A new approach to observational cosmology using the scattering transform
本文提出用无需训练的散射变换从非高斯场中提取紧凑可解释的统计系数,并在弱引力透镜模拟数据上证明其参数估计性能优于经典方法、与最先进CNN相当。
2020-10-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Statistical methods in cosmology
宇宙学中大数据集的出现意味着在过去的10年或20年里,我们对宇宙的认识和理解不仅在数量上发生了变化,而且最重要的是在质量上发生了变化。宇宙学家依赖于包含大量有用信息的数据,但这些信息是以非平凡的方式编码的。必须克服提取这些信息的挑战,以充分利用大量的实验努力。即使已经收敛到标准宇宙学模型(LCDM模型),我们也应该记住,这个模型是由10个或更多的物理参数描述的,如果我们想研究与它的偏差,参数的数量甚至更大。处理这样一个高维的参数空间,并找到参数约束本身就是一个挑战。宇宙学家希望能够比较和组合不同的数据集,以测试可能的分歧(这可能表明新的物理学)并改进参数确定。最后,在许多情况下,宇宙学家在实际做实验之前,想弄清楚人们能从实验中学到多少东西。由于所有这些原因,在宇宙学中使用了诡辩的统计技术,了解一些统计背景知识对理解该领域的最新文献至关重要。我将介绍一些任何宇宙学家都应该知道的统计工具,以便能够理解最近发表的宇宙学数据集分析结果。我将不会提出一个完整的和严格的介绍统计,因为有几个好书,这是在参考报告。读者应该参考这些。
2009-11-16 astro-ph.CO
Dimensionality Reduction Techniques for Statistical Inference in Cosmology
针对宇宙学参数统计推断中的数据压缩需求,通过理论分析与模拟弱透镜数据实验,提出e-MOPED和改编CCA两种线性降维方法,在减少计算资源的同时提升参数约束优值,还给出改进所有方法的两项建议。
2025-02-10 astro-ph.CO
Constraining cosmology with pairwise velocity estimator
在本文中,我们发展了一个完整的统计方法的成对速度估计先前提出的,并应用Cosmicflows-2目录,这种方法来约束宇宙学。我们首先计算一个给定星表的视线速度的协方差矩阵,然后从中模拟全天巡天,然后计算成对速度场的方差。将Cosmicflows-2星表中的$8315$独立星系样本和压缩$5224$群样本应用于该统计方法,发现对$Ω^{0.6}_{\rm m}h$和$σ_{8}$的联合约束与WMAP 9年和Planck 2015最佳拟合宇宙学完全一致.目前,还没有证据表明修正的引力模型或任何动态暗能量模型来自这一实践,误差条需要减少,以提供任何具体的证据反对/支持$Λ$ CDM宇宙学。
2015-10-27 astro-ph.CO
Thermal leptogenesis in nonextensive cosmology
本文研究非广延Tsallis统计力学对热轻子生成的影响,发现其通过改变平衡丰度、衰变和冲刷参数影响重子不对称性产生,并可能降低右手中微子质量标度。
2024-03-30 astro-ph.CO hep-ph
Statistical tests of sterile neutrinos using cosmology and short-baseline data
在本文中,我们重新审视的问题,宇宙学提供的情况下,用无菌中微子调用描述的SBL异常使用贝叶斯统计检验的信息。我们对不同宇宙学数据组合下的$Λ$ CDM $+r+ν_s$宇宙学数据进行了分析,得到了两个相关参数的边际宇宙学似然性,即无菌中微子质量$m_s$及其对早期宇宙能量密度的贡献$N_{\rm eff}$ .然后,我们提出了一个分析,以量化在哪一个级别的一个模型与一个无菌中微子是(不)有利于一个模型,只有三个活跃的中微子,使用短基线实验和宇宙学的结果。我们研究的依赖关系的结果上的宇宙学数据考虑,特别是列入最近的BICEP 2的结果和SZ集群数据从普朗克任务。我们发现,只有当集群数据包括一个额外的不育中微子的模型可以变得更有利于只有三个活跃的模型提供的不育中微子对辐射密度的贡献被抑制相对于完全热化的情况。我们还量化了宇宙学和SBL结果所暗示的不育中微子质量之间的兼容性水平。
2014-07-14 astro-ph.CO hep-ph
Gravity, Entropy, and Cosmology: In Search of Clarity
我讨论引力系统的统计力学,特别是它的宇宙学意义,并认为,在统计力学的基础上,许多关于这个问题的传统观点体现了重大的混乱,我试图提供一个更清晰和更准确的帐户。特别是,我观察到(i)引力\emph{in}熵计算的作用必须与熵\emph{of}引力区分开来,(ii)虽然引力坍缩是熵增加的,但这通常不是因为坍缩物质本身的熵增加,(iii)热力学第二定律的有效性并不归功于引力坍缩的统计力学。
2009-07-03 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech gr-qc
Probability distribution and statistical properties of spherically compensated cosmic regions in $Λ$CDM cosmology
宇宙结构的统计特性是宇宙学的有力探针。特别是,有几项研究试图使用宇宙虚空计数来获得对暗能量的严格约束。在本文中,我们通过使用de Fromont & Alimi(2017 a)中介绍的CoSphere模型来解决这个问题。在标准的$Λ$ CDM模型中,我们得到了它们在原始宇宙和非线性演化宇宙中的精确统计量。我们首先计算的各种参数描述这些配置文件在高斯随机场的全联合高斯概率分布。我们只在补偿半径变得很大的极限,即中心极值从其宇宙环境中分离出来时,才恢复了Barthel等人(1986)的结果。我们推导出在这个原始场的补偿大小的概率分布。我们表明,这种分布是红移无关的,可以用来模拟宇宙空洞的大小分布。有趣的是,它可以用于中心最大值,如DM晕。我们解析地计算了原始宇宙和演化宇宙中补偿密度的统计分布。我们还导出了Barnesi等人(1986)已经介绍过的峰值参数的统计分布,并讨论了它们与宇宙环境的相关性。因此,我们表明,小中心极值与低密度与狭窄的补偿区域与一个小的$R_1$和深补偿密度$δ_1$,而较高的中心极值位于更大,但更平滑的上/下大规模的地区。
2017-09-28 astro-ph.CO gr-qc
Statistical Properties of Scale-Invariant Helical Magnetic Fields and Applications to Cosmology
我们研究了各向同性、随机、高斯分布、螺旋磁场的统计特性,并研究了相关的可实现条件。我们讨论了当原始磁场受观测数据约束时常用的平滑磁场。我们特别感兴趣的尺度不变的磁场,可以在暴胀阶段产生的量子波动。我们确定了这种磁场的相关长度,并将其与暴胀过程中产生的扰动的红外截止相关联。我们表明,这个尺度决定了观测签名的膨胀磁场的宇宙微波背景。在较小尺度下,尺度不变谱随时间变化。在逐渐变大的尺度上,它变成一个陡峭的弱湍流谱。我们数值计算表明,发生这种情况的临界长度尺度是随时间的平方根增加的粘性扩散尺度。
2018-08-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology, initial conditions, and the measurement problem
对宇宙早期状态的完整描述并不意味着空间中任何位置或方向的特权,这一假设导致了宇宙学、宏观物理学和量子力学对概率的统一解释。这样的描述具有统计性质。确定性定律将它与后来对宇宙介质的统计描述联系起来,因为这些定律不允许空间中的任何位置或方向,所以这些描述也必须如此。如果宇宙是无限大的,我们就可以确定在某一特定时刻和空间中某一特定点的能量密度(相对于一个时空坐标系,在该坐标系中,假定的空间对称性是明显的)处于一个给定范围内的概率,以及能量密度处于这个范围内的点所占的体积分数;统计描述中出现的所有其他概率也是如此。因此,在任何给定时刻,宇宙介质的完整描述中出现的概率都有一个准确和客观的物理解释。与每个宇宙概率分布相关的统计熵和信息同样是宇宙的客观属性,用相对频率或空间平均值来定义。
2010-08-06 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech quant-ph
Geometric Cosmology models: statistical analysis with observational data
针对标准宇宙学模型的现存问题,本文提出在Einstein-Hilbert作用量中加入无穷高阶曲率不变量塔的几何宇宙学方案,通过多类观测数据约束验证,发现GILA模型的部分特定情形可符合当前观测结果。
2025-06-12 astro-ph.CO gr-qc
MOG cosmology without dark matter and the cosmological constant
在这项工作中,我们研究了宇宙动力学的修正引力(MOG)理论,并将结果与$Λ$ CDM宇宙学进行了比较。我们在线性微扰水平上研究了MOG模型的背景宇宙学性质和结构的形成。我们比较了这两个模型与目前可用的宇宙学数据,使用统计贝叶斯分析。在获得对自由参数的更新约束后,我们使用一些模型选择方法来帮助选择更一致的模型,例如简化卡方($χ^2_{\rm red}$)和一些基本信息准则,例如赤池信息准则(AIC),贝叶斯因子或贝叶斯信息准则(BIC)和偏差信息准则(DIC)。通过对$χ^2_{\rm red}$和DIC的结果进行总体统计分析,使用背景数据和结构形成的线性增长,MOG模型似乎与$Λ$ CDM模型一致。
2021-08-15 astro-ph.CO
Tensions in cosmology: a discussion of statistical tools to determine inconsistencies
该研究针对宇宙学参数估计中的张力问题,利用多种统计张力度量指标分析多组观测数据集,量化了不同数据集间的不一致程度,为提升宇宙学分析精度、解决现有张力问题提供了工具支撑。
2024-07-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the importance of Earth's atmosphere for SNIa precision cosmology
本文针对未来大型巡天中测光校准误差限制精确宇宙学的问题,分析可降水量水汽对超新星宇宙学的影响,并提出利用 Rubin 天文台 AuxTel 实时测量大气透过率以改进 LSST 校准。
2024-07-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
SKA Engineering Change Proposal: Gridded Visibilities to Enable Precision Cosmology with Radio Weak Lensing
本文件作为平方公里阵列(SKA)工程变更建议(ECP)的支持材料提交。这个ECP要求网格vibrium作为SKA的额外成像数据产品,以使定制的分析技术来测量源形态的精确度与无线电弱透镜精确宇宙学所需的。我们还讨论了SKA弱透镜数据集的性质以及与其他宇宙学科学目标的潜在重叠。
2015-07-23 astro-ph.CO astro-ph.IM
Anomalies in the Cosmic Microwave Background and their Non-Gaussian Origin in Loop Quantum Cosmology
宇宙微波背景(CMB)中的异常是指已经观察到的特征,主要是在大角度尺度上,并且与标准$Λ$ CDM模型的统计预测显示出一些张力。在这项工作中,我们把注意力集中在功率抑制,偶极调制,奇奇偶校验的偏好,以及在透镜参数$A_L$的紧张局势。虽然每个异常的统计意义是不确定的,但总体上它们是重要的,并且可能表明新的物理学超越了$Λ$ CDM模型。在这篇文章中,我们提出了一个简短的,但教学介绍CMB异常,并提出了一个共同的起源在循环量子宇宙学的背景下。
2021-05-27 astro-ph.CO gr-qc
Statistical Decoupling of Lagrangian Fluid Parcel in Newtonian Cosmology
由于潮汐力的存在,自引力物质场中单个流体元素的拉格朗日动力学本质上是非定域的。这使得在拉格朗日流体动力学的背景下对各种宇宙物体(例如暗物质晕)的非线性演化的理论研究变得复杂,因为具有给定初始密度和形状的流体包裹可能根据其环境而不同地演化。在本文中,我们提供了一个统计解决方案,可以解耦这种环境依赖。在导出物质场的概率分布演化方程后,我们的方法产生了一组封闭的常微分方程,其解由流体元的初始条件唯一确定。在数学上,它对应于密度加权概率密度函数(PDF)的输运方程的投影特征曲线。因此,它是保证一个点的PDF将被保留,通过发展这些本地的,但非线性,曲线与相同的初始数据集作为真实的系统。在物理上,这些轨迹描述了平均演变的平均在所有环境中取代潮汐张量与其条件平均。对于高斯分布的动力学变量,该平均潮汐张量与速度切变张量简单成正比,并且在进一步假设线性化连续性方程的情况下,动力学系统将恢复Zel'dovich近似(ZA)的预测。对于弱非高斯场,平均潮汐张量可以微扰展开为所有相关动力学变量的函数,其系数由场的统计特性决定。
2016-01-11 astro-ph.CO
Decaying Vacuum Cosmology and its Scalar Field Description
我们讨论了暗区相互作用模型的宇宙学后果,其中$Λ$分量作为哈勃参数的截断幂级数演化。为了约束模型的自由参数,我们进行了一个联合统计分析,包括从当前Ia型超新星的观测数据,最近估计的宇宙微波背景位移参数和重子声学振荡测量。最后,我们采用理论方法导出了这种非平衡衰减真空加速宇宙学的耦合标量场形式。
2012-04-09 astro-ph.CO
Cosmological constrains on new generalized Chaplygin gas model
我们使用不同的数据样本组合来研究暗能量(DE)宇宙学背景下的新广义Chaubergin气体(NGCG)模型。利用已有的宇宙学数据,基于统计马尔可夫链蒙特卡罗方法对NGCG模型的自由参数进行了约束。然后,我们找到了宇宙学参数的最佳拟合值和NGCG宇宙学中的置信区域。我们对NGCG模型中物质密度参数的计算结果与标准CDM宇宙学的结果非常一致。我们还发现,该模型的DE状态方程稍微有利于幻影制度。结果表明,在NGCG模型中,CDM宇宙中出现的高红移观测与低红移观测在预测哈勃常数H0方面的巨大矛盾可以得到缓解。然而,从统计的角度来看,我们的研究结果表明,标准CDM模型比NGCG宇宙学更适合观测。
2022-01-18 astro-ph.CO
A Test for the Zero Mean Hypothesis in Cosmology
分析宇宙学数据的一个工作假设是零系综平均假设,它与宇宙学扰动的统计均匀性有关。然而,这个假设应该在当今精密宇宙学时代的观测数据中得到检验。在这里,我们测试的假设,通过分析最近,前景减少宇宙微波背景(CMB)的地图,结合球谐系数的掩蔽CMB温度各向异性的方式,组合的变量可以被视为统计独立的样本。我们发现证据反对零均值假设在两个特定范围的多极,与显著水平的$2.5 σ$和$3.1 σ$的多极范围的$\ell \approx 61$ - $86$和$213$ - $256$,分别为普朗克和威尔金森微波各向异性探测地图。后者的信号是一致的,我们以前的结果发现,通过使用蛮力蒙特卡罗模拟。然而,在本文中所采用的方法,我们得出结论,零均值假设是一致的,与目前的CMB数据的基础上,斯托弗的加权Z统计,其中考虑到多重检验。
2014-12-08 astro-ph.CO
A whirling plane of satellite galaxies around Centaurus A challenges cold dark matter cosmology
银河系和仙女座星系都被一个薄的平面包围着,平面上的卫星星系可能是共转的。宇宙学模拟预测,大多数卫星星系系统都接近于各向同性,并具有随机运动,因此这两个得到充分研究的系统通常被解释为罕见的统计异常值。我们测试这一假设使用的运动学的卫星星系围绕半人马座A星系。我们的统计分析揭示了在一个狭窄的平面共转的证据:16半人马座A的卫星与运动学数据,14遵循一致的速度模式与其空间分布的长轴对齐。在标准的宇宙学模拟中,不到0.5%的半人马座A类系统表现出这种行为。共转卫星系统可能在宇宙中很常见,这对主流宇宙学范式中的小尺度结构形成提出了挑战。
2018-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
From Wires to Cosmology
我们提供了一个统计框架,通过精确的对应关系,在早期宇宙中的随机粒子生产的特点与杂质的导线中的电流传导。我们的方法是特别有用的,当微观物理是不确定的,动力学是复杂的,但只有粗粒度的信息是感兴趣的。我们研究了多个相互作用场的情况,并从Fokker-Planck方程推导出粒子占据数的演化。在后期,典型的占据数呈指数增长,这是无序线的安德森局域化的模拟。职业数量的一些统计特征显示了在大量相互作用和/或大量领域的限制下的普遍性。对于测试用例,我们的分析结果和数值模拟之间的良好协议。
2016-03-21 astro-ph.CO cond-mat.dis-nn hep-th
Les Houches on Dark Universe 2025: Elements of cosmology beyond FLRW
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM), CNRS & Université de Montpellier(蒙彼利埃宇宙与粒子实验室(LUPM),法国国家科学研究中心与蒙彼利埃大学)
本文讨论FLRW模型在解释宇宙膨胀动力学和光传播运动学方面的局限性,并介绍反作用和拟合问题的相关结果。
2026-06-08 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology with galaxy cluster weak lensing: statistical limits and experimental design
我们预测的限制,在当前和下一代弱透镜调查的集群弱透镜和数量计数的组合实现的物质集群sigma_8(z)的幅度。我们提倡一种方法,类似于星系星系透镜,在每个红移箱中的观测值是平均数计数和平均弱透镜的质量代理阈值以上的集群配置文件。主要的天体物理干扰参数是质量代理和阈值附近的真实质量之间的对数散布。对于类似于暗能量巡天(DES)、罗马太空望远镜高纬度巡天(HLS)和鲁宾天文台时空遗产巡天(LSST)的巡天,如果质量可观测散射的外部先验优于0.01,我们预测sigma_8的总精度分别为0.26%、0.24%和0.10%。在DES或HLS的情况下,对于0.05的散射先验,以及对于LSST的0.016先验,这些约束将退化约20%。罗马太空望远镜对大约2500个大质量星团进行为期一个月的观测计划,可以单独实现对sigma_8(z=0.7)的0.5%约束,或者与HLS结合实现~0.33%约束。实现集群的约束力,需要准确的知识的质量可观察的关系和严格的控制系统。我们提供了解析近似我们的数值结果,可以很容易地缩放到其他调查假设或其他方法的集群质量估计。
2021-03-26 astro-ph.CO
Anisotropy and tracer-profile assumptions in aperture-based strong-lens dynamics: Conditional inference from supernova distance ratios and unresolved stellar kinematics
Dali University(大理大学);Xi’an Jiaotong University(西安交通大学)
本文通过结合光度约束,重新评估强引力透镜宇宙学中恒星轨道各向异性参数β_ani的统计必要性,发现其作为自由参数可避免严重的动态建模偏差。
2026-10-23 astro-ph.CO
Bayesian Methods in Cosmology
这些笔记旨在概述贝叶斯统计,基本概念和应用方法,这对天文学家寻求分析和解释有关宇宙的各种数据是有用的。该级别从基本概念开始,不假设任何统计方法的先前知识,然后进展到更高级的研究级主题。在介绍了统计推断对物理科学的重要性之后,介绍并解释了概率论和推断的基本概念。贝叶斯方法,然后提出,从贝叶斯定理的意义和它的使用作为推理引擎,包括先验和后验分布的讨论。然后涵盖了从任意后验生成样本的数值方法(包括马尔可夫链蒙特卡罗和嵌套采样)。最后一节涉及贝叶斯模型选择的主题,以及如何使用它来评估模型的性能,并将其与经典的p值方法进行对比。一系列不同难度的练习旨在加深对理论材料的理解,包括对其中大多数问题的充分解决方案。
2017-01-05 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.ME
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
Reconstructing the Distortion Function for Nonlocal Cosmology
我们考虑宇宙学的修改后的重力模型,其中牛顿常数是扭曲的函数的逆达朗伯作用于Ricci标量。我们推导出一种技术,用于选择的失真函数,以适应任意的扩展历史。这种方法被应用于数值的情况下,LambdaCDM宇宙学,结果符合一个简单的双曲正切。
2009-08-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Statistical strong lensing. II. Cosmology and galaxy structure with time-delay lenses
上下文时间延迟透镜是测量哈勃常数$H_0$的有力工具。然而,为了从时滞强透镜的样本中获得$H_0$的精确估计,有必要对透镜星系的质量结构有很好的了解。在单个物体的基础上,强透镜数据本身不足以打破$H_0$和透镜模型参数之间的简并性。目的。本研究的目的是确定是否有可能打破$H_0$ -透镜结构简并与大样本的时间延迟透镜的统计组合,纯粹依靠强透镜数据(即没有恒星运动学信息)。方法.我模拟了一组100个透镜,具有双重成像的类星体和相关的时间延迟测量。我用贝叶斯分层方法和镜片人群的灵活模型拟合这些数据,模拟镜片建模步骤。结果100个晶状体样本本身提供了具有$3\%$精度但具有$-4\%$偏差的$H_0$测量值。然而,从一个大样本的镜头,没有时间延迟,如在纸I中考虑的镜头结构参数的先验信息的添加,允许一个$1\%$级的推理。此外,这100个透镜允许对星系恒星质量进行$0.03$ ~dex校准,而不管对哈勃常数的先验知识水平如何。结论.单独使用透镜数据打破$H_0$ -透镜模型简并是可能的,但是$H_0$的$1\%$测量需要远大于100的时间延迟透镜的数量,或者需要来自透镜的单独样品的透镜群体的结构参数分布的知识。
2021-12-18 astro-ph.CO
It's Always Darkest Before the Cosmic Dawn: Early Results from Novel Tools and Telescopes for 21 cm Cosmology
21厘米宇宙学是利用中性氢的超精细跃迁对高红移宇宙进行的统计观测,它有可能彻底改变我们对宇宙学和天体物理过程的理解,这些过程是“宇宙黎明”期间第一批恒星、星系和黑洞形成的基础。“通过使用低频无线电干涉仪制作层析成像地图,我们可以研究21厘米信号随时间和空间尺度的演变,并利用它来了解宇宙历史上这一戏剧性时期星系间介质的密度,温度和电离演变。参加我的博士在这篇论文中,我探索了一些进步,以探测和表征来自宇宙黎明的21厘米信号,特别是在其最后阶段,再电离时代。在七个不同的先前发表的论文中,我探索了新的技术,用于干涉测量的统计分析,将它们应用于Murchison Widefield Array等当前一代望远镜的数据,并期待着我们可以用下一代21厘米天文台测量。我特别侧重于估计功率谱的21厘米的亮度温度波动的存在巨大的天体物理前景,以及这些测量可能会限制宇宙黎明的物理。导师:Max Tegmark
2015-06-09 astro-ph.CO
Testing averaged cosmology with type Ia supernovae and BAO data
精确宇宙学的一个重要问题是确定平均和反向反应对观测预测的影响,特别是考虑到新观测数据的丰富和统计技术的改进。本文讨论了一类平均宇宙学的观测可行性,这类宇宙学由一个简单的参数化唯象双尺度反反应模型和解耦的空间曲率参数组成。我们进行了贝叶斯模型选择分析,发现这类平均现象宇宙学模型是有利于相对于标准的$Λ$ CDM宇宙学的情况下,目前SNe Ia和BAO数据进行联合分析。特别是,分析提供了观测证据的非平凡的空间曲率。
2017-03-23 astro-ph.CO
Gravitational wave cosmology with EMRIs
我们表明,未来的空间引力波探测器LISA探测到的最大声的极端质量比吸气(EMRI)可以用作黑暗的标准警报器,统计匹配其天空定位区域与模拟星系目录。在这些程序中,我们专注于一个现实的EMRI人口的情况下,并报告准确预测的宇宙学参数的测量,预计EMRI的潜力,同时约束的哈勃常数,暗物质,和暗能量密度参数。
2021-09-28 astro-ph.CO gr-qc
BMS in Cosmology
对称性在宇宙学中扮演着一个有趣的角色。它们在描述暴胀过程中产生的宇宙学扰动方面是有用的,并导致涉及大尺度结构暗物质和星系超密度统计因子软极限的一致性关系。另一方面,在观测宇宙学中,这些大尺度统计分布信息的载体是在零测地线上传播的光线。出于这个简单的考虑,我们研究了零无穷大的结构和相关的BMS对称性的宇宙学设置。对于减速Friedmann-Robertson-Walker背景,未来零无穷大的存在,我们发现BMS变换,离开渐近度量不变的领先秩序。与渐近平坦的情况相反,宇宙学中的BMS变换产生对应于标量和张量自由度的Goldstone模,这些自由度可能存在于零无穷大并扰动渐近数据。因此,BMS变换产生物理上不等价的真空,因为它们用这些物理自由度填充了零无穷大的宇宙。我们还讨论了考虑宇宙膨胀时的引力记忆效应。在这种情况下,由于滞后格林函数的尾部对引力记忆有额外的贡献,它不仅在光锥上得到支持,而且在光锥内部也得到支持。引力记忆效应也可以从渐近的观点理解为宇宙学BMS相关真空之间的过渡。
2016-10-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
GRB Cosmology and Self-organized Criticality in GRBs
伽马射线暴(GRB)具有各向同性的能量,能量可达$10^{54}$ erg,是研究宇宙早期性质的理想工具,包括宇宙的暗能量、恒星形成速率和金属富集历史。我们将简要回顾伽玛暴宇宙学领域的进展。同时,X射线耀斑也是伽玛暴余辉中常见的现象,它可能是发现中心引擎的重要线索。我们提出了X射线耀斑的统计结果,即,能量、持续时间和等待时间的分布,并与太阳耀斑的结果进行了比较。发现两类耀斑的相似性,这可能表明伽玛暴X射线耀斑的物理机制是磁重联。
2015-07-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Probing the Consistency of Cosmological Contours for Supernova Cosmology
本文提出一种统计上严格的方法,近似Neyman构造以检验超新星宇宙学中Pippin管线轮廓的一致性,发现远离输入宇宙学时差异显著,但对宇宙学张力分析影响可被其他探针缓解。
2023-07-25 astro-ph.CO
A Critique of Supernova Data Analysis in Cosmology
观测天文学在过去的十年中取得了显著的发展,并对宇宙学做出了重要贡献。Ia型超新星的观测给宇宙学带来了重大的范式转变。宇宙正在加速膨胀的观点引发了一些理论上的挑战。不幸的是,虽然正在制作高质量的超新星数据集,但它们的统计分析仍有许多不足之处。一些研究似乎集中在假设模型是正确的,而不是使用数据来直接测试模型,并将自己限制在估计模型参数和内部误差上。正如这里所示,检验宇宙学理论的重要目的因此而变得无效。
2010-11-16 astro-ph.CO physics.gen-ph
Cosmology with Photometric Surveys of Type Ia Supernovae
我们讨论了在何种程度上光度测量可以单独用于识别Ia型超新星(SNIa),并确定宇宙学研究的红移和其他参数的兴趣。我们拟合的光变曲线数据的类型,预计从一个调查,如计划与大型综合巡天望远镜(LSST),并删除污染的核心坍缩超新星SNIa样本。我们根据现有的设计参数为每个LSST滤波器生成1000个SNIa模拟通量数据,然后使用马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)分析来拟合SNIa的红移、视星等、拉伸因子和相位。我们发现,当真实SNe红移低于0.5时,模型拟合工作得足够好,而在$z < 0.2$,光度数据的准确性几乎与光谱测量相同的样品。本文讨论了SNIa数据集上Ib/c型超新星(SNIb/c)和II型超新星(SNII)的污染问题。我们发现,它是很容易区分的SNII通过大的$χ^2$不匹配时,拟合光度数据与Ia光变曲线。SNIb/c的情况并非如此。我们实现了一个统计方法的基础上的贝叶斯估计,以统计减少污染从SNIb/c的宇宙学参数测量从整个SNe样本。所提出的统计方法还评估了SNIa在总SNe数据集中的分数,这为确定污染程度提供了有价值的指导。
2010-01-14 astro-ph.CO
Cosmology in a certain vector-tensor theory of gravitation
我们在一定的引力矢量张量理论(以下简称VT)的框架内研究相关的宇宙学课题。这一理论首先与所谓的扩展电磁学(EE)进行比较。这些理论有一个显著的相似之处,都解释了宇宙学常数的存在。结果表明,在EE中,一个积极的暗能量密度需要一个拉格朗日导致量子鬼,而VT是免费的,从这些鬼。鉴于这一事实,本文的其余部分致力于在VT框架下研究宇宙学。初始条件,在高红移,被用来解决所有VT标量模式的演化方程。特别是,VT的某个标量模式特征--它在广义相对论(GR)中没有出现--被选择为单独演化。也就是说,基于GR的标准模型的标量模不影响VT特征模的演化,但该标量模影响GR标准模型的演化。一些著名的合适的代码(CMBFAST和COSMOMC)已被修改,包括我们的VT初始条件和发展方程,这是完全通用的。其中一个基于标准统计方法的代码已被用于拟合关于Ia超新星和宇宙微波背景各向异性的VT预测和观测证据。在此拟合中使用了七个自由参数。其中六个是GR宇宙学中经常使用的,第七个是VT的特征。从统计分析可以看出,在解释宇宙学观测证据时,VT似乎比GR更有优势。
2014-04-02 astro-ph.CO
Toward a concordance teleparallel Cosmology I: Background Dynamics
假设一个空间平坦的宇宙,我们研究的宇宙学可行性的红外校正telepareline重力模型,该模型占后期加速削弱重力在以后的时间宇宙学距离。该理论没有在宇宙学模型中引入任何额外的自由参数,就像通常的基于修正引力的宇宙学一样。这一特征使得宇宙学模型在统计上与$Λ$ CDM具有可比性。在这种情况下,使用最近的宇宙学观测-万神殿超新星Ia型,哈勃常数$H_0$,重子声学振荡,红移空间扭曲,大爆炸核合成和宇宙微波背景约束的去耦声学标度-我们表明,虽然指数红外校正的重力和$Λ$ CDM物理上是不同的,他们是现象和统计等效的。然而,前者更善于拟合精确确定的观测约束,同时降低$H_0$张力而不恶化$S_8$张力。这就要求在线性微扰水平上对理论的经验可行性进行全面的考察,这是论文II的主题。
2021-04-16 astro-ph.CO gr-qc
Perturbation Spectra and Renormalization-Group Techniques in Double-Field Inflation and Quantum Gravity Cosmology
我们通过耦合量子引力(即,具有$C^{2}$的假子规定/投影的理论$R+R^{2}+C^{2}$)到具有二次势的标量场。我们发现,存在一个微扰制度,可以描述的渐近德西特,宇宙RG流在两个耦合。由于两个标量自由度以非平凡的方式混合,绝热扰动和等曲率扰动在超视界尺度上不是RG不变的。通过使用RG不变性作为指导原则,可以识别正确的扰动。我们分别计算了NNLL和NLL阶张量和标量扰动的功率谱。RG不变性的一个意想不到的结果是理论仍然具有预测性。事实上,标量混合只影响次主导修正,因此单场暴胀的量子引力预言被证实为主导阶。
2021-07-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The influence of Host Galaxies in Type Ia Supernova Cosmology
我们使用了1338光谱确认和光度分类Ia型超新星(SNe Ia),来自CSP,CfA,SDSS-II和SNLS超新星样本的样本,检查SNe Ia和星系之间的关系,主机他们。我们的研究结果提供了具有改进的统计显著性的确认,即标准化后,Ia型超新星在大质量宿主中平均更亮(显著性$\rm > 5 σ$),在大质量宿主中下降更快(显著性$\rm > 9σ$)和在低特定恒星形成率的宿主中下降更快(显著性$\rm > 8σ$)。我们研究了这些关系随红移的变化,没有发现演化。我们分裂成对的子集,是基于主机的属性,并适合每个子集的宇宙学模型的Ia超新星。包括系统和统计的不确定性,我们没有发现任何显着的变化,在子集之间的最佳拟合宇宙学参数。在不同的超新星Ia亚群中,我们发现,在高比星形成率的宿主中,超新星Ia在标准化后的光度中具有最小的内禀散射($\rm σ_{int}=0.08\pm0.01$)。
2017-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Game Theory in Cosmology
Vanderbilt University(范德堡大学);Columbia University(哥伦比亚大学)
本文提出一种基于博弈论的统计框架,用于解释宇宙学中的暗物质、宇宙加速、大尺度结构及宇宙张力等现象,通过非局部记忆和内在持久组织生成暗能量和暗物质特性,并缓解H0和S8张力。
2026-02-21 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech gr-qc
Reconstruction of late-time cosmology using Principal Component Analysis
我们使用主成分分析(PCA)技术重建晚期宇宙学。特别是,我们专注于重建的暗能量状态方程从两个不同的观测数据集,超新星Ia型数据,哈勃参数数据。分析是在两个不同的方法进行。第一种是一种派生的方法,我们使用PCA重建的可观测量,并随后构造状态方程参数。另一种方法是从数据直接重建状态方程。PCA算法和相关系数计算的结合被用作重建的主要工具。我们用模拟数据和真实数据进行了分析。导出的方法被发现是统计上优于直接的方法。重建的状态方程表明暗能量是一个缓慢变化的状态方程。
2022-01-21 astro-ph.CO
Model Independent Expansion History from Supernovae: Cosmology versus Systematics
我们研究了万神殿超新星距离数据汇编在一个独立的模型分析,以测试宇宙历史重建的有效性超越和谐$Λ$ CDM宇宙学。在重建的哈勃参数、$Om$诊断和暗能量状态方程中,$z\gtrsim1$的数据允许有很强的偏差。我们探讨三种解释:1)真实宇宙学远离$Λ$ CDM的可能性; 2)超新星性质演化; 3)巡天选择效应。在$z\gtrsim1$上的强(和理论上有问题的)偏差消失了,并且通过简单的Malmquist样线性校正发现与$Λ$ CDM的良好一致性。调整后的数据对模型无关的迭代平滑重建是鲁棒的。然而,我们提醒,虽然从眼睛的原始偏差$Λ$ CDM是惊人的,$χ^2$测试没有显示额外的线性校正参数是统计上显着的,和模型无关的高斯过程回归没有发现显着的证据,需要在高红移校正。
2019-03-03 astro-ph.CO
Data-driven Cosmology from Three-dimensional Light Cones
我们提出了一种数据驱动的技术来分析即将到来的宇宙学调查映射大的天空区域的多频图像。该方法利用两点水平数据的全部信息,可以同时约束观测数据中的大尺度结构(LSS)、发射源的光谱和红移分布以及噪声,而不需要任何先验假设,只考虑宇宙学扰动的均匀性和各向同性.特别是,该方法不依赖于源检测或光度或光谱红移估计。在这里,我们提出的形式主义,并证明我们的技术与模拟观察从九个光学和近红外光度带。我们的方法可以恢复输入信号和噪声无偏,量化的不确定性的约束。我们的技术提供了一个灵活的框架来分析由不同类型的源跟踪的LSS观测,这有可能广泛应用于当前或未来的宇宙学数据集,如SPHEREx,鲁宾天文台,欧几里得,或南希格雷斯罗马太空望远镜。
2023-01-28 astro-ph.CO
Limitations of an Effective Field Theory Treatment of Early Universe Cosmology
假设超弦理论是在量子水平上统一自然界所有力的基本理论,我认为有效场论技术在描述早期宇宙宇宙学中的适用性存在关键限制。
2021-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Snowmass 2021 Cosmic Frontier White Paper: Cosmology with Millimeter-Wave Line Intensity Mapping
使用大尺度结构的基础物理学和宇宙学的下一代测试需要对宇宙的大体积进行测量,包括目前调查无法达到的高红移。谱线强度测绘是一种新兴的技术,它可以探测原子和分子谱线的综合发射,而不需要分辨源,可以有效地绘制出大范围红移范围内的宇宙结构。在毫米波的观测探测远红外线发射线,如CO/[CII],并利用CMB实验开发的观测和分析技术。这些测量可以提供前所未有的精确度的限制,在膨胀,中微子质量,轻相对论性物种,暗能量和修改的引力,和暗物质,以及许多其他科学目标的物理。在本白皮书中,我们预测了未来地基毫米波强度测绘实验的灵敏度要求,以实现变革宇宙学约束。我们概述了一个阶段性的实验计划,以稳步提高灵敏度,并描述了必要的投资,在开发检测器技术和分析技术。
2022-03-14 astro-ph.CO hep-ex
Cosmology-marginalized approaches in Bayesian model comparison: the neutrino mass as a case study
我们在这里提出了一个\emph{novel}方法,挑出\emph{a priori}不可避免的依赖于基本的宇宙模型提取参数约束时,提供强大的限制,只依赖于所考虑的数据集。有趣的是,当处理几种可能的宇宙学并根据高斯统计证据解释贝叶斯偏好时,首选模型比仅比较两种情况时更不受欢迎。作为一个工作的例子,我们将我们的方法应用到宇宙学中微子质量边界,这不仅在建立遗迹中微子对宇宙暗物质的贡献,而且在规划未来的实验搜索中微子的性质和中微子质量排序中发挥了根本性的作用。
2019-01-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
The quest for CMB signatures of Conformal Cyclic Cosmology
本研究利用 Planck、WMAP 数据及 ResNet18 模型 HawkingNet 搜索 CCC 预测的 CMB 低方差圆环与 Hawking 点,发现剔除异常像素后均无统计显著证据。
2024-01-25 astro-ph.CO
Supernova tests of the timescape cosmology
时间逃逸宇宙学被认为是暗能量均匀宇宙学的一个可行的替代方案。它实现了宇宙加速作为一个明显的效果,出现在校准平均宇宙学参数的空间曲率和引力能量梯度的存在下,随着不均匀性的增长,在后期时代的增长大。最近,Kwan,Francis和Lewis [arXiv:0902.4249]声称,与标准的Lambda CDM模型相比,时间逃逸模型对联盟和宪法超新星的汇编提供了相对较差的拟合。我们认为这一结论是超新星光变曲线拟合中的系统性问题,以及未能排除统计均匀性尺度z < 0.033以下的数据的结果。利用所有现有的超新星数据集(Gold 07,Union,Constitution,MLCS 17,MLCS 31,SDSS-II,CSP,Union 2),并在统计同质性尺度上进行切割,我们表明,SALT/SALT-II拟合器减少的数据提供了贝叶斯证据,有利于空间平坦的Lambda CDM模型,而不是时间逃逸模型,而用MLCS 2k 2拟合器减少的数据给出了贝叶斯证据,其有利于时间逃逸模型而不是Lambda CDM模型。我们讨论的问题的灭绝和变红的尘埃,和内在的颜色变化的超新星不相关的衰变时间,以及可能的影响,这些系统学将在一个场景中符合timescape模型。
2010-12-02 astro-ph.CO gr-qc
Viable Inflationary Evolution from Loop Quantum Cosmology Scalar-Tensor Theory
在这项工作中,我们构建了一个自下而上的重建技术圈量子宇宙学标量张量理论,从观测指标。特别地,重建技术是基于固定的函数形式的标量张量比的函数的$e$折叠数。该技术的目的是实现可行的暴胀场景,而为了使重建技术起作用,唯一必须成立的假设是标量场的动力学演化服从慢滚条件。我们将使用标量-张量比的两种函数形式,其中之一对应于流行的暴胀模型类,即$α$-吸引子。对于后者,我们将计算光谱指数的首阶行为,我们将证明由此产生的暴胀理论是可行的,并与最新的普朗克和BICEP2/BICEP-Array数据兼容。此外,我们还发现了该理论的经典极限,并证明了在由量子理论的临界密度参数$ρ_c$量化的微扰展开中,圈量子宇宙学修正理论和经典理论在首阶是相同的.最后,利用慢卷标量张量圈量子宇宙学的形式,我们将研究几种暴胀势如何由量子理论实现,并直接计算慢卷指数和相应的观测指数。此外,还给出了$f(R)$重力框架图。
2018-04-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmology with interaction in the dark sector
除非自然界中某种未知的对称性阻止或抑制了暗区中的非最小耦合,否则暗能量场可能与暗物质的无压成分相互作用。本文研究了由无量纲参数$ε$表征的暗物质-暗能量相互作用的一般模型的一些宇宙学结果。我们得出一个耦合标量场的版本,这一般类的情况下,并进行联合统计分析,涉及SNe Ia数据({遗产}和{宪法}集),测量的重子声学振荡峰值在$z = 0.20$(2dFGRS)和$z = 0.35$(SDSS),和测量的哈勃演化$H(z)$。对于真空衰变($w = -1$)的特定情况下,我们发现,虽然物理禁止,从暗物质到暗能量的能量转移是有利的数据。
2009-05-05 astro-ph.CO
The Optimal Cosmic Epoch for Precision Cosmology
在给定的同向运动尺度上测量原始密度扰动的统计不确定性由观测者可以到达的该尺度的独立区域的数量决定。这个数字随着宇宙时间的变化而变化,在标准宇宙学模型的遥远过去或未来,每个哈勃体积都会减少。我们表明,最好的约束的线性密度扰动的初始功率谱是可访问的(例如,通过21厘米强度映射)在红移z~10,约束宇宙学初始条件的能力将迅速恶化,在我们的宇宙的未来。
2012-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Caveat on Building Nonlocal Models of Cosmology
宇宙学的非定域模型可能来自引力子环对原初暴胀时期有效场方程的修正。虽然Schwinger-Keldysh形式主义会自动产生因果和守恒的有效场方程,但迄今为止提出的模型都是纯粹的唯象。两种技术已被用来生成因果和保守的场方程:要么改变不变的非局部有效作用,然后通过临时替换任何先进的格林函数与其推迟的对应物来执行因果关系,或者将因果非局部性引入场方程的一般近似中,然后执行保守。我们在这里指出,这两种技术访问非常不同的模型类别,它们中的任何一个都可能代表实际上从基础理论中产生的东西。
2014-05-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th