Constraining Models of Dark Energy
过去十年的一项重大努力是评估用于测量暗能量性质的不同观测技术，以及根据宇宙学数据约束宇宙加速模型的理论技术。本章回顾了揭示暗能量的一些关键进展、承诺和注意事项。我们还提出了一些新的计算，直接检测加速度通过红移漂移，在状态方程的最小不确定性，和测试重力。
2010-04-26 astro-ph.CO
Dark Energy and Modified Gravity
尽管二十年来实验和理论取得了巨大的进展，宇宙加速膨胀之谜仍有待解决。在实验方面，我们对主要的暗能量探测器的可能性和局限性的理解已经发展;在这里，我们总结了主要的探测器和他们的关键挑战。在理论方面，对加速膨胀率的解释分类得到了更好的理解，为相关的观测提供了明确的指导。我们认为：i）通过获取更多的数据来提高统计精度和系统控制，支持研究工作以解决每个探测器的关键挑战，使用互补方法，并依靠互相关是有充分动机的; ii）分析的盲法是困难的，但更重要; iii）暗能量和修正引力的研究是相关的;以及iv）至关重要的是，通过支持研究和技术研发，现在就开始21世纪30年代充满活力的暗能量计划的研发，这将使萌芽的建议成熟。理解暗能量，可以说是基础粒子物理学和宇宙学中最大的未解之谜，将仍然是未来十年宇宙学的焦点之一。
2019-03-28 astro-ph.CO
Numerical Simulations of the Dark Universe: State of the Art and the Next Decade
我们提出了一个宇宙学暗物质模拟的艺术现状的审查，特别强调的影响暗物质探测工作和暗能量的研究。这篇评论是为粒子物理学家准备的，他们可能会发现宇宙学模拟文献不透明或令人困惑，也为天体物理学家准备的，他们可能不熟悉暗物质和暗能量的观测和实验探测模拟的作用。我们的工作是对M.巴尔迪在这一期，其中侧重于治疗的暗能量和宇宙加速专用N体模拟。真正大规模的暗物质模拟正在国家超级计算中心进行，使用数十亿到超过5万亿个粒子来模拟宇宙学代表性体积（宇宙尺度）的形成和演化，或放大单个晕（星系团和星系尺度）。这些模拟需要花费数百万核心小时，需要数十到数百TB的内存，并使用高达PB的磁盘存储。该领域在国际上非常多样化，在中国，法国，德国，韩国，西班牙和美国都进行了顶级模拟。从这样的模拟预测几乎涉及到暗物质和暗能量研究的每一个方面，我们给出了这种联系的全面概述。我们还讨论了冷和碰撞DM-唯一的方法的局限性，并描述了一些详细的努力，包括不同的粒子物理学以及重子物理学在宇宙学星系形成模拟，包括最近的结果，突出的暗物质的分布在晕可能会改变的讨论。最后，我们展望了未来十年，提出了我们对该领域如何取得进展的看法。（节略）
2012-10-26 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Dark Matter in the Coming Decade: Complementary Paths to Discovery and Beyond
在这份报告中，我们总结了许多暗物质搜索目前正在通过四个互补的方法：直接检测，间接检测，对撞机实验，天体物理探测。广泛的实验类的基本特征进行了描述，每个都有自己的优势和劣势。不同的暗物质搜索的互补性进行了定性讨论，并在两个简单的理论框架定量说明。我们的主要结论是，可能的暗物质候选者的多样性需要一个平衡的计划，从所有四种方法。
2015-07-03 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Report of the Topical Group on Cosmic Frontier 5 Dark Energy and Cosmic Acceleration: Cosmic Dawn and Before for Snowmass 2021
本报告总结了Snowmass 2021 CF 5工作组关于暗能量和宇宙加速的设想研究活动：宇宙黎明及之前。科学目标是研究膨胀，并通过精确测量早期宇宙的残余辐射来寻找新的物理学。本十年（2025- 2035年）设想的研究活动是建造和运营主要设施，并开发关键的使能能力。这十年的主要设施是CMB-S4项目，一个新的第五阶段光谱测量设施，以及现有的引力波观测站。使能能力包括调整和投资于理论、计算和模型构建，并投资于未来十年（2035+）早期宇宙研究所需的新技术。
2022-09-17 astro-ph.CO hep-ex
Dark energy two decades after: Observables, probes, consistency tests
20世纪90年代末加速宇宙的发现是现代宇宙学的一个分水岭，因为它表明存在一种对宇宙能量收支起主导作用的全新贡献。暗能量是导致加速的新成分，由于对宇宙膨胀历史和结构增长的各种越来越精确的测量，这种证据已经变得非常强大。尽管如此，现代宇宙学的核心挑战之一是揭示加速宇宙背后的物理机制。在这篇综述中，我们简要地总结了导致暗能量发现的发展。接下来，我们讨论暗能量的参数描述和宇宙学测试，使我们能够更好地了解它的性质。然后，我们回顾了宇宙学探测的暗能量。对于每一个探测器，我们简要地讨论了它背后的物理和它的前景测量暗能量属性。最后，我们总结了暗能量的研究现状。
2018-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Benchmarks of Dark Energy
本文针对暗能量本质的揭示，基于物理原理提出了涉及状态方程和密度等关键指标的实验基准，并指出通过稳健的 Stage 5 计划及宇宙红移漂移等探测手段可实现这些基准。
2023-04-10 astro-ph.CO
The Density Profiles of Massive, Relaxed Galaxy Clusters. I. The Total Density Over Three Decades in Radius
星系团是探测重子和暗物质在大范围尺度上分布的理想场所。我们研究了一个样本的7个大规模的，放松的星系团与位于中心的最亮的星系团（BCGs）在z=0.2-0.3。利用强、弱引力透镜的观测工具，结合BCG内已分辨的恒星运动学，我们测量了包括暗物质和重子物质在内的~3-3000 kpc尺度的总径向密度剖面。Lensing导出的质量分布通常与独立的X射线估计值在~ 15%内一致，这表明与流体静力平衡的偏离很小，并且我们样品中的星系团（除了A383）沿着视线没有被强烈拉长。在r/r200=0.003-0.03范围内测量的总密度分布的内对数斜率gamma_tot，其中rho_tot ~ r^（-gamma_tot），被发现几乎是普遍的，平均值<gamma_tot>= 1.16 +- 0.05（随机）+0.05-0.07（系统），内在分散度< 0.13（68%置信度）。这是进一步支持的非常均匀的形状所观察到的速度色散曲线，通过凯克光谱，这是相互一致的简单缩放后得到的。值得注意的是，这个斜率与只包含暗物质的数值模拟非常一致，尽管恒星质量对我们探测的尺度有显著的贡献。无碰撞冷暗物质的Navarro-Frenk-White剖面特征比单独的暗物质剖面特征更好地描述了半径> 5-10 kpc的总质量密度。流体动力学模拟包括重子，冷却和反馈目前提供了一个较差的匹配。我们讨论了我们的研究结果的意义，…
2013-02-26 astro-ph.CO
Dark energy with gravitational lens time delays
强引力透镜时间延迟是探测暗能量的一种有效手段。最近的研究表明，只要有足够的数据来确定时间延迟并重建偏转器的引力势，单个透镜可以提供6- 7%精度的距离测量（包括随机和系统不确定性）。引力-时间延迟是一种低红移（z~0-2）的探测，因此在解释来自高红移探测的数据（如宇宙微波背景）时，可以用暗能量状态方程来打破简并。目前的研究受到已知透镜类星体样本大小的限制，但这种情况即将改变。即使在这十年中，宽场成像调查也可能发现数千个透镜类星体，从而能够对其中约100个系统进行有针对性的研究，并导致暗能量优值的大幅增加。在接下来的十年中，一个进一步的数量级的改善将是可能的，预计将被检测和测量与LSST和欧几里得10000系统。为了充分利用这些成果，我们确定了三个优先事项。第一，支持开发分析数据所需的软件。其次，在这十年中，专门用于监测透镜类星体的小型机器人望远镜（直径1- 4米）将通过为约100个系统提供精确的时间延迟来改变该领域。第三，在2020年，LSST将提供1000的时间延迟;瓶颈将是高分辨率成像后续的采集和分析。因此，下一个十年的首要任务是支持快速高分辨率成像能力，例如詹姆斯韦伯太空望远镜和大型地面望远镜上的下一代自适应光学系统所实现的成像能力。
2013-06-06 astro-ph.CO
Universality of dark matter haloes shape over six decades in mass: Insights from the Millennium XXL and SBARBINE simulations
在过去的30年里，许多观测和理论证据表明，星系团不是球形物体，它们的形状更好地描述了三轴几何。随着多波长数据质量的不断提高，对星系团的三轴研究引起了人们越来越大的兴趣，特别是在“精确宇宙学”时代。在这项工作中，我们的目标是利用Millennium XXL模拟的两个红移（z=0和z=1）的晕，在3 × 10^14 Mo/h以上的未探测质量范围内提供第一个统计上有意义的预测。这个宇宙学上的暗物质模拟的大小（4.1 Gpc）允许形成统计上显著数量的大质量星系团规模晕（M>2x10^15 Mo/h时约为500个，M>10^14 Mo/h时约为780000个）。此外，我们的目标是将这项研究扩展到更低的质量，以便在质量上接近6个数量级（从10^10到几乎10^16 Mo/h）的范围内寻找普遍的预测。为此，我们使用SBARBINE模拟，允许从10^10 Mo/h开始模拟质量晕。我们使用一个椭圆的密度过大的方法来选择晕和计算单峰的形状（约50%），而我们放弃了非放松。小到长轴和中间长轴比被发现是很好地描述了简单的功能形式。对于一个给定的质量，我们可以完全描述晕的形状，并给出关于给定宇宙学和红移的轴比分布的预测。此外，这些结果与Jing & Suto（2002）的发现存在一些分歧，后者在社区中广泛使用，尽管它们必须远超出其原始质量范围。这个“配方”在本文和一个专门的网页中向社区提供。
2014-09-30 astro-ph.CO
Constraining scalar field dark energy with cosmological observations
近十年来的高精度宇宙学观测表明，我们宇宙中大约70%的能量密度是所谓的“暗能量“（DE）。观测结果表明，DE具有负的有效压力，因此与常规能源不同，DE加速宇宙膨胀而不是减速。DE是高度均匀的，最近才成为主要成分。DE的最简单的候选者是与时间无关的宇宙学常数$Λ$。尽管宇宙学常数模型成功地拟合了现有的数据，但它仍有许多理论上的缺陷，因此人们考虑了DE的替代模型。在一个这样的场景中，宇宙学的标量场缓慢地降低它的势，就像一个依赖于时间的宇宙学常数。在慢滚动宇宙学标量场模型的框架下，我使用了不同的独立宇宙学数据集来约束DE能量密度的时间依赖性。目前的数据支持一个与时间无关的宇宙学常数，但在高置信水平下不能排除依赖于时间的DE。正在进行和计划进行的宇宙学探测和调查将在未来十年提供更多和更好的质量数据。当新的数据集可用时，我们将能够检测DE的时间依赖性或将其限制为非常小的物理上不感兴趣的值。
2009-08-31 astro-ph.CO
Galaxy Cluster Astrophysics and Cosmology: Questions and Opportunities for the Coming Decade
我们正在学习很多关于结构如何形成的知识，特别是作为宇宙网络节点的星系团如何进化和增加物质，以及这些物体内部的物理过程。在接下来的十年里，对星系团的研究将使我们能够解决有关暗物质和暗能量的性质的重要问题，星系团如何与中心的超大质量黑洞共同进化，并推进我们对基本等离子体天体物理学的认识。本科学白皮书概述了未来十年及以后出现的星团天体物理学的关键问题和研究机会，并作为其他星团相关白皮书的概述。
2009-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Exact analytic solution of sub-horizon scales linear perturbation for general dark energy models
三十年前，希思发现了在亚视界尺度下，包括宇宙学常数或曲率项在内的线性密度微扰$δ$的精确解析增长模式解的积分形式。有趣的是，我们能够得到一般暗能量模型的解析解与常数状态方程$ω_{de}$。我们比较了正确的解析生长模式解$δ$和教科书解$δ^{D}$。实际上，当$ω_{de} = -1$。我们也能够将这种解决方案扩展到特定形式的时变$ω_{de}$。
2009-07-13 astro-ph.CO
Snowmass2021 Cosmic Frontier: The landscape of low-threshold dark matter direct detection in the next decade
本文综述meV至GeV低阈值暗物质直接探测的科学动因、最新进展与未来机遇，并指出通过研发投入和小型项目组合可在未来十年拓展未探索参数空间。
2023-04-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Weak Gravitational Lensing as a Method to Constrain Unstable Dark Matter
暗物质的本质仍然是个谜。不稳定的暗物质粒子衰变为不可见的子粒子的可能性在过去的几十年里已经被探索过多次。与此同时，弱引力透镜剪切作为暗能量的探测器也受到了广泛的关注。弱透镜是限制暗物质稳定性的一个有用工具。在未来的十年中，将进行一些大型的星系成像调查，并将以前所未有的精度测量宇宙学弱透镜的统计数据。弱透镜统计至少在两个方面对不稳定的暗物质敏感。暗物质衰变改变了物质的功率谱，改变了角直径距离-红移关系。我们展示了如何测量弱透镜剪切相关性可能提供最严格的，模型无关的不稳定的暗物质的寿命约束。我们的研究结果依赖于假设不稳定的暗物质的情况下，密度波动的非线性演化，我们的目标之一是激发在不稳定的暗物质模型的非线性结构增长的理论工作的兴趣。
2010-11-22 astro-ph.CO hep-ph
How the Nonbaryonic Dark Matter Theory Grew
证据是，宇宙的质量主要由一种奇异的非重子形式的物质所控制，这种物质主要覆盖在星系周围。它近似于一种最初只与重力相互作用的低压粒子气体，但我们对此知之甚少。因此，探测的探索者必须沿着许多艰难的道路才能发现宇宙是由什么组成的。非重子图像是在20世纪80年代早期证据和想法的汇合中产生的。二十年后的发展大大改善了证据，自那时以来的进展使非重子暗物质的情况令人信服。
2017-01-20 astro-ph.CO
Novel Probes of Gravity and Dark Energy
宇宙加速的发现刺激了理论家考虑暗能量或对爱因斯坦的广义相对论的修改作为可能的解释。在过去的十年里，我们看到了超越光滑暗能量的理论的进步--修正的引力和暗能量的相互作用。虽然理论领域正在积极探索，但第五种力量和暗区耦合的普遍存在表明了一系列不同的观测特征。这份报告的重点是观察，不同于传统的探头，映射的膨胀历史或大尺度结构。这种新探测器的例子有：通过实验室实验探测标量场，用附近宇宙中的恒星和星系测试修正引力，比较星系和星系团的透镜和动力学质量，以及测量高红移的基本常数。所涉及的观测专业知识非常广泛，因为它涵盖实验室实验、高分辨率天文成像和光谱学以及无线电观测。在接下来的十年里，对这些效应的研究有可能发现新的基础物理学。我们将讨论如何使用已经进行的实验或对现有望远镜或计划中的实验进行适度调整来进行搜索。随附的《宇宙结构的生长》一书描述了引力的补充试验和对大尺度结构的观测。
2013-09-24 astro-ph.CO
Core collapse in resonant self-interacting dark matter across two decades in halo mass
本研究通过N体模拟探究共振自相互作用暗物质的核坍缩现象，发现束缚粒子速度分布与共振截面的相互作用会偏离自相似演化，不同质量晕的演化阶段和结构存在差异。
2025-10-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
A new possibility for light-quark Dark Matter
尽管经过几十年的研究，宇宙中“暗物质“的物理起源仍然难以捉摸。在这封信中，我们计算了一个全新的暗物质候选者-玻色-爱因斯坦凝聚体的性质，该凝聚体是由最近在轻夸克扇区中发现的玻色子粒子$\mathbf{ d^*(2380)}$六夸克形成的。在第一项研究中，我们表明稳定的$\mathbf{ d^*(2380)}$玻色-爱因斯坦凝聚体可以在原始的早期宇宙中形成，其生产率足够大，它们是暗物质的一个合理的新候选者。一些可能的天文签名，这种暗物质也提出。
2020-01-23 astro-ph.CO nucl-ex
Probing Extragalactic Ultralight Axion Dark Matter with Decade-Long Blazar Optical Polarimetry of 1ES 1959+650
Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）
本文利用耀变体1ES 1959+650的十年光学偏振数据首次搜索类轴子暗物质诱导的偏振角周期振荡，未发现显著信号，并在广泛质量范围内对ALP-光子耦合常数给出严格上限，证明长期耀变体偏振测量是探测河外类轴子暗物质的有效互补手段。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Visions Dark Energy: Small Projects Portfolio
了解宇宙加速度是未来十年天体物理学和高能物理学的关键科学驱动力之一（2014年P5报告）。随着大型综合巡天望远镜（LSST）和暗能量光谱仪（DESI）以及其他新设施即将开始运行，我们正在进入一个令人兴奋的阶段，在此期间，我们预计对暗能量的限制和加速宇宙的物理学将有一个数量级的改进。这是一个匹配的小项目组合的关键时刻，可以（1）大大提高这些旗舰项目的科学范围，（2）立即产生科学影响，（3）为宇宙前沿暗能量计划的下一阶段奠定基础。在本白皮书中，我们概述了一个平衡的产品组合，可以通过结合观察，实验，理论和模拟工作来实现这些目标。
2018-02-20 astro-ph.CO
The DECADE cosmic shear project IV: cosmological constraints from 107 million galaxies across 5,400 deg$^2$ of the sky
DECADE项目利用1.07亿星系在5,400平方度上的宇宙切变测量，得到与DES Y3合并后覆盖约10,000平方度的S8和Ω_m约束，证明不均匀数据可用于稳健宇宙学分析。
2025-10-20 astro-ph.CO
Fingerprinting Dark Energy II: weak lensing and galaxy clustering tests
暗能量的表征是宇宙学的中心任务。为了超越一个宇宙学常数，我们至少需要引入一个状态方程和一个声速，并考虑涉及微扰的观测测试。如果暗能量在可观测尺度上不是完全均匀的，则泊松方程被修改，并且暗物质聚集直接受到影响。然后，人们可以用暗物质作为探测器来寻找暗能量聚集的观测效应。本文利用一般暗能量宇宙学中微扰方程的解析近似解分析了未来十年大尺度观测在约束状态方程和声速方面的性能。我们发现，层析弱透镜和星系红移调查可以约束的暗能量的声速，只有当后者是小的，$c_{s}\lesssim0.01$的顺序（在$c$的单位）。对于更大的声速，误差增长到100%或更多。我们的结论是，大尺度结构的观测包含很少的信息，在正则标量场模型的扰动与声速为1。然而，他们能够探测到“冷”暗能量的存在，即具有非相对论性声速的暗能量。
2010-07-13 astro-ph.CO
Distinguishing Between Void Models and Dark Energy with Cosmic Parallax and Redshift Drift
最近提出的两种技术，涉及测量宇宙视差和红移漂移，提供了新的方法来指导探测（在几年的时间跨度）宇宙的背景度量，因此揭示了暗能量难题。前者利用即将到来的高精度天体测量来观察或严格限制偏离中心的观测者的宇宙学各向异性，而后者采用高精度光谱学来独立测试宇宙的当前加速度。在本文中，我们表明，这两种方法可以打破LTB空洞模型和更传统的暗能量理论之间的简并性。使用不久的将来的观测任务盖亚和CODEX，我们表明，这种区别可能是在十年的过程中具有高置信度。
2009-12-23 astro-ph.CO
Addressing the High-$f$ Problem in Pseudo-Nambu-Goldstone Boson Dark Energy Models with Dark Matter - Dark Energy Interaction
我们考虑了一个由标量场$ϕ$驱动的暗能量方案，该方案具有伪NGB型势$V(ϕ)=μ^4 \left( 1+ {\rm cos}(ϕ/f) \right)$。pNGB起源于在接近普朗克质量$M_{\rm{pl}}$的尺度$f$下自发对称性的破缺。我们考虑两种情况，即精髓暗能量和其他，其中标准的pNGB行动被修改的条款有关的Slotheon宇宙学。我们证明，对于这种pNGB潜力，高$f$问题更好地解决时，暗物质和暗能量之间的相互作用被考虑在内，斯洛森暗能量的情况下，在这方面的工作更好的精髓。为此，还估计了暗物质的质量极限。
2020-10-01 astro-ph.CO
Weak lensing and dark energy: the impact of dark energy on nonlinear dark matter clustering
我们研究了非线性物质功率谱的双能级暗能量修正对未来弱透镜探测的暗能量状态方程约束的影响。我们明确地表明，一个穷人的近似（关闭> 10%）的非线性校正导致> 1西格玛偏差的暗能量状态方程的确定。因此，未来的弱透镜巡天必须将暗能量修正纳入非线性物质的功率谱，精确到100能级，以避免在测量中引入显著的偏差。对于WMAP 5宇宙学，更精确的功率谱对暗能量属性更敏感，导致暗能量状态方程约束的两倍改进。我们将从未来的弱透镜效应和超新星巡天中探索对暗能量的补充约束。一个基于空间的，类似JDEM的调查测量状态方程在五个独立的红移箱~ 10%，而这提高到~5%的宽场地基调查，如LSST。这些限制取决于我们将弱透镜系统的不确定性控制在低于百分之一水平的能力。
2010-01-25 astro-ph.CO
Variable G correction to statefinder parameters of dark energy
出于几个观测和理论的发展，牛顿的引力常量随时间$G(t)$的变化，我们计算了不同的$G$修正的statefinder参数的暗能量的四个模型，即相互作用的暗能量，全息暗能量，新年龄的暗能量和广义Chaubergin气体。
2010-10-01 astro-ph.CO
Primordial Lithium Puzzle and the Axion Quark Nugget Dark Matter Model
天体物理学今天面临着许多谜团，尽管在过去的几十年里，仪器设计有了巨大的改进，更好的技术正在开发，理论和计算方法也在逐步改进，但这些谜团仍然无法解决。众所周知，原始锂之谜将伴随我们至少二十年，它的最终解决很可能需要一些全新的想法，新颖的框架和非传统的范式。我们提出，原始锂之谜在所谓的轴子夸克块金（AQN）暗物质模型中找到了它的自然解决方案。这个模型是很久以前发明的，作为对观测到的比率$Ω_{\rm dark} \sim Ω_{\rm visible}$的自然解释，没有任何BBN物理学的参考。与传统的弱相互作用大质量粒子（WIMP）框架相比，在这种新的范式中，暗物质（DM）以宏观大夸克块的形式存在，除了轴子外，不需要任何新的场，而只需要标准模型物理学之外的场。在$T\sim 20$ KeV的原始汤中这些AQN的时间演化表明具有高电荷$Z\geq 3$的核的丰度的强烈抑制。这种抑制机制代表了AQN暗物质情景中原始锂丰度的分辨率。
2019-01-08 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Symphony: Cosmological Zoom-in Simulation Suites over Four Decades of Host Halo Mass
我们目前的交响乐，汇编$262$宇宙学，冷暗物质放大模拟跨越四十年的主机晕质量，从$10^{11}$ $-$ $10^{15}~M_{\mathrm{\odot}}$。这个汇编包括三个现有的模拟套件在集群和银河系$-$质量尺度，和两个新的套件：$39$大麦哲伦云质量（$10^{11}~M_{\mathrm{\odot}}$）和$49$强透镜模拟（$10^{13}~M_{\mathrm{\odot}}$）集团质量主机。在整个主机晕质量范围内，在这些模拟中的最高分辨率区域解决了与$\approx 3\times 10^{-7}$倍的主机维里质量和普卢默等效引力软化长度$\approx 9\times 10^{-4}$倍的主机维里半径，平均暗物质粒子质量。我们测量subhalo丰度和主机浓度，形成时间和最大subhalo质量，所有这些峰值在银河系主机晕质量尺度之间的相关性。次晕丰度是$\approx 50\%$更高的集群比低质量的主机在固定的子-主机晕质量比。次晕的径向分布是近似自相似的主机质量的函数，并不集中比主机的底层暗物质分布。我们比较我们的结果的半解析模型$\mathrm{\texttt{Galacticus}}$，它预测subhalo质量函数具有较高的归一化在低质量端和径向分布，比交响乐稍微集中。我们使用$\mathrm{\texttt{UniverseMachine}}$模型…
2023-03-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Snowmass 2021 Dark Matter Complementarity Report
暗物质的基本性质是Snowmass 2021过程的中心主题，延伸到所有前沿。在过去的十年中，探测器技术、分析技术和理论建模的进步使新一代的实验和搜索成为可能，同时扩大了我们可以追求的候选人类型。在接下来的十年里，有很大的潜力可以改变我们对暗物质的理解。在下文中，我们概述了一个在前沿之间合作开发的发现路线图。一个强大的实验组合，深入研究，广泛搜索，并利用技术之间的互补性是解决这个复杂问题的关键，需要专业知识，结果和规划的所有前沿的斯诺马斯2021年的过程。
2022-11-15 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
WFIRST: The Essential Cosmology Space Observatory for the Coming Decade
在发现宇宙加速的20年后，它仍然是宇宙学中最深奥的谜团，也可以说是所有物理学中最深奥的谜团。要么宇宙是由一种具有标准模型物理学无法预测的奇异物理性质的暗能量形式所主导，要么广义相对论并不能充分描述宇宙距离上的引力。WFIRST成为Astro 2010的首要任务，部分原因是它能够通过高精度测量宇宙膨胀历史和宇宙结构的增长来解决宇宙加速的奥秘。我们在本白皮书中说明了自Astro 2010以来任务设计的变化如何使WFIRST成为更强大的暗能量设施，并提高了WFIRST响应实验环境变化的能力。WFIRST是社区在2020年代中期需要的DE的天基探测器。
2019-04-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Snowmass 2021 Cross Frontier Report: Dark Matter Complementarity (Extended Version)
本文概述了Snowmass 2021各前沿合作制定的暗物质发现路线图，强调利用技术互补性的强有力实验组合是解决暗物质问题的关键。
2024-07-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Taxonomy of Dark Energy Models
宇宙的加速膨胀是过去几十年的主要发现之一，表明存在一种未知的成分：暗能量。它存在的证据正在通过一系列观测实验收集，其测量精度越来越高。然而，解释我们宇宙动力学的最被接受的模型，所谓的Lambda冷暗物质，面临着与这种能量成分的性质有关的几个问题。这导致人们越来越多地探索试图解决这些缺点的替代模式。在这篇评论中，我们简要地总结了一个（非详尽的）列表的暗能量模型以及一些最常用的宇宙学样本的特点。接下来，我们讨论如何使用观测数据约束每个模型的参数。最后，总结了暗能量模型的研究现状。
2021-04-09 astro-ph.CO gr-qc
Constraining annihilating dark matter mass by the radio continuum spectral data of a high-redshift galaxy cluster
在过去的十年中，湮灭暗物质模型的性质被各种数据所检验，包括γ射线、无线电波、X射线、正电子、电子、反质子和中微子的数据。特别是，大多数研究集中在我们的银河系，附近的星系（如M31星系）或附近的星系团（如天炉座星系团）的数据。在这篇文章中，我们检查档案无线电连续光谱数据的一个相对高红移的星系团（A697集群），以限制的性质湮灭暗物质。我们发现亲轻子湮没通道（$e^+e^-$、$μ^+μ^-$和$τ^+τ^-$）可以与A697星系团的射电连续谱非常好地拟合。
2020-07-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Snowmass2021 Cosmic Frontier: Report of the CF04 Topical Group on Dark Energy and Cosmic Acceleration in the Modern Universe
新千年的宇宙学观测极大地增加了我们对宇宙的理解，但一些基本问题仍然没有答案。这份专题小组报告描述了在未来几十年里通过将观测扩展到$z<6$宇宙来解决这些问题的最佳机会。在现代宇宙和暴胀时期，我们对宇宙加速的理解发生革命性变化的最大机会将由一个新的第五阶段光谱设备（Spec-S5）提供，该设备将结合大望远镜孔径，宽视场和高复用。这样的设施可以同时提供较低红移的密集星系样本，以提供小尺度结构增长的可靠测量，以及红移$2<z<5$的样本，以测量最大尺度的宇宙结构，跨越足够的体积来探测膨胀的原始非高斯性，以在广泛的尺度上搜索膨胀功率谱的特征，在探索不足的领域测试暗能量模型，并确定中微子的总质量和光遗迹的有效数量。在Spec-S5的同时，还应该在较小的规模上寻求一些引人注目的机会。分析DESI和LSST数据的科学合作将需要各种活动的资金，包括交叉调查模拟和综合分析。这些实验的结果可以通过更小的程序来获得补充数据，包括对超新星和光谱学的后续研究，以改善光度红移测量。最好的未来使用的维拉C。鲁宾天文台应该在第一次LSST分析完成后，在本世纪末进行评估。最后，对开拓者项目的投资可以使强大的新宇宙学探测器在未来几十年内上线。
2022-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
A possible radio signal of annihilating dark matter in the Abell 4038 cluster
在过去的十年中，一些望远镜（如费米-LAT，AMS和DAMPE）被发射，以探测我们银河系中湮灭暗物质的信号。虽然一些过量的伽马射线、反质子和电子/正电子被报道并声称是暗物质信号，但银河系暗物质贡献的不确定性仍然太大，无法证实这些说法。在这封信中，我们报告了一个可能的无线电信号湮灭暗物质表现在档案无线电连续光谱数据的阿贝尔4038集群。通过假设热湮灭截面和比较暗物质湮灭模型与零假设（宇宙射线发射没有暗物质湮灭），我们得到了非常大的测试统计值TS $>45$四个流行的湮灭通道，这对应于多个$6.5 σ$统计偏好。这为湮灭暗物质的存在提供了非常有力的证据。特别是，我们的结果也支持最近的索赔暗物质质量$m \approx 30-50$ GeV湮灭通过$b\bar{b}$夸克通道与热湮灭截面。
2020-09-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Is $w \neq -1$ evidence for a dynamical dark energy equation of state ?
目前对暗能量状态方程参数$w$的限制预计在未来十年内将提高一个以上的数量级。如果$|w-1| \gsim 0.01$在当前时间附近，但暗能量动力学足够慢，那么未来的约束可能会排除宇宙学常数，同时与时间无关的状态方程参数一致。在本文中，我们表明，虽然可以构建具有这种行为的模型，但它们确实需要进行重大的微调。因此，如果观测到的宇宙加速是由暗能量成分引起的，那么发现$w \neq -1$本身就构成了动力学暗能量状态方程的有力证据。
2009-06-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)
我们介绍了暗能量光谱仪器（DESI）的现状及其未来十年的计划和机会。DESI的建设及其最初五年的运营是美国能源部批准的实验，并在此总结为Astro 2020小组的背景。2025年以后，DESI将需要新的资金来继续运营。我们预计，DESI将继续成为世界上最好的设施之一，在整个十年的宽场光谱。有关DESI仪器和调查的更多信息，请访问https://www.desi.lbl.gov。
2019-07-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Possible dark energy imprints in gravitational wave spectrum of mixed neutron-dark-energy stars
本文研究了含有不同比例的普通物质和暗能量的中子星的振荡谱。在我们考虑的模型中，平衡配置的数值构造和结果表明，混合神经元暗能量星的属性可以显着不同时，在恒星的暗能量的量是不同的。在Cowling近似下研究了混合神经元-暗能量星的振荡。结果发现，基模和高泛音的频率受暗能量含量的强烈影响。这可以在未来用来探测中子星中暗能量的存在，并限制暗能量模型。
2011-12-19 astro-ph.CO gr-qc
Unifying dark matter, dark energy and inflation with a fuzzy dark fluid
标量场出现在许多宇宙学模型中，特别是为了解释暗能量和暴胀，但也是为了模拟暗物质。在本文中，我们表明，这是可能的标量场同时取代暗物质，暗能量和通货膨胀假设存在的非最小耦合到重力，墨西哥帽潜力，和自发对称性破缺前的通货膨胀。在暴胀之后，标量场表现得像一种暗流体，模仿暗能量和暗物质，并且具有类似于模糊暗物质的暗物质行为。
2020-07-10 astro-ph.CO hep-th
Heavy decaying dark matter at future neutrino radio telescopes
本文研究了RNO-G、GRAND和IceCube-gen2射电阵列等未来中微子射电望远镜对质量在10^7至10^15 GeV的重衰变暗物质的探测灵敏度，预测了基于宇宙原初中微子和新生脉冲星中微子观测的暗物质寿命保守限制，结果表明这些限制与多信使分析高度互补。
2023-05-31 astro-ph.CO hep-ph
The DECADE cosmic shear project I: A new weak lensing shape catalog of 107 million galaxies
本文构建了基于DECam数据的1.07亿星系弱透镜形状星表，经Metacalibration校准后覆盖5412平方度，有效数密度4.59每平方角分，并验证其可用于宇宙学分析。
2025-10-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Dark Mass Creation During EWPT Via Dark Energy Interaction
我们添加暗物质暗能量条款与一个与暗物质场相互作用的精髓场MSSM EW拉格朗日先前用于计算的磁场在EWPT期间创建。从期望值的精髓领域，我们估计暗物质质量的参数在以前的工作中使用的暗物质-暗能量相互作用。
2014-02-13 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter and Wigner's third positive-energy representation class
近70年来，人们一直在徒劳地试图理解第三维格纳表示类（无限自旋类）可能的物理内容，但随着2006年弦定域时空协变的发现，这一问题得到了部分解决。这导致了一个仍在进行的广泛推广的可重整化的领域与任意高自旋和更好地理解的起源部分不可见的胶子和夸克的禁闭观察。本说明解释了与第三维格纳表示类相关的场的完全（非引力）不可见性。最后一节提出了一个关键的可能性，第三类维格纳物质可能在暗物质的形成中发挥作用。
2014-11-11 astro-ph.CO gr-qc
Phase Space Dynamics of Non-Gravitational Interactions between Dark Matter and Dark Energy: The Case of Ghost Dark Energy
我们研究了所谓的Veneziano鬼暗能量模型的相空间渐近性。研究了鬼场能量密度为i）$ρ_{ghost}\propto H$和ii）$ρ_{ghost}\propto H+H^2$的模型。这两种情况，有或没有额外的非引力相互作用之间的冷暗物质和幽灵暗能量，受到审查。我们特别注意相空间变量的选择，导致有界和紧凑的相空间，使没有物理兴趣的临界点是失踪。揭示了一个丰富的渐近结构：依赖于与辐射主导、物质主导、冷暗物质/鬼暗能量标度和鬼暗能量主导相关的非最小耦合临界点的类型，在相应的相空间中识别出过去和未来吸引子以及鞍平衡点.
2012-11-15 astro-ph.CO gr-qc
Great Surveys of the Universe
展望下一个十年，想象一下2020年的天文学景观，很明显，天文调查，无论大小，加上广泛的后续项目，将是我们专业进步的巨大引擎。长期以来，勘测在天文学中发挥着至关重要的作用，在未来几十年里，随着我们对宇宙的深入探索，勘测将变得更加重要。事实上，人们可以把未来20年称为“大调查时代”。下一代巡天将探测范围广泛的天文物体和现象，包括行星、恒星、气体、星系、背景辐射、暗物质、暗能量、简并物质、致密物体、黑洞、磁场、宇宙射线粒子、中微子、重力波和外来物（粒子、拓扑缺陷等）。这份立场文件倡导的首要主题是，真正的宇宙巡天是由各种各样的“大巡天”和对这些巡天的利用构成的。许多拟议的十年活动和设施要么明确是巡天望远镜，要么计划投入大量时间进行科学调查。另一些望远镜，如大口径窄视场望远镜，则旨在进行有针对性的详细观测，这是测量的必要对应或后续工作。为了讨论诸如此类的首要问题，天文学大巡天讲习班于2008年11月20日至22日在新墨西哥州圣达菲举行，由LANL高级研究所和AUI赞助。
2009-04-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Scattering of Dark Matter and Dark Energy
我们展示了宇宙的两个主要组成部分，暗能量和暗物质，如何拥有一个大的散射截面，而不会对观测产生很大的影响。与涉及两种流体之间能量交换的模型不同，背景宇宙学保持不变，留下的观测信号较少。在简要回顾了宇宙学上重要的粒子之间的散射截面之后，我们探讨了暗物质和暗能量之间的弹性相互作用的含义。大尺度结构的生长受到抑制，但这种影响被发现是弱的，由于持续低的暗能量密度。因此，我们得出结论，暗物质-暗能量截面可能超过汤姆逊截面几个数量级。
2010-10-26 astro-ph.CO hep-ph
Dark Energy Scaling from Dark Matter to Acceleration
宇宙的暗区不需要完全分离为不同的暗物质和暗能量成分。我们考虑一个早期暗能量的模型，其中暗能量在早期的演化和扰动中都模仿了暗物质成分。正压以太暗能量的尺度是暗物质密度的一个固定的分数，可能大于1，并且在经历转变之前的早期具有消失的声速。这不仅给出了宇宙膨胀的特征，还给出了声速和不均匀性以及有效中微子种类的数量。模型参数描述了时间，转变的尖锐性，以及早期的相对丰度。与目前的数据比较后，我们发现可行的制度，其中的暗能量的行为像暗物质在早期：为过渡前重组的暗能量，暗物质的分数可以等于或超过1，而近重组的过渡的比例只能是百分之几。在跃迁之后，暗能量将分道扬镳，最终推动宇宙加速，并在这种情况下接近宇宙学常数。
2014-09-04 astro-ph.CO gr-qc
Dark sector unifications: dark matter-phantom energy, dark matter -- constant $w$ dark energy, dark matter-dark energy-dark matter
本文提出了一种新的方法，统一的暗物质和暗能量的宇宙流体。介绍了一个模型，其中宇宙流体声速平方被定义为状态方程（EoS）参数的函数。它示出了如何对数的一部分，这个函数的结果在动力学制度以前没有观察到的宇宙流体模型。结果表明，在一个特定的动力学制度的模型表现为统一的暗物质和幻影暗能量。此外，它表明，该模型可以描述暗物质-暗能量统一，其中暗能量渐近行为的暗能量与一个常数EoS参数大于-1。在特定的参数范围内，统一流体模型也再现了类似于$Λ$ CDM模型的全局扩展，其中流体声速对于小的标度因子值为零，并且对于大的标度因子值为小的，甚至为零。最后，它显示了如何该模型可能有助于描述宇宙流体暗物质-暗能量-暗物质统一。得到了产生这种瞬态暗能量行为的模型参数的物理约束。
2019-08-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Holographic Dark Energy Interacting with Two Fluids and Validity of Generalized Second Law of Thermodynamics
我们考虑了全息暗能量与暗物质和宇宙中另一种未知的暗能量成分相互作用的宇宙学模型。我们已经假设了两个相互作用项$Q$和$Q'$，以便包括两个主成分之间的相互作用（即，全息的暗能量和暗物质）导致其他形式的宇宙成分的一些损失。我们的模型对$Q$和$Q'$的任何符号都是有效的。如果是$Q<Q'$，那么部分暗能量密度衰减为暗物质，其余部分则为另一个未知的能量密度成分。但是如果$Q>Q'$，那么暗物质能量从暗能量和暗能量的未知成分中接收。观测表明，暗能量衰变为暗物质。在这里，我们提出了一个宇宙学模型的暗能量的一般处方，其中施加全息暗能量，暗物质和另一种流体之间的相互作用。我们得到了全息暗能量密度与暗物质及其他未知暗能量成分相互作用的状态方程。利用热力学第一定律，得到了全息暗能量、暗物质和其他暗能量成分在全息暗能量与两种流体（即，暗物质和暗能量的其他成分）。我们还发现了当在视界球面上测量事件视界的半径（$L$）时视界的熵。目前我们已经研究了被这个视界包围的宇宙的热力学GSL。最后，证明了GSL的有效性，GSL对减速参数$q$有界性。
2010-06-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Early dark energy and its interaction with dark matter
本文研究了一类早期暗能量模型，它在宇宙的早期具有大量的暗能量。在线性近似下，我们研究了早期暗能量涨落对结构生长和CMB功率谱的影响。进一步研究了早期暗能量与暗物质的相互作用对结构生长和CMB的影响。最后，通过对不同观测结果的分析，我们对早期的暗能量模型参数和暗扇区之间的耦合进行了约束。
2015-11-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Transient dark energy, cosmological constant boundary crossing and dark energy $w(z)$ data fits
阐述了将声速模型化为状态方程参数函数的暗能量的形式化。介绍了一个能详细研究宇宙学常数边界穿越的具体模型，并给出了模型动力学的解析解。它表明如何在特定的参数制度暗能量可以是一个瞬态现象。它进一步展示了如何重现的暗能量$w(z)$的观测数据最近适合的模型的具体功能。
2018-07-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
From inflation to dark energy through a dynamical Lambda: an attempt at alleviating fundamental cosmic puzzles
经过几十年成功的热大爆炸范式，宇宙学仍然缺乏一个框架，在这个框架中，宇宙的早期暴胀阶段顺利地匹配辐射时代，并演化到现在的“准”德西特时空。同样有趣的是，有效真空能量密度的当前值远远小于引发暴胀的值。在这篇论文中，我们提出了一类新的宇宙学，它能够克服或大大缓解这些尖锐的宇宙难题。由衰减的真空能量密度提供动力，时空从纯非奇异的德西特真空阶段出现，“优雅地”从暴胀退出到辐射阶段，随后是暗物质和真空状态，最后演化到后期的德西特阶段。
2013-08-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark Energy and Dark Matter from Yang-Mills Condensate and the Peccei-Quinn mechanism
我们分析了冷轴子暗物质与暗胶子凝聚弱耦合的模型，再现了暗能量。我们首先回顾了如何使用泛函重整化群方法来恢复暗能量的行为，并将我们的研究建立在非微扰确定的有效拉格朗日量的性质上。然后，在$G_{SM}\times SU(2)_{D}\times U(1)_{PQ}$的背景下，我们考虑YMC与QCD轴子的相互作用。我们预测，在宇宙学时间内，暗能量密度将转移到暗物质密度，这可以在下一代致力于暗能量测量的实验中进行测试。
2016-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
