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近日，我院在宇宙学大尺度结构和超轻暗物质的研究取得新进展。研究结果以题目为“Constraining fuzzy dark matter with the 21-cm power spectrum from Cosmic Dawn and Reionization”的论文发表于中科院二区、Nature Index期刊Physical Review D。论文的第一作者为我校裸聊直播 2023级硕士研究生刘世航，通讯作者为我校裸聊直播 助理教授李博华。

暗物质在宇宙大尺度结构的形成和演化过程中扮演着极其重要的角色，超轻暗物质是解决冷暗物质模型小尺度挑战的主流候选体之一。直接探测超轻暗物质非常困难，但是它在宇宙学上的丰富效应为我们打开了间接限制其物理性质的窗口，来自宇宙黎明和再电离时期的中性氢21厘米信号就是其中之一。超轻暗物质不仅通过压低小尺度初始功率谱抑制结构形成，还在非线性演化时期通过量子压强提供额外的抑制效应。本工作利用21cmFAST代码进行了超轻暗物质的宇宙再电离数值模拟，首次考虑了超轻暗物质非线性结构形成所导致的独特暗晕质量函数，得出了超轻暗物质宇宙学模型下21厘米信号的准确预言。  

本工作利用费舍尔信息矩阵范式，使用代码21cmSense分别模拟得到HERA和SKA1-Low两个射电干涉阵列观测的灵敏度。结合21厘米理论功率谱，研究表明下一代射电观测有可能在95%置信度水平将超轻暗物质粒子质量限制到10%以内，该优异结果为暗物质射电天文探测这一重要科学目标提供了有力支持。

论文链接：//journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/zh2b-hhrs