Constraint on the early-formed dark matter halos using the free-free emission in the Planck foreground analysis
Constraint on the early-formed dark matter halos using the free-free emission in the Planck foreground analysis
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普朗克前景分析中自由发射对早期形成暗物质晕的约束
DOI：
10.1103/physrevd.105.063531
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发表时间：
2022
影响因子：
5
通讯作者：
Tashiro Hiroyuki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Abe Katsuya T.;Minoda Teppei;Tashiro Hiroyuki
我们为小尺度密度波动提供了一个新的约束，评估了黑暗时代暗物质晕的漫射背景自由-自由发射。如果在小尺度上存在较大的物质密度波动幅度，则过量的物质密度波动会促进暗物质晕的早期形成。当虚拟温度足够高时，晕中的气体被加热并通过热碰撞电离。被加热的电离气体通过自由-自由过程发射光子。我们将观察到这些光子的总和作为漫射背景的自由-自由发射。假设包含气体密度和温度分布的解析暗物质晕模型，我们计算了早期形成的暗物质晕在微波频率范围内的漫射背景自由-自由发射强度。通过与近年来宇宙微波背景前景分析的比较，得到了在小尺度上密度波动过剩的约束条件。我们的约束条件对应于假设三角函数型曲率功率谱。因此，我们的约束是对低于1 Mpc尺度的扰动的最严格约束。
We provide a new constraint on the small-scale density fluctuations, evaluating the diffuse background free-free emission from dark matter halos in the dark ages. If there exists a large amplitude of the matter density fluctuations on small scales, the excess enhances the early formation of dark matter halos. When the virial temperature is sufficiently high, the gas in a halo is heated up and ionized by thermal collision. The heated ionized gas emits photons by the free-free process. We would observe the sum of these photons as the diffuse background free-free emission. Assuming the analytical dark matter halo model including the gas density and temperature profile, we calculate the intensity of the diffuse background free-free emission from early-formed dark matter halos in the microwave frequency range. Comparing with the recent foreground analysis on cosmic microwave background, we obtain the constraint on the excess of the density fluctuations on small scales. Our constraint corresponds toforwith assuming the delta-function-type curvature power spectrum. Therefore, our constraint is the most stringent constraint on the perturbations below 1 Mpc scales.
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