The imprint of warm dark matter on the cosmological 21-cm signal
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Notice bibliographique
Résumé
We investigate the effects of warm dark matter (WDM) on the cosmic 21-cm signal. If dark matter exists as WDM instead of cold dark matter (CDM), its non-negligible velocities can inhibit the formation of low-mass haloes that normally form first in CDM models, therefore delaying star formation. The absence of early sources delays the build-up of UV and X-ray backgrounds that affect the 21-cm radiation signal produced by neutral hydrogen. With use of the 21CMFAST code, we demonstrate that the pre-reionization 21-cm signal can be changed significantly in WDM models with a free-streaming length equivalent to that of a thermal relic with mass mX of up to ∼10–20 keV. In such a WDM cosmology, the 21-cm signal traces the growth of more massive haloes, resulting in a delay of the 21-cm absorption signature and followed by accelerated X-ray heating. CDM models where astrophysical sources have a suppressed photon-production efficiency can delay the 21-cm signal as well, although its subsequent evolution is not as rapid as compared to WDM. This motivates using the gradient of the global 21-cm signal to differentiate between some CDM and WDM models. Finally, we show that the degeneracy between the astrophysics and mX can be broken with the 21-cm power spectrum, as WDM models should have a bias-induced excess of power on large scales. This boost in power should be detectable with current interferometers for models with mX ≲ 3 keV, while next-generation instruments will easily be able to measure this difference for all relevant WDM models.
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Prédiction distillée sur la base complète
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle