A novel approach to reconstructing signals of isotropy violation from a masked CMB sky
统计各向同性（SI）是建立宇宙学模型的基本假设之一。这个假设现在正在用几乎全天空的CMB各向异性测量进行严格的检验。任何此类分析中的一个主要障碍是处理由于掩蔽过程而引起的大偏差。我们已经开发了一种新的分析方法，使用双极球谐基函数，在其中，我们半解析地评估由掩模引起的SI违反的修改。这里开发的方法是通用的，可以潜在地用于搜索任何任意形式的SI违反。我们具体证明了这种方法的工作，通过恢复多普勒增强信号从一组模拟的，掩蔽的CMB天空。
2015-06-01 astro-ph.CO
Statistical Isotropy violation of CMB polarization sky due to Lorentz boost
在运动观测者的坐标系中，宇宙微波背景（CMB）涨落表现出统计各向同性（SI）的破坏。我们的定域运动对CMB温度涨落的SI破坏效应在最近的Planck结果中已经测量到。我们计算了以速度$(β\equiv |\boldsymbol v|/c= 1.23 \times 10^{-3})$的局部运动对CMB偏振场的影响。偏振场的洛伦兹变换导致入射光子方向上的畸变以及斯托克斯参数的调制，这导致不同CMB多极子之间的功率混合。我们表明，对于小的$β$值，对应于球谐空间中的对角项的角功率谱的效果是在$O(β^2)$。但是在$β$中线性阶的非零非对角项可以提供双极球谐（BipoSH）表示中SI破坏的可测量签名。我们还计算了$β$的可测量性从极化图从实验，如普朗克和棱镜。可以从$EE$、$TE$、$BB$的理想的、宇宙方差受限的BipoSH光谱测量$β$，但不能在$EB$和$TB$中测量。由于普朗克的仪器噪声和角分辨率，不可能从极化的BipoSH谱测量具有高统计显著性的$β$。PRISM可在$EE$和$TE$ BipoSH光谱中以高显著性测量$β$，但在$BB$、$EB$和$TB$ BipoSH光谱中不测量。
2015-04-24 astro-ph.CO gr-qc
Statistical Isotropy Violations in CMB Temperature Anisotropy: Analysis Using Minimal Bipolar Spherical Harmonics
本研究扩展了最小双极球谐函数（mBipoSH）形式体系，用于分析CMB温度各向异性中由宇宙半球不对称性和非圆形光束形状引起的统计各向同性破缺，成功解释了观测到的角相关性。
2024-11-17 astro-ph.CO
Capturing Statistical Isotropy violation with generalized Isotropic Angular Correlation Functions of CMB Anisotropy
精确测量的宇宙微波背景（CMB）波动图提供了通过对数据中的非统计各向同性（nSI）特征进行系统的可观测测量来检验宇宙统计各向同性（SI）原理的可能性。最近对CMB温度场的测量提供了偏离SI的诱人证据。基于强有力的数学公式的系统方法允许将任何nSI特征追溯到已知的物理效应或观测伪影。无法解释的nSI特征可能会对宇宙学的标准模型产生巨大的宇宙学影响。BipoSH（双极球谐函数）提供了一种通用的形式主义，用于量化2D球体上的场与统计各向同性的偏离。我们采用了一个已知的减少的BipoSH功能，被称为最小谐波（Manakov等1996）。我们证明，这种减少技术的BipoSH导致一个新的广义的一组各向同性的角度关联函数（mBipoSH），是可观察到的量化的nSI功能的天空地图。我们发现，任何nSI功能的CMB地图中捕获的双极多$L$与投影$M$的BipoSH可以研究$(L+1)$ mBipoSH角关联函数的情况下，偶奇偶校验和$L$功能的情况下，奇奇偶校验。在这封信中，我们提出了一种新的可观察到的量化偏离统计各向同性的广义角关联函数，是紧凑的和互补的BipoSH光谱，概括角功率谱CMB波动。
2023-01-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
CMB Isotropy Anomalies and the Local Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect
几个异常已经确定，这可能意味着一个崩溃的统计各向同性的宇宙微波背景（CMB）。特别是，四极和八极的异常排列和半球形功率不对称的重要性随着数据的改善而增加。已经有几次尝试来解释这些观测，探索早期宇宙中的各向同性破裂机制，但很少有人注意到这些异常在局部宇宙中起源的可能性。我们探索这样一个机制，考虑动力学Sunyaev-Zel'dovich效应由于与银河系相关的气体晕。考虑到几个物理模型的各向异性自由电子光学深度的贡献这样的晕，我们发现，相关的屏蔽映射的原始各向异性有必要的取向，影响异常统计非常显着，但只有当柱密度的自由电子在晕中至少是一个数量级高于目前的观测结果。
2010-02-03 astro-ph.CO
Probing the statistical isotropy of the universe with Planck data of the cosmic microwave background
本研究利用Planck的四张前景清除CMB图，通过不依赖模型的方向性分析证实CMB天球存在置信度98%-99%的偏好轴，验证了南北不对称这一CMB反常现象的高统计显著性，支持了过往20年的相关研究结论。
2024-01-31 astro-ph.CO gr-qc
Violation of statistical isotropy and homogeneity in the 21-cm power spectrum
大多数暴胀模型预测原始扰动是统计各向同性和均匀的。然而，宇宙微波背景（CMB）的观测表明，在大的角尺度上，偶极功率调制的形式可能偏离统计各向同性。除了最简单的单场慢滚模型之外，其他的暴胀模型可以产生一个小的功率不对称性，与这些观察结果一致。然而，对类星体聚集的观测显示，在小得多的角尺度上，这与统计各向同性是一致的。在这里，我们建议使用非对角分量的角功率谱的21厘米波动在黑暗时代来测试这种功率不对称性。我们预测结果计划SKA无线电阵列，未来的无线电阵列，和宇宙方差有限的情况下，作为理论证明的原则。我们的研究结果表明，21厘米线功率谱将使访问信息在非常小的尺度和在不同的红移切片，从而改善当前CMB的约束$\sim 2$数量级的偶极不对称和$\sim 1-3$数量级的四极不对称的情况下。
2016-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Isotropy statistics of CMB hot and cold spots
宇宙微波背景（CMB）辐射的统计各向同性是近年来研究和争论的热点。在此假设下，CMB的热点和冷点预计将均匀分布在一个2球。我们使用由Watson（1965）和Scheidegger（1965）首先提出的取向矩阵以及相关的形状和强度参数（Woodcock，1977）来分析所观测到的CMB温度各向异性场的热点和冷点是否均匀放置。我们通过使用包含非均匀数据的模拟玩具模型来证明我们的估计量的有用性。我们将我们的方法应用于几个前景最小化的CMB地图上观察到的WMAP和普朗克在大角度尺度。的形状和强度参数约束的几何特征可能偏离均匀性（各向同性）和功率的异常信号。我们发现，在清洁地图的热点或冷点的分布没有不寻常的集群或环剥的签名。相反，我们注意到在整个天空中有一个惊人的均匀分布的热点。该信号相对于所使用的四个清洁图以及非高斯冷点（NGCS）的存在或不存在保持稳健。在部分天空与WMAP KQ75和普朗克U73口罩，我们发现非常低的强度的非均匀性冷点，这是强大的各种清洗方法，口罩，仪器，频率，和存在或不存在的NGCS。有趣的是，我们发现异常微弱的非均匀性信号可能是由于四极和八极的贡献，并可能与低的CMB温度变化异常。
2022-11-11 astro-ph.CO
Baryon density extraction and isotropy analysis of Cosmic Microwave Background using Deep Learning
宇宙微波背景（CMB）的发现是对早期宇宙和大爆炸现象的研究和基本认识的范式转变。宇宙微波背景是宇宙学家可用的最丰富且有趣的信息来源之一，其中一个特别感兴趣的参数是宇宙的重子密度。重子密度可以通过分析CMB数据或通过研究大爆炸核合成（BBN）来初步估计。因此，这是必要的，通过两种方法得到的结果是一致的。虽然有一些成熟的统计方法用于分析CMB来估计重子密度，但在这里我们将探索深度学习在这方面的应用。我们将从模拟的CMB温度图的功率谱中获得的重子密度与相应的地图图像相关联，并形成用于训练神经网络模型的数据集。我们分析的准确性，该模型是能够预测的结果，从一个相对抽象的数据集，考虑到CMB是一个高斯随机场。CMB是各向异性的，这是由于在小尺度上的温度波动，但在较大尺度上，CMB被认为是各向同性的，在这里，我们通过使用以不同银河系坐标为中心的CMB地图训练模型来分析CMB的各向同性，并比较神经网络模型的预测。
2020-08-08 astro-ph.CO
Bianchi I Model: An Alternative Way To Model The Presentday Universe
虽然宇宙微波背景（CMB）辐射的高精度宇宙学新时代提高了我们对婴儿宇宙和现代宇宙的认识，但它也使我们对CMB精确各向同性的主要假设提出了质疑。有两个观测证据暗示不存在精确的各向同性。这些是第一，从CMB辐射的各向同性的小各向异性偏差的存在，第二，大角度异常的存在，虽然这些异常的存在是目前一个巨大的问题的辩论。这些提示是特别重要的，因为各向同性是哥白尼原理的两个主要假设之一，FRW模型就是建立在这个基础上的。这种几乎各向同性的CMB辐射意味着宇宙几乎是一个FRW宇宙，正如以前的研究所证明的那样。假设当物质和辐射同时发生涨落时，物质成分在CMB密度涨落中形成偏离各向同性的偏差，本文试图利用与标准FRW渐近等价的Bianchi I型（BI）各向异性模型，寻找FRW型尺度和哈勃参数的可能约束条件。为了获得对这种各向异性模型的约束，我们根据Maartens等人（1995 a，b）的模型无关剪切参数和理论一致性关系，从最近普朗克数据的各向异性上限中推导出平均和后期剪切值。这些约束使我们得到一个BI模式，它在时间上成为一个几乎FRW模式，这是符合最新的观测资料的CMB。
2014-05-13 astro-ph.CO gr-qc
Statistical Isotropy of the CMB E-mode signal
本文用两种统计量，即轮廓Minkowski张量（CMT）和方向统计量（$\mathcal{D}$统计量）检验了普朗克卫星观测到的宇宙微波背景辐射（CMB）的$E$模偏振的统计各向同性（SI）。从CMT获得的参数$α$提供了结构排列的信息，并且可以用于推断诸如随机场的高斯性和SI的统计特性。$\mathcal{D}$统计基于检测由字段定义的向量所示的优选方向性。这两种测试在不同角度尺度下的灵敏度方面是互补的。CMT对CMB图中存在的小尺度信息敏感，而$\mathcal{D}$统计量在大尺度上更敏感。我们计算$α$和$\mathcal{D}$统计观测到的$E$模式的CMB偏振，专注于SMICA地图，并与使用FFP 10 SMICA模拟，其中包含CMB和噪声计算的值进行比较。我们发现观察到的数据和模拟之间的良好协议。此外，为了具体分析数据中的CMB信号，我们将从观测到的普朗克数据获得的两个统计量的值与从具有相同功率谱的各向同性模拟和从SMICA噪声模拟获得的值进行比较。使用$α$参数，我们发现与SI没有统计学显著偏差。从$\mathcal{D}$统计，我们发现，数据显示轻微偏离SI在大角度尺度。
2020-06-26 astro-ph.CO
Isotropy-Violation Diagnostics for $B$-mode Polarization Foregrounds to the Cosmic Microwave Background
各向同性违反统计可以突出极化的银河前景，污染原始$B$ -模式的宇宙微波背景（CMB）。我们提出了一个特定的各向同性违反测试，并将其应用到极化普朗克353 GHz的数据，构建一个地图，表明$B$模式的前景灰尘功率在天空中。我们通过双极球谐基在调和空间中建立我们的主要各向同性测试，我们的方法有助于我们识别最少污染的方向。通过这种测量，在BICEP场及其周围、南银河系极点附近和北银河系半球都有低前景区域。在BICEP字段中也存在可能的前景特征。我们将我们的结果与基于局部功率谱的结果进行了比较，后者是使用Planck Int.~ XXX（2016年）。圆盘方法与我们的各向同性破坏诊断密切相关。我们特别注意噪音的处理，包括与前景的偶然相关性。目前，我们使用我们的各向同性工具来评估天空中最干净的部分，但在未来，这种方法将允许基于各向同性的空测试的前景污染的地图声称测量原始$B$模式，特别是在有限的频率覆盖范围的情况下。
2016-09-21 astro-ph.CO
Bipolar Harmonic encoding of CMB correlation patterns
与统计各向同性的偏差可以用各种方式建模，例如，各向异性宇宙学模型（比安奇模型）、紧凑拓扑结构和原始磁场的存在。各向异性的特征体现在CMB相关模式中。在这里，我们探讨的对称性的关联函数和它的影响内的双极谐波形式主义这些各种模型的可观察的措施。双极调和表象中的不同量词被用来区分统计各向同性崩溃的合理模型，并作为区分不同宇宙拓扑结构的光谱工具。
2010-03-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
CMB statistical isotropy confirmation at all scales using multipole vectors
本研究利用多极矢量开展无模型依赖的CMB统计各向同性检验，通过预设尺度范围分析不同版本Planck数据，发现大尺度符合各向同性，高多极各向异性源于噪声，且制图流程显著影响全天区各向异性测量结果。
2023-05-04 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Revealing Non-circular beam effect in WMAP-7 CMB maps with BipoSH measures of Statistical Isotropy
在当前的宇宙微波背景（CMB）实验中，仪器光束不可避免地偏离圆对称性，这对从高灵敏度和高分辨率的CMB测量中获得高精度的推论提出了重大挑战。我们提出的分析结果，验证了数值模拟，宇宙信号的CMB地图，尊重基本的统计各向同性（SI）对称性，测量仪器，有轻度非圆形（NC）光束，然而，表现出SI违反。此外，我们表明，适当的可观察的措施内构建的双极球谐（BipoSH）表示SI违反捕捉微妙的NC束的影响，再加上仪器的扫描策略。伴随着他们最新的7年数据发布，WMAP团队在实验的“W”和“V”波段公布了非零BipoSH光谱A^{20}_{l-2 l}和A^{20}_{l-2 l}的非常高的显著性测量。我们提出了一个强有力的情况下，BipoSH测量主要是由四极（m=2）的NC-光束，b_{l2}，相应的通道的组件解释。事实上，微妙的非圆度水平，例如，WMAP波束|b_{l2}|/ b_{l0} < 0.01，导致可测量的BipoSH光谱指向BipoSH表示的巨大前景和潜力。这项工作的关键结果是，使用BipoSH测量，它是可能的，以估计一个等效的单次击中，“平行传输”的有效NC光束，匹配的角功率谱和非零BipoSH测量的观察到的地图。因此，BipoSH分析提供了用NC束制作的CMB图的非常简单和有效的表征。（节录）
2013-07-19 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Statistical Isotropy violation of the CMB brightness fluctuations
WMAP测量的宇宙微波背景在大角度尺度上的某些异常被认为是统计各向同性（SI）破裂的可能证据。大多数CMB光子从上次散射的表面自由流到现在。因此，我们可以合理地预期，除了文献中先前研究的原始功率谱的各向异性之外，现在观察到的CMB光子分布中的统计各向同性破坏起源于重子-光子流体中的SI破坏。我们认为广义各向异性亮度分布波动，$Δ(\vec{k}, \hat{n}, τ)$（在共形时间$τ$）在对比SI的情况下，它只是一个函数的$|\vec{k}|$和$\hat{k} \cdot \hat{n}$。在双极球谐函数（BipoSH）系列中展开的亮度波动然后可以被写为$Δ_{\ell_1 \ell_2}^{L M}(\vec{k}, τ)$，其中$L > 0$项编码与统计各向同性的偏差。研究了非零项$Δ_{\ell_3 \ell_4}^{L M}(\vec{k}, τ_s)$在最后散射时$Δ_{\ell_1 \ell_2}^{L M}(\vec{k}, τ)$的演化。类似于SI情况，在最后散射时$Δ_{\ell_3 \ell_4}^{L M}(\vec{k},τ_s)$的小球谐（SH）多极子处的功率被转移到较大SH多极子处的$Δ_{\ell_1 \ell_2}^{L M}(\vec{k}, τ)$。结构上的相似性在最终SH多极子的大值的渐近表达式中更为明显。这种形式主义允许优雅地识别当今观…
2010-03-22 astro-ph.CO
Examining statistical isotropy of CMB low multipoles from Planck PR4 data
本文利用Power tensor方法分析Planck PR4数据中CMB低多极子的统计各向同性，发现部分模式存在显著各向异性，但异常平面模式仅为各向异性子集，且多极子间存在特定的对齐现象。
2025-06-28 astro-ph.CO
Test of the Statistical Isotropy of the Universe using Gravitational Waves
自WMAP和Planck以来，在宇宙微波背景（CMB）的大角度各向异性中出现了一些反常的特征，即所谓的反常。其中之一是半球功率不对称性，即以（l，b）=（221，-20）为中心的两个半球上的平均功率的差异，其显示出相对高的显著性水平。这种反常现象可能是大尺度上统计各向同性偏离的标志。在这里，我们调查的物理起源，这种异常使用宇宙引力波背景（CGWB）可检测的未来GW探测器。事实上，CGWB提供了一个独特的窗口来探索早期宇宙，我们表明，它可以与CMB数据结合使用，以揭示我们宇宙的统计各向同性。具体来说，我们研究了引力子的演化中存在的调制场的标量引力势占半球功率不对称，我们推断这个调制场的振幅通过最小方差估计利用约束和无约束的实现CGWB。我们表明，除了CGWB将允许改进的CMB功率不对称的物理起源的评估。考虑到LISA和BBO的预期表现，我们还表明，后者预计将在大规模上以信号为主，证明CGWB可能是评估这种异常的重要性的基石。
2022-10-05 astro-ph.CO gr-qc
Testing the statistical isotropy of large scale structure with multipole vectors
宇宙学的一个基本假设是统计各向同性-宇宙，平均而言，在天空的每个方向看起来都是一样的。最近，利用宇宙微波背景（CMB）数据对统计各向同性进行了严格的检验，在大角度尺度上得到了有趣的结果。在这里，我们将宇宙微波背景中使用的一些相同的技术应用于天空中星系的分布。利用多极矢量方法，其中每个多极在星系密度场的谐波分解描述的单位矢量和振幅，我们奠定了基本的形式主义，如何重建多极矢量和他们的统计星系巡天目录。我们将该算法应用于合成星系图，并研究了多极矢量重建精度对星系表图的密度、深度、天空覆盖率和像素化的敏感性。
2011-09-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Statistical isotropy violation in WMAP CMB maps resulting from non-circular beams
宇宙微波背景（CMB）起伏的统计各向同性（SI）是验证宇宙学标准模型中宇宙学原理的重要观测检验。虽然SI破坏的检测将产生巨大的宇宙学后果，但重要的是要认识到它们可能起源于观测的系统效应。WMAP七年（WMAP-7）发布声称双极球谐（BipoSH）系数$A_{ll}^{20}$和$A_{l-2l}^{20}$与SI存在显著偏差。在这里，我们提出了第一个明确的再现WMAP-7中报告的测量，确认单独的光束系统学可以完全解释测量的SI违规。WMAP-7的论文本身和其他作者都提到了这种系统起源的可能性，但没有明确地解释它。我们使用实际的WMAP非圆波束和扫描策略来模拟CMB映射。我们从这些图中估计的BipoSH光谱与WMAP-7结果非常匹配。同样明显的是，只有非常仔细和足够详细的建模，如这里所进行的，才能最终确定整个信号来自非圆形光束效应。这一点很重要，因为宇宙SI违规信号预计是微妙的，并驳回了一个大的SI违规信号作为基于简单化的可解释性参数的观测伪影运行的严重风险“扔婴儿与洗澡水”。
2016-06-22 astro-ph.CO
Bayesian inference on the sphere beyond statistical isotropy
本文给出了球面上随机场协方差结构的贝叶斯推断的一般方法。我们采用双极球谐函数（BipoSH）表示球上的一般协方差结构。我们说明了该方法作为一种原则性的方法来评估违反统计各向同性（SI）的宇宙微波背景（CMB）波动的天空地图的有效性。观测到的CMB图中的SI破坏是由于已知的物理效应如多普勒增强和弱透镜效应引起的;然而，未知的理论可能性，如宇宙拓扑和宇宙学原理的微妙违反，以及用非圆形光束扫描天空的预期观测伪像，掩蔽，前景残差，各向异性噪声，等。我们明确地证明了恢复的输入SI违反信号与其完整的统计模拟CMB地图。我们的形式主义很容易适应探索非SI协方差的参数物理模型，因为我们说明了多普勒增强的天空图的参数的推断。我们的方法承诺提供一个强大的定量评估的证据，SI违反相关的异常在CMB的天空中，通过估计的BipoSH光谱以及他们的完整的后验。
2015-09-23 astro-ph.CO astro-ph.IM
Quantum Signatures of Cosmic Topology: How Casimir Backreaction Transmits Isotropy Violation
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；Instituto de Física Teórica (IFT) UAM-CSIC（马德里自治大学-西班牙国家科学研究委员会理论物理研究所）；Imperial College London（帝国理工学院）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理学院帕多瓦分部）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；Laboratoire Univers et Théories, Observatoire de Paris, Université PSL, Université Paris Cité, CNRS（巴黎天文台宇宙与理论实验室（巴黎文理研究大学、巴黎西岱大学、法国国家科学研究中心））
该研究探讨了量子场在非平凡空间拓扑宇宙中产生的Casimir效应对爱因斯坦方程的反作用，揭示了量子效应如何导致局部各向异性。
2026-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Parity violation in the CMB trispectrum from the scalar sector
在手征非高斯源的存在下，原初曲率扰动的三谱在暴胀过程中可以破宇称。我们研究了宇宙微波背景（CMB）各向异性的诱导三谱的签名。通过谐波空间分析证实，由于宇称破坏，这样的CMB三谱在$\ell_1 + \ell_2 + \ell_3 + \ell_4 = \text{odd}$域中具有非零信号，这在和谐宇宙学中是被禁止的。当曲率三谱用勒让德多项式参数化时，由于勒让德偶极项的作用，在$\ell$空间的压缩位形下，CMB信号得到增强，从而得到高的信噪比. Fisher矩阵计算导致在宇宙方差有限水平温度测量中偶极系数的最小可检测尺寸为$d_1^{\rm odd} = 640$。在暴胀模型中，暴胀子场通过$f(ϕ)(F^2 + F\tilde{F})$相互作用耦合到规范场，曲率三谱包含这样一个奇宇称偶极项。我们发现，在这个模型中，CMB三谱产生一个高的信噪比相比，CMB功率谱或双谱。因此，$\ell_1 + \ell_2 + \ell_3 + \ell_4 = \text{odd}$信号可能是宇宙学宇称破坏的一个有希望的观测。
2016-10-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Direction dependence of the power spectrum and its effect on the Cosmic Microwave Background Radiation
我们研究了几个各向异性暴胀模型和它们的影响，观察到违反统计各向同性的CMBR数据。在其中两个模型中，各向异性在膨胀阶段衰减得非常快。我们明确地表明，这些模型导致违反各向同性只有低l CMBR模式。我们的主要目的是将观测到的l= 2，3多极子的排列与理论模型相吻合。我们使用两种措施，基于功率张量，其中包含有关每个多极子的对齐信息，量化数据中的各向异性。其中一个措施使用的权力张量的本征值的分散。我们还定义了另一种措施，测试两个不同的多极之间的整体相关性。我们微扰计算这些措施的各向异性和固定的理论参数，使一个最好的适合l= 2，3多极。我们发现，一些研究的模型能够一致地解释所观察到的违反统计各向同性。
2013-02-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Statistical Bounds on CMB Bell Violation
受低$\ell$宇宙方差的启发，我们研究了原初量子态破坏对贝尔不等式破坏的统计方差。我们考虑用于构造贝尔不等式的三组伪自旋算子固有的统计方差。我们发现，对于一个高度压缩的状态，如相关的CMB状态，统计变化将消失，并没有贡献的理论不确定性。
2020-03-30 astro-ph.CO gr-qc
Capturing statistical isotropy violation with rotational averages
Raman Research Institute（拉曼研究所）；Inter University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学天文学与天体物理中心）
本文提出一种基于旋转平均的实空间几何框架，用于量化CMB统计各向同性破缺，补充BipoSH方法，并展示其与谐波空间结果的一致性及在规避部分天区效应方面的优势。
2026-10-06 astro-ph.CO
Sparse Inpainting and Isotropy
稀疏修复技术作为宇宙学数据分析的工具越来越受欢迎，特别是用于处理呈现掩蔽区域和缺失观测的数据。在这里，我们调查稀疏修补技术使用球谐基础作为字典和宇宙学地图的各向同性属性之间的关系，例如那些所产生的宇宙微波背景（CMB）实验。特别是，我们调查的可能性，修复的地图可能会表现出各向异性的高阶角polyspectrum的行为。我们提供了分析计算和模拟的高斯各向同性模型的CMB数据的修补地图，这表明所得到的角三谱可能会表现出小，但不可忽略的各向同性的偏差。
2014-01-31 astro-ph.CO astro-ph.IM
Is the Universe homogeneous?
宇宙学的标准模型是以均匀表面的存在作为结构形成的背景。均匀性是广义相对论和修正引力模型的基础，也是我们解释宇宙微波背景和星系分布观测的核心。然而，均匀性不能直接观察到星系分布或CMB，即使有完美的观测，因为我们观察过去的光锥，而不是空间表面。我们可以直接观察和测试各向同性，但要将其与均匀性联系起来，我们需要假设哥白尼原理。首先，我们讨论在过去的光锥和各向同性时空几何的各向同性的意见之间的联系：我们需要什么意见是各向同性的，以推断时空各向同性？第二，我们讨论我们可以说与哥白尼假设。最有力的结果是基于CMB：CMB的偶极、四极和八极的消失足以施加均匀性。真实的观测导致大尺度上的近各向同性--这会导致近同质性吗？有重要的部分结果，我们讨论为什么这仍然是一个困难的开放问题。因此，我们目前无法证明宇宙在大尺度上的均匀性，即使是哥白尼原理。然而，我们可以使用CMB，星系和星系团的观测来测试均匀性本身。
2011-10-06 astro-ph.CO gr-qc
Testing the isotropy of cosmic acceleration with Pantheon+ and SH0ES: A cosmographic analysis
本研究利用Pantheon+SH0ES低红移Ia型超新星数据，通过宇宙学方法分析减速参数的方向依赖性，发现观测到的各向异性信号源于样本局限，支持宇宙各向同性假设。
2024-06-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A New Probe of Gaussianity and Isotropy applied to the CMB Maps
我们引入了一种新的数学工具（方向相关探针）来分析球上各向同性高斯随机场的随机性。我们应用该探测器评估了{ \it Planck}合作项目（PR 2 2015和PR 3 2018）制作的全天空宇宙微波背景（CMB）温度图，特别注意了修补的地图。为了研究每个地图所表示的场的随机性，我们使用探测系数序列的自相关性（如果$z$轴取在探测方向上，则这些系数只是全天傅立叶系数$a_{\ell,0}$）。如果场是{各向同性和高斯}，那么对于给定方向的探测系数应该是不相关的标量高斯随机变量的实现。我们引入一个特殊的功能的领域（称为\emph{AC discrepancy}），强调偏离高斯性和各向同性。我们发现，对于一些地图，有许多方向的偏离是显着的，特别是在银道面附近。我们还研究了改变用于计算AC差异的最高多极子从初始值$1500$到$2500$的影响。在指挥官2015的情况下，AC差异现在显示出远离银河平面的对跖“斑点”。最后，我们简要地看一下非修补普朗克地图，其中计算的AC差异地图有一个非常不同的字符，与功能，是全球性的，而不是本地。对于未修复的2018年\texttt{SEVEM}地图（具有可见的赤道污染）的特定情况，我们通过将各向同性高斯随机场添加到位于银河系中心附近的非随机针状结构来部分成功地模拟观察到的行为。
2020-06-26 astro-ph.CO
New Geometric Representations of the CMB 2pcf
当在CMB中搜索统计各向同性的偏差时，流行的策略是将两点关联函数（2 pcf）写为四个球面角的最一般函数（即，两个单位向量）在天球中。然后，使用双极球谐函数的基础上，统计各向异性将显示，当且仅当任何系数的膨胀与非平凡的双极动量被检测到-虽然这种检测将不会在一般阐明起源的各向异性。在这项工作中，我们表明，存在两组新的四个角度和基函数，完全指定2 pcf，同时，提供了一个更清晰的几何解释的机制产生的信号。由于这些展开式的系数为零，当且仅当各向同性成立，它们作为统计各向同性的简单和几何动机的零测试，其优点是允许宇宙方差以系统的方式控制。我们报告的结果，这些零测试的应用程序的最新温度数据公布的普朗克合作。
2015-08-10 astro-ph.CO
Parity violation of primordial magnetic fields in the CMB bispectrum
研究了原初磁场（PMF）诱导的宇宙微波背景（CMB）双谱中宇称破缺现象。推导出一个一般公式的CMB双谱产生的不仅是非螺旋，但也螺旋PMFs，我们发现，螺旋PMFs产生的特征信号，消失在宇称守恒的情况下，如强度-强度-强度双谱所产生的$\sum_{n=1}^3 \ell_n = {\rm odd}$。为了快速数值计算CMB双谱，我们利用极点近似将单圈公式简化为树级公式。然后，我们表明，磁各向异性应力，这取决于非螺旋和螺旋保偏光纤的平方，并作为源的CMB波动，产生本地型非高斯。比较由标量模和张量模组成的CMB双谱与噪声谱，我们发现，假设从大统一能标产生近似标度不变的非螺旋和螺旋保偏光纤，（$10^{14} {\rm GeV}$）到电弱的（$10^{3} {\rm GeV}$），强度强度在$B_{1 \rm Mpc}^{2/3} {\cal B}_{1 \rm Mpc}^{1/3} > 2.7 - 4.5 {\rm nG}$与$B_{1 \rm Mpc}$和${\cal B}_{1 \rm Mpc}$是非线性的条件下，通过WMAP实验可以观察到$\sum_{n=1}^3 \ell_n = {\rm odd}$的强度双谱。螺旋和螺旋PMF强度分别在1 Mpc上平滑。
2012-06-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The isotropy of Hubble expansion in the early and late Universe
该研究通过结合多种观测数据，验证了早期和晚期宇宙中哈勃扩张的各向同性，发现无显著各向异性，可能由数据系统误差导致。
2025-12-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic topology. Part IIIa. Microwave background parity violation without parity-violating microphysics
针对CMB观测中的宇称破坏异常，本文提出宇宙拓扑通过改变空间边界条件，在不引入底层微观物理宇称破坏的情况下，自然解释了CMB的偶奇宇称观测量相关性及EB相关性。
2024-11-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology of a Scalar Field Coupled to Matter and an Isotropy-Violating Maxwell Field
受四维有效作用量中标量场耦合的启发，我们研究了既与物质耦合又与麦克斯韦型矢量场耦合的标量场的宇宙学结果。向量场具有背景各向同性破坏分量。新的各向异性标度的解决方案，可以负责的物质和暗能量占主导地位的时代被确定和探索。对于大参数区域，宇宙几乎各向同性膨胀。利用CMB四极对剪切非常敏感的特点，我们将物质耦合与矢量耦合的比值限制在10^（-5）以下。此外，我们确定了一个大的参数区域，对应于一个强矢量耦合制度，产生令人兴奋的和可行的宇宙接近LCDM限制。
2012-10-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Symmetry of the CMB sky as a new test of its statistical isotropy. Non Cosmological Octupole?
在这篇文章中，我们提出了一种新的测试统计各向异性的CMB。这个检验是基于这样一个事实，即银河前景相对于它们的对跖点和相对于银河平面具有非常强的对称性，而宇宙学信号在这些转变下不应该是对称或不对称的。我们已经应用测试的八极分量的WMAP ILC 7地图，通过查看a_3，1和a_3，3，以及它们的比率a_3，2的实值和虚值。与蒙特卡罗模拟相比，我们发现八极子分量的对称性在0.58%的水平上异常。通过对八极子相位的分析，我们发现运动偶极子相位与ILC 7八极子相位之间存在着非常强的互相关，这与前人的结果完全一致。通过研究功率谱的l+m=偶数部分和l+m=奇数部分之间的比率，我们进一步测试了多极范围2<l<100。我们比较的结果模拟的高斯随机天空，并发现显着偏离统计各向同性和均匀的情况下，一个非常广泛的多极。我们发现，对于我们的估计最突出的峰值，相应的谐波的相位与八极子的相位是一致的。我们相信，我们的测试将是非常有用的检测的各种类型的残留的前景和系统的影响，在非常广泛的多极2 < l < 1500-3000的未来普朗克CMB地图，在任何结论的原始非高斯性和统计各向异性的CMB。
2011-09-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
Recovering hidden signals of statistical anisotropy from a masked or partial CMB sky
宇宙微波背景（CMB）上的各向同性破坏现象会导致两点函数中的非对角关联。这些相关性本身可用于估计潜在的各向异性信号。在CMB研究中，由于剩余前景而造成的遮蔽，或由于测量限制而造成的部分天空的可用性，是不可避免的情况。但是，掩蔽引起额外的相关性，从而使这种信号的恢复复杂化。在这项工作中，我们讨论了一个程序的基础上双极球谐（BipoSH）形式主义，以全面解决任何虚假的相关性引起的掩蔽和成功地恢复隐藏的信号的各向异性观察到的CMB地图。该方法具有通用性，可用于恢复各种各向同性破坏现象。在这里，我们通过从模拟的CMB天空中恢复微妙的多普勒增强信号来说明这个过程，这已经成为可能，因为普朗克探测器具有前所未有的全天空灵敏度。
2015-10-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Violation of the Rotational Invariance in the CMB Bispectrum
研究了由矢量场量子涨落引起的原初非高斯性产生的宇宙微波背景（CMB）双谱的统计各向异性。在$\ell_1 = \ell_2 + \ell_3 + 2, |\ell_2 - \ell_3| - 2$给出的CMB双谱的多极子空间中发现了新的构型及其排列，它们违反了旋转不变性，如CMB功率谱中的非对角构型.我们还发现，在Yokoyama和Soda（2008）提出的模型中，上述构型中的统计各向异性双谱的振幅变得与其他构型（如$\ell_1 = \ell_2 + \ell_3$）中的统计各向异性双谱的振幅一样大。因此，有可能在未来的实验中检测到这些贡献，这将为我们提供有关早期宇宙物理学的新信息。
2011-11-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Modifications of CMB Temperature and Polarization Quadrupole Signals in Thurston Spacetimes
Indian Institute of Science Education & Research（印度科学教育与研究所）
本文研究了在丘成桐时空背景下，宇宙微波背景辐射温度和偏振信号的特性，探讨了空间曲率在FLRW极限模型中的作用，并分析了其时间演化对斯托克斯参数的影响。
2026-05-19 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic microwave background constraints on cosmological models with large-scale isotropy breaking
在WMAP的大角度宇宙微波背景（CMB）各向异性图中似乎存在一些异常，包括大尺度多极的排列。各向同性自发破坏的模型（例如，通过标量场）被提出来解释这些异常，正如在暴胀期间施加优选方向的模型一样。我们研究模型的启发，其中各向同性被打破了一个倍增因子与偶极和/或四极项。我们使用贝叶斯框架评估多极对齐提供的证据，发现支持该模型的证据一般较弱。我们还计算近似的变化，估计宇宙学参数的破缺各向同性模型。只有功率谱的整体归一化被显著修改。
2010-09-02 astro-ph.CO
CMB Lensing Trispectrum as a Probe of Parity Violation in LSS
本研究首次提出可利用CMB透镜三谱探测大尺度结构的宇称违反，推导了通用的约化透镜三谱表达式，通过玩具模型计算奇宇称三谱并估算信噪比，为后续相关研究和实验提供原理支撑。
2025-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Parity violation in the CMB bispectrum by a rolling pseudoscalar
本文研究了在一个暴胀模型中，一个滚动赝标产生大的等边张量非高斯性的宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振双谱的宇称违反特征。基于全天空理论的具体计算表明，所得CMB双谱在奇偶偶$(\ell_1 + \ell_2 + \ell_3 = {\rm even})$和奇偶奇$(\ell_1 + \ell_2 + \ell_3 = {\rm odd})$空间中均具有非零信号，且与通常的标量模等边双谱几乎不相关.这些特征签名和偏振信息有助于检测这种张量非高斯性。温度和E-模式双谱的使用潜在地改进了$400\%$相对于单独使用温度双谱的分析的可检测性。考虑到B模式双谱，信噪比可能能够增加3个数量级。我们提出的$1σ$的不确定性的参数依赖于一个耦合常数和滚动条件的赝标量预计在${\it Planck}$和建议的PRISM实验。
2013-11-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Parity Violation of Gravitons in the CMB Bispectrum
本文研究了由宇称守恒和宇称违反的Weyl三次项耦合引起的引力子非高斯性引起的强度（温度）和偏振模的宇宙微波背景（CMB）双谱。通过考虑含时耦合，我们发现，即使在精确的de Sitter时空中，原初引力波的三点函数仍然存在宇称破缺，并且可能变大.通过对CMB双谱的估计，我们证明了由宇称守恒项和宇称违反项产生的信号出现在完全不同的多极子结构中。例如，宇称守恒非高斯性在具有$\sum_{n=1}^3 \ell_n = {\rm even}$的配置中引起非零CMB温度双谱，而由于宇称违反非高斯性，CMB温度双谱也出现在$\sum_{n=1}^3 \ell_n = {\rm odd}$中。这个信号恰好是原始引力波非高斯性宇称违反的很好证据。我们发现，这种非高斯的形状是类似于所谓的等边一个和这些光谱的振幅在大尺度上粗略估计为$|b_{\ell \ell \ell}| \sim \ell^{-4} \times 3.2 \times 10^{-2} ({\rm GeV} / Λ)^2 (r / 0.1)^4$，其中$Λ$是一个能量尺度，设置的Weyl三次项（高阶导数校正）和$r$的大小张量标量比。取等边型非线性参数的极限为$f_{\rm NL}^{\rm eq} < 300$，我们可以得到一个界为$Λ\gtrsim 3 \times 10^6 {\rm GeV}$，假设$r=0.1$。
2012-02-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Can primordial parity violation explain the observed cosmic birefringence?
最近，在宇宙微波背景辐射（CMB）偏振数据中发现了$E$模和$B$模偏振之间的互相关，这可以用旋转角为$β\approx 0.3$ deg的宇宙双折射很好地解释。我们仔细研究了用原初手征引力波（CGW）来解释观测到的$EB$关联的可能性。我们发现CGW方案不起作用，因为$BB$自相关的过度产生远远超过SPTPol和POLARBEAR所观察到的。
2022-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Imaging parity-violation in the CMB
极化分量在坐标系中的相关性是在宇宙微波背景（CMB）中寻找宇称破坏模的自然基础。这一事实可以被利用来建立奇偶违反模式的估计是{ \sl本地}和鲁棒的部分天空覆盖或非均匀加权。作为基于这些想法的方法的一个示例应用，我们开发了一个峰值叠加工具，该工具隔离了违反宇称的模式的签名。我们将该工具应用于{ \sl普朗克}地图，并获得一个约束的偏振旋转角$α< 0.72$度在$95\%$我们还演示了如何使用该工具可以作为一个本地的方法重建地图的方向相关的旋转$α(\hat {n})$。
2016-11-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Statistical Anisotropic Gaussian Simulations of the CMB Temperature Field
虽然理论上预期是统计各向同性的，但由于各种不可避免的效应，如弱透镜效应、多普勒增强和实际观测的限制，如非圆形波束、掩蔽等，观测到的宇宙微波背景温度场和偏振场将表现出统计各向同性破坏。在这些效应之外的任何SI破坏的存在都可能导致发现CMB温度场和极化场中固有的宇宙SI破坏。最近，普朗克提出了强有力的证据，SI破坏作为一个偶极功率不对称的CMB温度场在两个半球。SI破坏效应的统计研究需要CMB温度场的非SI（nSI）高斯实现。nSI高斯温度场导致在双极球谐函数（BipoSH）表示的系数中编码的球谐函数（SH）空间协方差矩阵中的非零非对角项。我们讨论了一个有效的数值算法，代码为非各向同性高斯天空（CoNIGS）生成nSI实现的高斯CMB温度场的普朗克分辨率与特定情况下的SI破坏。nSI CMB温度场的实现获得非零四极$(L=2)$ BipoSH测量通过WMAP，偶极不对称性（类似于$L=1$ BipoSH系数）与\emph{scale dependent}调制场测量普朗克和多普勒升压CMB温度场，这也导致$L=1$ BipoSH光谱。我们的方法，CoNIGS可以将任何类型的SI违反，并可以有效地产生nSI实现。
2015-04-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Constraining Lorentz Violation using 21cm and CMB Cross Correlations
Indian Institute of Technology, Mandi（印度技术学院曼迪分校）
通过21cm和CMB信号交叉相关，研究双折射角度约束，利用Fisher矩阵方法预测SKA等实验对α_CMB和α_21cm的约束。
2026-02-15 astro-ph.CO
Minkowski Functionals of CMB polarisation intensity with Pynkowski: theory and application to Planck and future data
本文将 Minkowski 泛函扩展到 CMB 偏振强度 P²，推导高斯各向同性预测，分析 Planck 数据并预测 LiteBIRD 与 Simons Observatory 的检测能力，同时发布 Pynkowski 软件包。
2024-01-25 astro-ph.CO
Exploring Statistical Isotropy in Planck Data Release 4: Angular Clustering and Cosmological Parameter Variations Across the Sky
本文利用普朗克PR4数据检验CMB统计各向同性，发现温度功率谱在200至2000多极矩范围存在显著方向聚类，并识别出原初功率谱振幅的偶极反常，其方向与已知半球功率不对称性对齐。
2025-04-08 astro-ph.CO
An efficient probe of the cosmological CPT violation
我们开发了一个有效的方法的基础上的线性回归算法来探测宇宙CPT违反使用CMB偏振数据。我们使用模拟CMB数据验证了这种方法，并将其应用于最近的CMB观测。我们发现，BICEP 1和BOOMERanG 2003年的组合数据样本有利于一个非零的各向同性旋转角在$2.3σ$的置信水平，即，$Δα=-3.3 \pm1.4$度（68% CL）与系统学。
2015-07-21 astro-ph.CO
Cosmological CPT Violation and CMB Polarization Measurements
本文研究了用宇宙微波背景（CMB）实验检验电荷宇称时间反射（CPT）对称性的可能性。本文考虑了两类Chern-Simons（CS）项：电磁CS项和引力CS项，详细研究了它们对CMB偏振功率谱的影响。通过结合当前的CMB偏振测量，七年的WMAP，BOOMERANG 2003和BICEP的观测，我们得到了一个严格的约束旋转角$Δα=-2.28\pm1.02$度（$1\,σ$），表明$2.2\,σ$检测CPT违反。在这里，我们特别考虑CMB测量的系统误差。添加QUaD偏振数据后，约束变为95%置信水平下的$-1.34<Δα<0.82$度。与电磁CS项相比，引力CS项只能产生振幅小得多的TB和EB功率谱。因此，感应参数$ε$不能从电流极化数据约束。此外，我们研究了未来CMB测量的能力，普朗克和CMBPol，对$Δα$和$ε$的约束。我们发现，$Δα$的约束可以显着提高了15倍。因此，如果不能适当地考虑这种旋转角效应，宇宙学参数的约束将明显地产生偏差。对于引力CS项，未来的普朗克数据仍然不能很好地约束$ε$，如果原始张量扰动很小，$r <0.1$。我们需要更精确的CMBPol实验对$ε$给出更好的约束。
2012-01-21 astro-ph.CO
Probing CPT Violation with CMB Polarization Measurements
由具有非零$p_μ$的Chern-Simons项$\mathcal{L}_{cs}\sim p_μA_ν\tilde F^{μν}$修改的电动力学违反{ \it电荷-宇称-时间反射}对称性（CPT）并且旋转传播的{ \it宇宙微波背景}（CMB）光子的线偏振。在本文中，我们测量的旋转角$Δα$进行全球分析当前CMB偏振测量从{ \it七年威尔金森微波各向异性探针}（WMAP 7），{ \it BOOMERAN 2003}（B 03），BICEP和QUaD使用马尔可夫链蒙特卡罗方法。忽略这些实验的系统误差，我们发现WMAP 7，B 03和BICEP的结果都是一致的，它们的组合给出了$Δα=-2.33\pm0.72~{\rm deg}~(68\%~C.L.)$，表明$3\,σ$检测到CPT破坏。单独的QUaD数据给出了$Δα=0.59\pm0.42~{\rm deg}~(68\%~C.L.)$，与从WMAP 7、B 03和BICEP获得的数据相比，其具有中心值的相反符号和更小的误差条。当结合所有的偏振数据在一起，我们发现$Δα=-0.04\pm0.35~{\rm deg}~(68\%~C.L.)$，显着改善了以前的约束$Δα$和测试的有效性的基本CPT对称性在更高的水平。
2010-05-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing the Early Universe with the CMB Scalar, Vector and Tensor Bispectrum
虽然宇宙学观测表明种子场的涨落几乎是高斯的，但它们的场与高斯性的微小偏差的可能性被广泛讨论。从理论上讲，存在着许多暴胀的情况下，预测大的和特征的非高斯性的原始扰动。这些依赖于模型的非高斯性是宇宙微波背景（CMB）双谱的来源，因此，分析CMB双谱对于阐明早期宇宙的性质是非常重要和有吸引力的。目前，在标量微扰中保持转动和宇称不变性的原始非高斯性对CMB双谱的影响已经得到了很好的研究。然而，对于一个复杂的治疗，CMB双谱产生的非高斯，这源于矢量和张量模式扰动，包括违反旋转或奇偶不变性，从来没有被认为是在尽管这个信息的重要性。本文在已有研究的基础上，给出了非高斯性引起的CMB双谱的一般形式，不仅包括标量模扰动，而且包括矢量模和张量模扰动。应用这种形式主义，我们计算的CMB双谱从两个标量和引力子的相关性，并从原始磁场，然后我们概述了这些振幅的新的约束。此外，这种形式主义可以很容易地扩展到旋转或宇称不变性被打破的情况下。我们还计算了具有优先方向的曲率扰动的非高斯性和宇称违反Weyl三次项引起的引力子非高斯性的CMB双谱。我们还提出了一些独特的影响，违反这些不变性的CMB双谱。
2013-05-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Hemispherical asymmetry from an isotropy violating stochastic gravitational wave background
普朗克对宇宙微波背景温度的测量使得$Λ$ CDM模型受到非常严格的约束。然而，数据表明，在大角度尺度的偶极调制的温度波动的证据，这是超出了标准的统计各向同性（SI）$Λ$ CDM模型。普朗克测量的信号需要一个尺度依赖的调制幅度，这超出了普朗克考虑的唯象模型的范围。我们提出了一个具有混合调制场的唯象模型，用于描述影响大角尺度温度涨落的标量和张量扰动。因此，这个模型是一个可能的路线来解释调制场的尺度依赖性。该模型的突出预测是方向相关的张量标量比，导致各向异性的随机引力波背景（SGWB）。该特征可从普朗克和BICEP-2的$B$模式偏振图中潜在地测量，并导致调制强度的确定。对Planck模型和PRISM模型进行了SI违反极化场的可测性估计。极化场中信号的缺失会限制模型的可行性。
2015-03-05 astro-ph.CO gr-qc
