Deep Machine Learning in Cosmology: Evolution or Revolution?
机器学习（ML）能否做出根本性的发现并解决宇宙学中未解决的问题？对宇宙目前内容的详细观测与宇宙学常数λ和冷暗物质模型是一致的，但哈勃常数和团块因子的观测之间存在一些未解决的不一致（“张力”）。为了进一步理解这些问题，对数十亿星系和其他探测器的大型调查需要新的统计方法。近年来，ML的力量，特别是“深度学习”，已经被证明用于对象分类，光度红移，异常检测，增强模拟和宇宙学参数的推断。有人认为，更传统的“浅层学习”（即预处理特征提取）实际上是相当深入的，因为它带来了人类知识，而“深度学习”可能被视为一个黑盒子，除非辅以可解释性工具。ML在宇宙学中的“杀手级应用”还在后头。还讨论了训练下一代科学家应对未来数据密集型科学挑战的新方法。最后，聊天机器人ChatGPT被要求解决本文标题中提出的问题。
2023-02-08 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.data-an
Simultaneously constraining cosmology and baryonic physics via deep learning from weak lensing
正在进行的和计划中的弱透镜（WL）调查越来越深，足以包含角度尺度上的信息下降到几个弧分。为了从这些小尺度中充分提取信息，我们必须在宇宙学WL信号中捕获非高斯特征，同时准确地考虑重子效应。在这项工作中，我们占重子物理通过重子修正模型，修改暗物质的物质分布-只有$N$ -体模拟，模仿星系形成和反馈的影响。我们实现了这个模型在一个大型的光线跟踪模拟套件，跨越网格的宇宙模型在$Ω_\mathrm{m}-σ_8$空间。然后，我们开发了一个卷积神经网络（CNN）架构，学习和约束宇宙学和重子参数同时从模拟WL收敛图。我们发现，在一个超超级凸轮（HSC）的调查，我们的CNN实现了1.7 $\times$更严格的约束在$Ω_\mathrm{m}-σ_8$空间（$1σ$区域）比功率谱和2.1 $\times$更严格的峰值计数，表明CNN可以有效地提取非高斯宇宙学信息，即使在重子效应边缘化。当我们将我们的CNN与功率谱结合时，重子效应使$Ω_\mathrm{m}-σ_8$空间中的约束退化了2.4倍，而单独使用这两种方法时，退化程度要严重得多，分别为4.7或3.7倍。
2022-01-17 astro-ph.CO
Bayesian "Deep" Process Convolutions: An Application in Cosmology
本文提出贝叶斯深度过程卷积模型，通过自适应平滑度参数在单一框架内同时捕捉宇宙学物质功率谱中的平滑与振荡结构，并在模拟和真实数据中优于现有方法。
2024-11-22 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.AP
Designing an Optimal LSST Deep Drilling Program for Cosmology with Type Ia Supernovae
维拉C。鲁宾天文台的时空遗产调查预计将收集大量Ia型超新星（SNe Ia）样本，这可能有助于揭示暗能量的性质。然而，这一壮举需要测量哈勃图的两个组成部分-距离模量和红移-具有高度的准确性。距离是根据从光变曲线拟合中提取的SNe Ia参数来估计的，其中光变曲线的平均质量主要由调查参数（例如节奏和每个波段的访问次数）驱动。因此，一个最佳的观测策略是高精度测量宇宙学参数的关键。在本文中，我们提出了一个三阶段的分析，旨在量化的影响，深钻（DD）的战略参数的调查的三个关键方面：红移的完整性（源于Malmquist宇宙学偏差），以及测量SNe Ia的数量，和宇宙学测量。分析目前的LSST调查模拟，我们表明，目前的DD调查计划的特点是低完整性（$z~\sim$ 0.55-0.65），和不规则和低节奏（几天），大大减少了测量的超新星Ia样本的大小。然后，我们提出了一个工作方式，提供访问（每个波段）所需的数量，以达到更高的红移。这种方法的结果被用来设计一套优化的DD调查SNe Ia宇宙学。我们发现，最准确的宇宙学测量实现深滚动调查的特点是高节奏（一天），滚动策略（每个字段观察至少两个赛季），和两套领域：超深（$z \gtrsim 0.8$）和深（$z \gtrsim 0.6$）领域。我们还表明，一个确定性的调度程序，包括间隙恢复机制是至关重要的，以实现高质量的DD调查所需的超新星Ia宇宙学。
2022-05-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology with the Wide-Field Infrared Survey Telescope -- Synergies with the Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time
我们探索空间宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）和地面鲁宾天文台时空遗产巡天（LSST）之间的协同作用。特别是，我们考虑的情况下，目前设想的调查战略WFIRST的高纬度调查（HLS），即，2000平方度的四个狭窄的光度带被改变，有利于一个战略，结合快速覆盖的LSST区域（全LSST深度）在一个波段。我们发现，在W波段进行为期5个月的WFIRST调查可以覆盖整个LSST调查区域，为>95%的LSST 10年金星系样本提供高分辨率成像。我们探索了第二个更雄心勃勃的方案，WFIRST花了1.5年的时间覆盖LSST地区。对于这第二种情况，我们量化的约束功率暗能量状态方程参数的联合弱透镜和星系聚类分析，并将其与LSST的调查和参考WFIRST HLS调查。我们的调查模拟是基于WFIRST曝光时间计算器和红移分布的CANDELS目录。我们的统计不确定性占密度场的高阶相关性，我们包括广泛的系统性影响，如形状和红移测量的不确定性，以及天体物理系统学的建模不确定性，如星系偏置，固有星系排列和重子物理。假设WFIRST范围为5个月，我们发现与LSST Y10（FoM（Wwide）= 2.4 FoM（LSST））和LSST+WFIRST HLS（FoM（Wwide）= 5.5 FoM（HLS））相比，联合LSST+WFIRST范围调查的约束力显著增加。
2020-04-11 astro-ph.CO
Cosmology with Topological Deep Learning
本文提出拓扑神经网络（TNNs），通过高阶消息传递和E(3)不变性，在Quijote数据集上显著提升宇宙学参数估计精度，较GNN最高提升60%的σ8。\n
2025-05-29 astro-ph.CO
The SCUBA-2 Cosmology Legacy Survey: The EGS deep field I - Deep number counts and the redshift distribution of the recovered Cosmic Infrared Background at 450 and 850 um
我们目前在450 μ m和850 μ m的扩展Groth带字段与SCUBA-2相机安装在詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜的深SCUBA-2宇宙学遗产调查（S2 CLS）的一部分，实现了中央仪器深度为$σ_{450}=1.2$ mJy/梁和$σ_{850}=0.2$ mJy/梁。我们检测到57个源在450微米和90个在850微米与S/N > 3.5超过~70平方米。弧分从这些检测中，我们得出了在通量密度$S_{450}>4.0$ mJy和$S_{850}>0.9$ mJy的计数，这代表了在这些波长下的最深计数，这些波长是使用直接提取的源从单碟望远镜的空白场观测中得出的。我们的测量平滑地连接以前的浅空白场单碟观测和深干涉ALMA结果之间的差距。我们估计我们的SCUBA-2探测到的星系的宇宙红外背景（CIB）的贡献，以及24微米选定的星系的贡献，通过叠加技术，添加一个总的$0.26\pm0.03$和$0.07\pm0.01$兆焦耳/锶，在450微米和850微米，分别。这些表面亮度对应于总CIB测量值的$60\pm20$和$50\pm20$ %，其中误差由总CIB的误差主导。利用24 μ m样品的光度红移和亚毫米星系的红移分布，我们发现恢复的CIB的红移分布在每个波长上是不同的，在450 μ m处有一个峰值在$z\sim1$，在850 μ m处有一个峰值在$z\sim2$，这与以前的观测和理论模…
2016-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Future Cosmology: New Physics and Opportunity from the China Space Station Telescope (CSST)
本文综述了中国空间站望远镜CSST的多类宇宙学探针及其能力，指出其将高精度测量物质分布和宇宙膨胀历史，从而严格限制暗能量、暗物质性质并检验引力理论。
2025-03-13 astro-ph.CO
Cosmology with the Wide-Field Infrared Survey Telescope -- Multi-Probe Strategies
我们模拟了宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）高纬度巡天（HLS）对暗能量和修正引力的科学性能。目前设想的1.6年HLS参考勘测将在Y、J、H方向上对深度为$\sim$ 26.5的2000 deg $^2$进行多波段成像，并在z=3以上使用无狭缝光谱覆盖相同区域。深层多波段测光和深层光谱学的结合将使科学家能够通过各种宇宙学探测器（例如，弱透镜、星系团、星系团、BAO、Ia型超新星），同样，它将允许对观测和天体物理系统效应进行精密控制。在本文中，我们探讨了多探头的策略，可以实现给定的WFIRST的仪器功能。我们单独和联合宇宙探测模型和帐户相关的系统和统计的不确定性，由于高阶矩的密度场。我们探索不同层次的观测系统的WFIRST调查（照片-Z和剪切校准），并最终运行一个联合似然分析在N维参数空间。我们发现，仅WFIRST参考调查（没有外部数据集）可以实现一个标准的暗能量FoM>300时，包括所有的探头。这假定没有来自外部数据集的信息和系统学的现实假设。我们对HLS参考调查的研究应该被视为未来社区驱动的努力的一部分，以模拟和优化WFIRST的科学回报。
2020-04-11 astro-ph.CO
Cosmology with velocity dispersion counts: an alternative to measuring cluster halo masses
星系团计数的演化是对宇宙学若干基本参数的有力探索。最近的一些研究使用这个探测器声称与普朗克原始CMB数据分析所偏好的宇宙学的张力，在这个意义上，观察到的星系团比基于原始CMB宇宙学的预测要少。这个问题的一个可能的解决方案是集群研究中绝对晕质量校准中的系统误差，这需要将标准理论预测（晕质量函数）转换为作为可观测值的函数的计数（例如，X射线光度，Sunyaev-Zel'dovich通量，光学丰富度）。在这里，我们提出了一种替代策略，这是直接比较预测和观察到的集群计数作为一个函数的一维速度色散的星系团。我们认为，集团/集群的速度分散理论上可以预测的强大的质量，但与质量，它也可以直接观察到，从而规避了主要的系统偏差，在传统的集群计数研究。借助BAHAMAS宇宙学流体动力学模拟套件，我们证明了速度色散计数的潜力，即使是类似的$Λ$ CDM模型的歧视。这些预测可以与现有的红移调查结果进行比较，如高度完整的星系和质量组装（GAMA）调查，以及即将进行的宽视场光谱调查，如广域Vista河外调查（WAVES）和暗能量调查仪器（DESI）。
2016-07-28 astro-ph.CO
The failures of the standard model of cosmology require a new paradigm
宇宙学模型，调用温暖或寒冷的暗物质不能解释观测到的矮星系的属性，其高度各向异性的空间分布，也没有观测到的质量差异和加速度之间的相关性。宇宙学标准模型的这些问题有着深刻的含义，特别是与修正的牛顿动力学（MOND）很好地描述了数据的观察相结合。MOND是一个经典的动力学理论，它解释了银河系和整个宇宙中的质量差异，而没有引用暗实体。MOND引入了一个新的具有加速度a0维度的自然界普适常数，使得前MOND动力学对于加速度a >> a0是有效的，并且对于a << a0获得了深MOND状态，其中时空尺度不变性被调用。剩余的挑战MOND是（i）充分解释观测到的质量差异，在星系团，和（ii）发展的相对论理论的MOND将令人满意的宇宙学。普适常数a0与宇宙学有着有趣的联系：\bar a0 == 2 π a0 \approx c H_0 \approx c^2（λ/3）^{1/2}。这可能指向宇宙学和局部系统内部动力学之间的深层联系。
2013-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Cohesive Deep Drilling Field Strategy for LSST Cosmology
本文为LSST DESC宇宙学测量提出了一套紧密的深钻井场（DDF）观测策略，通过模拟评估发现，采用深度滚动巡天方式观测超深场和深场效果最佳，并指出需约8.5%的DDF预算才能满足所有宇宙学要求。
2024-11-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology with the Large Synoptic Survey Telescope: an Overview
大型综合巡天望远镜（LSST）是一个高光学扩展量成像设施，正在智利北部的Cerro Pachon顶上建造。它计划于2022年开始科学运作。LSST拥有8.4米（6.5米有效孔径）的孔径，三面反射镜设计实现了9.6度^2的视野限制，以及3.2千兆像素的相机，具有深宽快速成像能力，可以在10年内使用90%的观测时间在6个通带（ugrizy）进行18，000度^2的测量，达到r~27.5的附加深度。剩下的10%将用于更深、更快的时域观测和更小的调查。总的来说，主调查中的每个天空补丁将接收分配在六个通带中的800次访问，其中30次曝光访问。大量高质量的LSST数据将提供广泛的科学机会，并以前所未有的统计能力和对系统误差的严格控制开启精确宇宙学的新时代。在这篇综述中，我们简要介绍了LSST宇宙学计划，重点是暗能量的调查。LSST将通过利用各种精密探测器，包括大尺度结构、弱透镜、Ia型超新星、星系团和强透镜，来解决暗能量物理和宇宙学问题。结合宇宙微波背景数据，这些探测器对宇宙学模型和暗能量的本质形成了环环相扣的检验。LSST数据产品将提供给美国和智利科学界以及国际合作伙伴，没有专有期。与在各种波长，分辨率，深度和时间尺度上观察的同时代调查密切合作将是LSST科学计划的重要组成部分，这不仅将加强具体研究，而且还可以通过不同的窗口更完整地了解宇宙。
2018-03-09 astro-ph.CO
Machine Learning for Observational Cosmology
本文综述了机器学习在观测宇宙学中的应用进展，并探讨了处理未来艾字节级巡天数据所需的高性能计算关键问题。
2023-05-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmology from weak lensing, galaxy clustering, CMB lensing and tSZ: II. Optimizing Roman survey design for CMB cross-correlation science
本文研究Roman HLWAS与CMB实验的协同，发现宽巡天设计即使系统误差更大，仍显著优于参考巡天，暗能量FoM提升约2倍，并提出双层巡天方案以降低系统误差风险。
2024-11-06 astro-ph.CO
Normalizing flows for random fields in cosmology
规范化流是一个强大的工具，以创建灵活的概率分布，在宇宙学中有广泛的潜在应用。在这里，我们正在研究规范化的流量，代表宇宙学观测值在字段的水平，而不是在概括统计的水平，如功率谱。我们评估了不同的归一化流的性能，密度估计和采样的近高斯随机场，并检查样本的质量与不同的统计，如功率谱和双谱估计。我们探讨这些流的方面，是特定的宇宙学，如流动从物理先验分布和评估的密度估计结果在分析上易于处理的相关高斯的情况下。
2021-05-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology Requirements on Supernova Photometric Redshift Systematics for Rubin LSST and Roman Space Telescope
在即将到来的广域时域调查中，将发现和监测大约100万颗Ia型超新星（SN），如Vera C。Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time（鲁宾天文台时空遗产巡天）对于宇宙学的应用，除了其他特性外，还需要精确的红移;然而绝大多数SN不会有光谱红移，即使是对于它们的宿主星系，也只有光度红移。我们评估了红移系统控制必要的强大的宇宙学。基于由机器学习产生的光度与真实红移关系，应用于LSST质量观察到的50万个星系的模拟，我们量化了平均关系和异常值分数和偏差中的系统学要求，以便不偏向暗能量宇宙学推断。某些红移范围是特别敏感的，激发了SN在$z\lesssim0.2$和$z\approx0.5$-0.6附近的光谱跟踪。包括Nancy Grace Roman太空望远镜近红外波段的模拟中，我们重新分析的约束，发现在高红移的改善，但很少在低红移的系统学导致强烈的宇宙学偏见。我们确定了一个完整的光谱调查SN主机星系$z\lesssim0.2$作为一个非常有利的元素强大的SN宇宙学。
2021-01-06 astro-ph.CO
Assessing the Importance of Noise from Thermal Sunyaev-Zel{'}dovich Signals for CMB Cluster Surveys and Cluster Cosmology
我们探讨了噪声的意义，从热Sunyaev-Zel '} dovich（tSZ）信号的集群检测使用宇宙微波背景（CMB）的调查。噪声既来自邻近物体，也来自检测限以下的晕。广泛的调查被认为是：SPT-SZ，SPTpol和SPT-3G从南极望远镜; SO基线和SO目标配置西蒙斯天文台; CMB-S4的广域（S4-宽）和深（S4-超深）调查;和未来的CMB-HD实验。我们发现，来自tSZ信号的噪声对CMB-HD具有显著影响，并且在一定程度上对S4-Ultra deep具有显著影响。对于其他实验，由于tSZ图中的噪声由残余前景或实验噪声主导，因此该影响可忽略不计。在tSZ信号的噪声很重要的限制下，我们发现删除检测到的集群并重新运行集群查找器可以让我们找到一组新的质量较小且距离较远的集群。由于检测到的簇是tSZ功率的主要来源，因此移除它们通过以下方式降低$\ell=3000$处的功率：用于CMB-HD的$\times5$;用于S4-Ultra deep的$\times3.1$;用于S4-Wide和SPT-3G的$\times2.4$;用于SO-Goal和SPTpol的$\times1.5$;用于SO-基线的$\times1.35$;以及用于SPT-SZ的$\times1.08$。我们预测的预期数量的集群，并得出参数约束相结合的集群计数与主CMB和tSZ功率谱发现，未来的调查可以减少对暗能量状态…
2022-02-01 astro-ph.CO
Weak lensing cosmology with convolutional neural networks on noisy data
弱引力透镜是研究宇宙晚期最有希望的宇宙学探测之一。几个正在进行的（DES，KiDS，HSC）和计划中的（LSST，EUCLID，WFIRST）天文调查试图收集更深更大规模的弱透镜数据。由于引力坍缩，暗物质的分布在小尺度上是非高斯分布。然而，观测通常是通过两点关联函数的星系剪切，它不捕捉非高斯特征的透镜地图进行评估。以往的研究试图通过一些高阶统计量，如三点关联函数，峰值计数或Minkowski泛函，从弱透镜观测中提取非高斯信息。深度卷积神经网络（CNN）在计算机视觉领域取得了巨大的成功，它们提供了一个新的非常有前途的框架，可以从二维或三维天文数据集中提取信息，最近对弱透镜的研究证实了这一点。我们表明，一个CNN是能够产生显着更严格的约束（$σ_8, Ω_m$）宇宙学参数比功率谱使用收敛图产生的全N体模拟和射线追踪，在角尺度和形状噪声水平相关的未来观测。在模拟LSST或Euclid的情况下，CNN产生的可信轮廓比功率谱小2.4-2.8倍，在对应于深空调查（如WFIRST）的噪声水平下小3.5-4.2倍。我们还表明，在未来的空间调查中实现的形状噪声水平的CNN产生1.4-2.1倍的轮廓比峰值计数，高阶统计能够提取非高斯信息从弱透镜映射。
2019-02-10 astro-ph.CO
Number counts, confusion, mapping issues and sky coverage analysis for radio continuum surveys through EMU Early Science, EMU-ASKAP, and WODAN especially for cosmology science goals
探索宇宙深处的真相是人类长期以来的目标。随着新技术和观测技术的发展，我们现在已经能够看到距离我们数十亿光年的物体。在这项研究中，我们将讨论射电天文学家在观测射电连续源时面临的一些挑战。我们将讨论与均方根噪声、混淆、位置精度、散粒噪声相关的问题，以及这些问题如何影响观测结果、数据分析和我们试图实现的科学目标。我们将主要集中在宇宙演化地图（EMU-ASKAP）的天空调查，EMU早期科学调查和韦斯特博克观测的深APERTIF北方天空（WODAN），为我们的研究。这项研究也将有助于未来的调查，如可能通过MeerKAT（如MIGHTEE）和SKA-1进行的连续调查。晚时间积分萨克斯-沃尔夫（ISW）效应探测是暗能量宇宙学的重要研究领域之一。我们将特别讨论如何技术，数据分析和映射问题，影响星系的密度依赖的科学目标，如检测晚时间综合萨克斯-沃尔夫（ISW）的影响，通过宽场无线电连续调查。
2021-07-21 astro-ph.CO
Varying-G Cosmology with Type Ia Supernovae
Ia型超新星的观测结果比预期的要暗，因为它们的红移导致了宇宙正在加速膨胀的结论。被广泛接受的假设是，这种加速是由一个宇宙学常数引起的，或者更一般地说，是由弥漫在宇宙中的某种暗能量场引起的。这一假说对物理学提出了如此严峻的挑战，以至于人们有动力去探索其他的解释。在这篇论文中，我们探讨了Ia型超新星的数据是否可以用一个几乎和宇宙学常数一样古老的观点来解释，即引力的强度在宇宙时间尺度上是变化的。这个主题是一个理想的一个调查的本科物理专业，因为整个链的推理，从模型到数据分析是在数学和概念的复杂性，一个积极的本科生。
2010-07-08 astro-ph.CO
Forecasts for Next Generation tSZ Surveys: the Impact of a Cosmology-Dependent Selection Function
热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应是发现和表征星系团的主要工具之一。正在进行或计划进行几项地面实验，以便用大口径望远镜绘制$\sim 150$ GHz的广阔天空。我们目前的宇宙学预测的“稻草人”tSZ调查，将观察$200$和$10^4$度$^2$之间的天空区域的均方根噪声水平之间的2.8和20.2 $μ$ K弧分。我们考虑的探针是簇数计数（作为综合康普顿- $Y$参数和红移的函数）和它们的角聚类（作为红移的函数）。在固定的观测时间，我们发现，更广泛的调查约束宇宙学略好于更深的，由于其检测罕见的高质量集群的能力增加。在所有情况下，我们注意到添加聚类信息实际上并没有改善从数量计数中导出的约束。我们比较预测抽样后验分布与马尔可夫链蒙特卡罗方法对那些来自使用费舍尔矩阵形式主义。我们发现，后者产生稍微乐观的限制，错误被低估在10%的水平。最重要的是，我们使用的分析方法来估计的选择功能的调查和帐户的宇宙学参数的变化的似然函数的响应。我们的分析表明，忽略这种影响（如文献中常规所做的）产生人为的更严格的约束，分别为$σ_8$和$Ω_\mathrm{M}$的2.2和1.7倍。
2020-03-23 astro-ph.CO
Detailed investigation of the duration of inflation in loop quantum cosmology for a Bianchi-I universe with different inflaton potentials and initial conditions
在圈量子宇宙学背景的正确动力学上有着广泛的共识。在这篇文章中，我们通过改变我们认为是模型中最重要的“未知数”来系统地研究暴胀的持续时间：设置初始条件的方式，反弹时的剪切量和暴胀势的形状。
2017-03-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Holographic Principle, Cosmological Constant and Cyclic Cosmology
全息原理提供了对量子引力的深刻理解，并解决了关于宇宙学常数的微调危机。全息暗能量为量子引力引入了新的紫外（UV）和红外（IR）截止点，这两个截止点必然是强相关的。本文从全息的观点讨论了暗能量$ω= p/ρ$的状态方程。$ω< -1$的幻影选项被复活，就像在早期的循环宇宙学中一样。然而，这样一个循环模型同样可以使用宇宙学常数和$ω= -1$。
2019-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Beyond the Standard models of particle physics and cosmology
暴胀宇宙论和重子合成的现代标准宇宙学模型深入涉及超越标准模型（BSM）的粒子理论。不可避免的是，BSM物理模型会导致超出标准宇宙学范式的宇宙学场景。讨论了暗原子宇宙学中的直接和间接暗物质搜索之谜、大质量原初黑洞团作为引力波信号源和反物质球状星团作为宇宙反氦源的情景。
2018-11-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Large-scale magnetic fields in cosmology
尽管磁场广泛存在，但其起源、演变和作用仍不清楚。原始磁性听起来很吸引人，但并非没有问题。磁场对宇宙大尺度结构的影响仍然是一个悬而未决的问题。本文概述了早期磁成因的优点和缺点，以及B场在线性构造形成情景中的典型作用。
2009-11-19 astro-ph.CO gr-qc physics.plasm-ph
CosmoBench: A Multiscale, Multiview, Multitask Cosmology Benchmark for Geometric Deep Learning
Centers for Computational Mathematics（计算数学中心）；Computational Astrophysics（计算天文学）；University of Oxford（牛津大学）；Seoul National University（首尔国立大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出 CosmoBench，一个大规模宇宙学基准数据集，包含点云和有向树，用于多任务几何深度学习，并提供基线模型以推动宇宙学与机器学习结合的科学发现。
2025-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM cs.LG
Space-Based UV/Optical Wide-Field Imaging and Spectroscopy: Near-Field Cosmology and Galaxy Evolution Using Globular Clusters in Nearby Galaxies
恒星的形成在星系和整个宇宙的演化中起着核心作用。对局部宇宙中恒星形成区域的研究表明，恒星的形成通常以集群的方式发生。因此，建立一个关于星团如何形成和演化的连贯图像对于我们全面了解恒星形成过程至关重要。大多数星团在形成后会分裂，从而增加了场星的数量。然而，质量最大、密度最大的星团仍然束缚在一起，并存活了一个哈勃时间。这些球状星团提供了独特的观测探测其宿主星系的形成历史。特别是，每个球状星团的年龄和金属丰度都可以单独确定，这样就可以限制主星系内年龄和金属丰度的分布。我们展示了如何基于空间的紫外到近红外成像覆盖了宽视场（>= 20弧分每轴）和深紫外/光学多目标光谱的球状星团系统在附近的星系将允许一个重要的新的约束条件的形成历史的早期类型的星系及其结构的子组件（例如，凸起、晕圈）。
2012-09-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Dynamical evolution of quintessence cosmology in a physical phase space
给出了宇宙学参数$Ω_ϕ$和$γ_ϕ$的相空间分析。在此基础上，用指数势$V(ϕ)=V_{0}\exp(-λϕ)$研究了著名的经典宇宙学。根据观测数据，可以在相图中精确地指出宇宙的当前状态，从而使相图更具信息性。经典的标度解通常不被认为是宇宙加速膨胀的结果，但我们证明了它可以引起瞬时加速膨胀。我们还发现，在标量场研究中广泛使用的系统微分方程是不完备的，进而用数值方法指出了其适用范围。
2016-06-12 astro-ph.CO gr-qc
Precision Cosmology and Hubble tension in the era of LSS surveys
我们提出了一个完全相对论的框架来评估随机不均匀性对哈勃-勒梅特图预测的影响。在这方面，我们与宇宙和谐模型中的光度距离红移关系的波动的内在不确定性与估计宇宙学参数从高红移调查（z = 4）。在这个框架内，根据具体的即将到来的调查，欧几里德深调查和LSST，我们表明，宇宙方差与哈勃常数的测量将不超过0.1 $\%$。由于我们的研究结果，我们推断，深调查将提供一个估计的哈勃常数$H_0$，这将是更精确的比一个从本地来源获得的，至少在有关的随机分布的不均匀性的内在不确定性。
2021-10-31 astro-ph.CO gr-qc
Data Analysis for Precision 21 cm Cosmology
红移的21厘米谱线是宇宙学中的一个新兴工具，原则上允许对我们的宇宙进行三维测量，达到前所未有的大体积，以前无法达到的长度尺度，以及我们宇宙时间轴迄今未探索的时代。大型射电望远镜已经为此目的而建造，近年来，在将21厘米宇宙学从一个相当有理论前景的领域转变为观测现实领域方面取得了相当大的进展。该领域的从业者越来越意识到，观测21厘米宇宙学的成功将取决于软件算法和分析管道，就像它取决于精心的硬件设计和望远镜建造一样。这篇评论提供了一个教学介绍国家的最先进的想法在21厘米数据分析，涵盖了各种各样的步骤，在一个典型的分析管道，从校准前景减法映射功率谱估计参数估计。
2019-12-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
Constraining the astrophysics and cosmology from 21cm tomography using deep learning with the SKA
未来的平方公里阵列（SKA）调查预计将产生来自再电离时代（EoR）的21厘米宇宙尺度地图的巨大数据集。我们评估了利用机器学习技术的可行性，即卷积神经网络（CNN），从半数值模拟的21厘米地图中同时估计天体物理学和宇宙学参数。我们进一步使用详细的SKA天线分布，热噪声和前景清理的配方将模拟的21 cm地图转换为类似SKA的模拟地图。我们成功地设计了两个CNN架构（类似VGGNet和ResNet），它们都能够有效地同时提取三个天体物理参数，即光子逃逸分数（f $_{\rm esc}$），电离发射率功率对晕质量的依赖性（$C_{\rm ion}$）和电离发射率红移演化指数（$D_{\rm ion}$）和三个宇宙学参数，即物质密度参数（$Ω_{m}$），无量纲哈勃常数（$h$），和物质波动幅度（$σ_{8}$），从21厘米地图在几个红移。在SKA噪声存在的情况下，我们设计的CNN仍然能够以很高的精度（$R^{2} > 92\%$）恢复这些天体物理和宇宙学参数，提高到$R^{2} > 99\%$的低红移和低中性分数值。我们的研究结果表明，未来的21厘米观测可以发挥关键作用，打破模型之间的简并和严格约束的天体物理和宇宙学参数，只使用很少的频率通道。
2020-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Super-resolving Dark Matter Halos using Generative Deep Learning
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Flatiron Institute - Simons Foundation（西蒙斯基金会熨斗研究所）；New York University（纽约大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
基于卷积神经网络（CNN）的生成式深度学习方法为预测宇宙学中的非线性结构提供了一个很好的工具。在这项工作中，我们预测高分辨率的暗物质晕大规模，低分辨率暗物质只有模拟。这是通过将共享相同宇宙学、初始条件和盒子大小的模拟的较低分辨率映射到较高分辨率的密度场来实现的。为了将结构解析到质量分辨率的8倍，我们使用了具有条件GAN的U-Net变体，生成的输出在视觉上和统计上与高分辨率目标非常匹配。这表明，我们的方法可以用来创建高分辨率的密度输出超过Gpc/h盒大小从低分辨率模拟与可忽略的计算工作。
2022-04-20 astro-ph.CO cs.LG
Quantum Cosmology from Group Field Theory Condensates: a Review
我们给，在一些细节，一个关键的概述了最近的工作对推导出宇宙学现象的基本量子动力学的群场论（GFT），基于图片的宏观宇宙作为一个“凝聚”的大量量子几何的GFT场的激发超过“无空间”真空。我们强调概念基础，GFT和圈量子引力（LQG）的更广泛的背景下，与其他研究计划的关系，并连接到真正的玻色-爱因斯坦凝聚体的量子物理。我们展示了如何从微观GFT物理中提取GFT凝聚体的有效动力学，以及如何将其与更传统的量子宇宙学模型，特别是圈量子宇宙学（LQC）的预测进行比较。假设对GFT形式主义没有详细的熟悉。
2016-08-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
X-ray Cluster Cosmology
WFXT可以进行灵敏的广域X射线巡天，探测到大量的维里化天体样本，这些天体的质量范围从次星系群到最大质量的星系团，并在红移方面延伸到z=2以上。这些样本将是一个很好的数据集进行许多传统的宇宙学测试使用集群的质量函数和功率谱。独特的是，WFXT将不仅能够探测星系团，而且能够从调查数据中对大量的星系团和星系团进行详细的X射线测量。在很宽的质量、空间尺度和红移范围内，对星团质量函数和空间相关性进行高质量的测量，将有助于扩大宇宙学发现的空间，特别是在寻找“和谐”Lambda-CDM宇宙学模型的偏离方面。发现这种偏离将对我们理解支配宇宙的基本物理学产生深远的影响。
2009-03-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
Influence from cosmological uncertainties on galaxy number count at faint limit
利用大范围巡天观测计算星系数密度，已被广泛应用于揭示不同类型星系演化规律的研究中。正如直观地理解的那样，天体物理学环境物理学被暗示受宇宙学先验的影响，具有理论估计，反之亦然，或者简单地说，天体物理学效应耦合相应的宇宙学观测或向后的方式。本文试图量化宇宙学中的不确定性对微弱光度极限下星系数密度预测的影响，以及这些不确定性对星系演化探测的模糊程度，希望这一尝试能为未来精确的物理宇宙学研究提供帮助，反之亦然
2015-03-13 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology with sterile neutrino masses from oscillation experiments
从宇宙学和中微子振荡实验中都有线索表明，一个或两个电子伏特质量的无菌中微子是有利的。我们认为，从短基线中微子实验与宇宙学观测相结合的数据的影响。特别是我们考虑宇宙模型的状态方程的暗能量和曲率是允许变化的。我们发现短基线实验和宇宙学结果的一致性取决于所使用的宇宙学数据集。当这两个是一致的，我们发现，从短基线实验中包含的信息，只有轻微的影响宇宙学模型参数的首选值。具有宇宙学常数型暗能量和零曲率的宇宙仍然与我们使用的数据完全一致。我们还报告说，在10 eV的范围内的热化不育中微子是完全符合广泛的宇宙学数据，只要不考虑的物质功率谱的信息。
2013-03-19 astro-ph.CO hep-ph
Noether symmetry approach in phantom quintessence cosmology
在幻影精粹宇宙学的框架下，我们利用Noether对称性方法得到了宇宙学方程的一般精确解。这个结果是由对称性本身的存在所决定的典型（幻影）势实现的。理论模型和观测结果进行了比较。特别是，我们使用Ia型超新星和大尺度结构参数确定的2度场星系红移调查（2dFGRS）和从宽的VIMOS-VLT深调查（VVDS）的一部分。事实证明，该模型与目前可用的观测数据是兼容的。此外，我们扩展的方法，包括辐射。我们表明，它是兼容的数据来自重组，它似乎不影响nucleosynthesis结果的精髓。
2009-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Elliptical Solutions to the Standard Cosmology Model with Realistic Values of Matter Density
我们已经研究了爱因斯坦和德西特宇宙的FRW模型的解，通常被称为宇宙学的标准模型，使用归一化的宇宙学常数Ω_L和时空曲率Ω_k的宽值与归一化的物质密度的建议值。这些解决方案进行了评估，使用第三类椭圆方程的组合，并发现显示临界点红移z，1和3之间，当欧米茄_L是积极的。这些临界点出现在归一化宇宙学常数的值高于目前认为重要的值，虽然我们发现这个解决方案很有趣，因为欧米茄_L项可能会增加占主导地位的宇宙演变带来这种不连续性的重要性。我们还发现，积极的Omega_L倾向于吸引力的z值，这是通常观察到的遥远的星系。
2015-02-21 astro-ph.CO gr-qc
The Cosmology of Interacting Spin-2 Fields
我们研究相互作用的自旋2粒子的宇宙学，制定的Vierbeins和不施加任何n-van Nieuwenhuizen约束的多引力理论。与相应的多度规模型相比，由此产生的多维因理论代表了更广泛的引力理论。此外，与通常似乎包含幽灵的度量对应物相反，它已经被证明是无幽灵的。我们概述了可能的物质耦合的讨论，我们专注于在三个和四个相互作用的vierbein的情况下的宇宙学场景的研究。我们发现了丰富的行为，包括德西特解决方案与有效的宇宙学常数所产生的多维拜因相互作用，暗能量的解决方案和非奇异的弹跳解决方案。
2014-02-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Big Mysteries Survey: Physicists' Views on Cosmology, Black Holes, Quantum Mechanics, and Quantum Gravity
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（佩里默理论物理研究所）；American Physical Society（美国物理学会）
调查探讨了物理学家对宇宙学、黑洞、量子力学和量子引力等基础问题的观点，发现许多被公认为共识的观点实际上支持率较低。
2026-05-11 astro-ph.CO gr-qc physics.hist-ph
Scalar field cosmology -- toward description of dynamic complexity of cosmological evolution
本文研究了具有Robertson-Walker对称性的宇宙模型的动力学演化，其中标量场与引力和正压物质非最小耦合。为此，我们使用动力系统方法。我们发现了一种联系宇宙演化过程中所有重要事件的演化路径，即有限时间宇宙学奇点、暴胀、辐射和物质主导时代以及宇宙加速相膨胀。我们指出的重要性，找到新的通用的解决方案，称为一个更深入的描述宇宙的演化扭转解决方案。我们表明，包括非最小耦合导致一个新的，更丰富的进化宇宙学的情况下，最小耦合。
2010-12-01 astro-ph.CO gr-qc
Swampland Conjectures and Late-Time Cosmology
我们讨论了宇宙学的影响，晚时间宇宙学的字符串沼泽地构造，并测试他们对广泛的国家的最先进的宇宙学观测。改进的de Sitter猜想限制了标量势的最小斜率或曲率，并且依赖于两个无量纲常数。对于1或更大的常数，观测之间存在张力，特别是哈勃常数，斜率和曲率分别为4.5 sigma和2.3 sigma。较小的值的常数是允许的观察，我们确定在不同的置信水平的上限。我们还推导和约束宇宙学观测量和加速时期的标量场漂移之间的关系，从而验证距离猜想。
2019-01-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Deep Learning for Point Spread Function Modeling in Cosmology
Universidad de Antioquia（安蒂奥基亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出基于深度学习的PSF建模方法，通过自动编码器和高斯过程结合，实现比现有方法更精确的PSF重建，为LSST科学流程提供基础。
2026-02-17 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.data-an
Emergent Gauge Symmetries in Particle Physics and Cosmology
Marian Smoluchowski Institute of Physics, Jagiellonian University（雅盖隆大学马里安·施莫丘夫斯基物理研究所）；Kitzbühel Centre for Physics（基茨比厄尔物理中心）
探讨规范对称性可能源于高能标相变涌现的思想，希格斯真空稳定性暗示新临界现象，涌现标度约10^16 GeV，暗能量与马约拉纳中微子质量同阶，暗物质候选包括轴子和声子激发。
2026-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Statistical techniques in cosmology
在这些讲座中，我将涉及宇宙学数据分析的一些主题。我专注于宇宙学中常见的一般技术，或在宇宙学背景下发展起来的技术。事实上，对于在理论模型的背景下解释数据的问题，它们具有非常普遍的适用性，因此适合于贝叶斯处理。我们考虑从数据中估计参数的一般问题，并考虑如何使用Fisher矩阵来分析调查设计之前，采取任何数据，看看调查是否真的会做什么是必需的。我们概述了从数据中估计参数的数值方法，包括蒙特卡罗马尔可夫链和哈密顿蒙特卡罗方法。我们还研究了模型选择，它涵盖了各种场景，例如数据是否更喜欢一个额外的参数，或者回答更广泛的问题，例如哪种理论框架更受欢迎，使用广义相对论和膜世界引力作为例子。这些笔记不是文献综述，因此参考文献相对较少。
2010-06-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Importance of Being Interpretable: Toward An Understandable Machine Learning Encoder for Galaxy Cluster Cosmology
我们提出了一种深度机器学习（ML）方法来约束宇宙学参数与星系团的多波长观测。ML方法有两个组成部分：一个编码器，它构建每个星系团的压缩表示，以及一个灵活的CNN，用于从星系团样本中估计宇宙学模型。它是在从Magneticum模拟建立的模拟星团目录上训练和测试的。从模拟的目录，ML方法估计的物质波动，sigma_8，在大约预期的理论极限的振幅。更重要的是，深度ML方法可以被解释。我们提出了三种解释ML技术的方案：用于评估聚类重要性的留一法，用于评估特征重要性的平均显着性，以及用于理解ML技术是否可以安全地应用于观测数据的简洁层中的相关性。这些解释计划导致发现了一个以前未知的自校准模式的流量和体积有限的集群调查。我们描述了这种新的模式，它使用集群质量PDF的振幅和峰值作为锚质量校准。我们引入术语“过度专业化”来描述机器学习的天文应用中的一个常见陷阱，其中ML方法学习模拟特定的细节，我们展示了如何使用精心构建的架构来检查这种系统误差的来源。
2021-12-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology from Point Clouds with Dark Matter Halos from the Quijote Simulations
本研究提出一种具有E(3)不变性的新型深度学习架构，可直接从Quijote模拟的暗物质晕点云星表进行无似然宇宙学参数推断，无需构建图，能处理大量点云数据，并分析了该方法的优劣与改进方向。
2025-05-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
What have we learned from observational cosmology ?
我们回顾了$Λ$ CDM模型的观测基础，它被大多数宇宙学家认为是宇宙学的标准模型。宇宙学原理，模型的一个关键假设被证明是越来越准确的验证。宇宙似乎是从炽热而致密的过去膨胀出来的，这一事实得到了许多独立探测器的支持（星系红移、宇宙微波背景、大爆炸核合成和再电离）。在过去几十年里，详细观测的爆炸使得精确测量弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克宇宙学中的宇宙学参数成为可能，从而产生了$Λ$ CDM模型：一个明显平坦的宇宙，由一个宇宙学常数主导，其物质成分主要是暗的。我们描述和讨论了导致这一结论的各种观测探测，并得出结论，$Λ$ CDM模型，虽然留下了一些悬而未决的问题，关于宇宙的组成部分的深层性质，提供了最好的理论框架来解释的意见。
2013-04-16 astro-ph.CO physics.hist-ph
Entropy applications in cosmology: spacetime thermodynamics, holographic dark energy, entropic gravity and beyond - a review
National Observatory of Athens（雅典国家天文台）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Universidad Católica del Norte（北方天主教大学）；University of Lleida（莱里达大学）；University of Patras（帕特雷大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
本综述统一阐述熵在引力与宇宙学中的作用，涵盖黑洞热力学、全息原理、时空热力学猜想、全息暗能量及熵引力，旨在厘清熵的角色并指出未来研究方向。
2026-09-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Bayesian Inference of Primordial Magnetic Field Parameters from CMB with Spherical Graph Neural Networks
Laboratorio de Inteligencia Artificial (SavIA Lab), Grupo Signos, Departamento de Matemáticas, Universidad El Bosque（人工智能实验室（SavIA实验室）、Signos小组、数学系、埃尔博斯克大学）
本文提出基于球面图神经网络的贝叶斯框架，用于从CMB地图中准确估计原始磁场参数并量化不确定性。
2025-10-23 astro-ph.CO cs.AI cs.LG
Observational constraints on Chaplygin cosmology in a braneworld scenario with induced gravity and curvature effect
我们研究了扩展的诱导引力膜世界的宇宙动力学和后期演化。在这种情况下，曲率效应通过体作用量中的高斯-博内项考虑在内，并且膜上也有一个Chaubergin气体成分。我们表明，这个模型模仿一个有效的幻影行为在一个相对较宽的范围内的红移比以前制定的模型。它还提供了一个自然的框架，由于在膜上的Chaobergin气体成分的存在，幻影分界线的顺利交叉。我们用Ia型超新星、宇宙微波背景辐射和重子声学振荡的观测数据对模型进行了参数约束。
2010-11-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Attractor Solutions in Scalar-Field Cosmology
宇宙学标量场的模型通常以“吸引子解”为特征，系统在很宽的初始条件下演化到该吸引子解。在这个众所周知的事实和另一个众所周知的事实之间存在着某种张力：刘维尔定理禁止哈密顿系统中的真正吸引子行为。在空间曲率为零的宇宙中，场变量（λ，\dot λ）完全指定了系统，定义了一个有效的相空间。我们研究是否可以在这个有效相空间上定义一个唯一的守恒测度，证明它对m^2 <$^2势是存在的，并在更一般的理论中推导出它存在的条件。我们表明，明显的吸引子的地方，这种保守的措施分歧（，\dot）变量，并提出了物理理解的吸引子的行为，是兼容的刘维尔定理。
2013-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Learning neutrino effects in Cosmology with Convolutional Neural Networks
Flatiron Institute（熨斗研究所）；Michigan Technological University（密歇根理工大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出基于深度学习的方法，从标准ΛCDM模拟快速生成含大质量中微子的宇宙学模拟，功率谱误差在非线性尺度内约6%，且速度比传统N体方法快一万倍。
2023-09-21 astro-ph.CO cs.LG hep-ph
