这些限制弱于高分辨率流体动力学模拟所得的限制。
引用
@article{arxiv.2101.09917,
title = {Using the redshift evolution of the Lyman-$\alpha$ effective opacity as a probe of dark matter models},
author = {Anjan Kumar Sarkar and Kanhaiya L. Pandey and Shiv K. Sethi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.09917},
year = {2021}
}
备注
accepted for publication in JCAP