天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学
[提交于 2022年1月7日
(v1)
,最后修订 2022年3月31日 (此版本, v2)]
标题: 利用全域21厘米信号限制温暗物质和第三族恒星
标题: Constraining Warm Dark Matter and Pop III stars with the Global 21-cm Signal
摘要: 即将进行的地面和空间实验可能具有足够的精度,通过星系际介质的全貌21厘米信号,对高红移恒星形成、再电离以及暗物质(DM)施加重要的限制。 在早期宇宙中,低质量暗物质晕的相对丰度很重要时,测量全貌信号将对由暗物质较高的遗留速度(温暗物质,或WDM)导致的结构形成阻尼施加限制,这比冷暗物质(CDM)的情况更为显著。 然而,这种阻尼可以通过改变恒星形成效率(SFE)来模仿,并且由于存在性质未知的第三族(Pop III)恒星而难以检测。 我们研究了这些各种情况及其与WDM质量参数的退化关系 $m_X$,使用费舍尔矩阵分析法。 我们研究了$m_X = 7$keV的情况以及一个将SFE作为晕质量强函数的恒星形成模型,并包括了该模型的几种变化形式,同时结合了三种不同的输入噪声水平;我们还使用了分子冷却阈值附近的最小晕气压温度。 我们发现,当似然函数仅包含第二族(Pop II)恒星时,对于所有模型和噪声水平,在68$\%$置信区间内,$m_X$被约束到$\sim 0.4$keV的不确定性。 当似然函数包含较弱的第三族(Pop III)恒星时,$m_X \sim 0.3$keV,并且如果第三族恒星形成相对高效,则$m_X \sim 0.1$keV的不确定性,同时有严格的第三族恒星形成参数约束。 我们的结果显示,全貌21厘米信号是WDM模型的一个有前景的试验台,即使在与天体物理参数存在强烈退化的情况下也是如此。
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