The interplay between cosmology, particle physics and astrophysics
随着标准模型之外的物理学线索成为未来大规模项目背后的主要驱动力,考虑所有证据来源和约束条件变得越来越重要。在这里,我说明了考虑粒子物理学,宇宙学和天体物理学之间的联系的重要性,主要是通过两个例子:1)不育中微子及其对宇宙学的影响,和2)511千电子伏线从电子正电子湮没在银河系中心。
2018-11-09 astro-ph.CO hep-ph
Distance measures in gravitational-wave astrophysics and cosmology
我们提出了表征引力波观测站在宇宙学距离上对源的灵敏度的量。特别是,我们介绍和推广的地平线,范围,响应和到达距离。这些量包含了许多重要的效应,包括宇宙学定义的距离和体积、宇宙学红移、宇宙学时间膨胀和速率密度演化。此外,这些量还包含了引力波探测器的独特方面,例如探测器的可变天空灵敏度以及灵敏度与距离的反比。可以使用在线计算器(https://users.rcc.uchicago.edu/pytholz/gwc/)和python notebook(https://github.com/hsinyuc/distancetool)来确定GW距离。我们提供了这个问题的答案:“引力波探测器能听到多远?"
2021-01-13 astro-ph.CO
Inhomogeneous cosmology in the cosmic rest frame without dark stuff
我们在宇宙静止系中研究了具有各向同性但非均匀度规的爱因斯坦方程。这些方程是在宇宙晚期微扰求解的。在没有使用宇宙学常数或暗物质的情况下,首阶和次首阶的结果与观测结果一致。
2016-02-22 astro-ph.CO
Dark Matter in Astrophysics/Cosmology
这些课堂讲稿的目的是从天体物理学/宇宙学的角度介绍暗物质。我们从宇宙学的快速概述开始,包括宇宙的演化,它的热历史和结构形成。然后,我们从星系、星系团、宇宙微波背景辐射的各向异性和大尺度结构的观测结果中,探讨了暗物质的观测证据。为了探测暗物质,我们需要知道它是如何分布的,特别是在银河系中,所以接下来我们将概述数值模拟和观测的相关结果。最后,我们通过观察天体物理学和宇宙学观测可以告诉我们关于暗物质的性质来得出结论,重点是两个特殊的情况:温暖和自我相互作用的暗物质。
2021-11-10 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology and astrophysics from relaxed galaxy clusters - IV: Robustly calibrating hydrostatic masses with weak lensing
这是研究大质量、动态松弛的星系团的天体物理学和宇宙学的系列论文中的第四篇。在这里,我们使用测量弱引力透镜从称重巨人项目校准钱德拉X射线测量的总质量依赖于假设的流体静力平衡。这种X射线和透镜质量的比较提供了一个测量的组合偏差的X射线流体静力学质量由于天体物理和仪器的来源。假设宇宙学是固定的,并且在从X射线数据确定的特征半径(r_2500)内,我们测量到透镜与X射线的质量比为0.96 +/- 9%(stat)+/- 9%(sys)。我们没有发现这个比例与质量,红移或用于选择样品的形态指标的显着趋势。根据最大规模的,轻松的集群从水力模拟的预测,我们的研究结果不赞成强,百分之十的偏离流体静力学平衡在这些半径。此外,我们发现从c_200 = $3.0_{-1.8}^{+4.4}$的透镜数据测量的样品的平均浓度。在透镜系统学方面预期的短期改进,以及松弛透镜样品的适度扩大,可以很容易地将测量精度提高30- 50%,从而导致在宇宙学约束中采用X射线流体静力学质量估计的类似改进,例如来自星系团气体质量分数的Omega_m。
2015-09-07 astro-ph.CO
Non-Baryonic Dark Matter in Cosmology
本文是对非重子暗物质研究现状的宽带综述。首先回顾了暗物质存在的证据,然后讨论了暗物质如何从小尺度到大尺度分布,最后讨论了暗物质的性质:暗物质候选者及其探测。最后,我讨论了$Λ$ CDM模型的一些局限性,特别强调了范式的小规模问题。
2013-05-01 astro-ph.CO
Thermal Fluctuations of Dark Matter in Bouncing Cosmology
我们研究了在弹跳宇宙学中产生的暗物质粒子的统计性质,特别是其热涨落的演化。通过对超视界模运动方程的显式推导和求解,我们完全确定了一般弹跳背景下暗物质的热扰动演化。我们还证明了超视界模的演化是稳定的,不会破坏一般的弹跳宇宙的背景演化,直到普朗克尺度。在标准暴胀场景中,如WIMP(-less)奇迹,暗物质的超视界热扰动并不存在,而在一般的弹跳宇宙场景中,这种暗物质的超视界热扰动对于检验和区分这两种场景具有重要意义。
2016-08-22 astro-ph.CO
Snowmass Computing Frontier: Computing for the Cosmic Frontier, Astrophysics, and Cosmology
本文介绍了宇宙前沿科学的(离线)计算要求和挑战,涵盖了数据管理,分析和模拟等领域。我们邀请贡献,以扩大所涵盖的主题范围,并加强目前的描述。
2013-11-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Dark Matter in Cosmology
本文从宇宙学和天体物理学的角度综述了暗物质领域的主要理论和实验成果。我们重新审视它从第一次调查的地方天体物理物质,到严格的约束,从最后一次发布的宇宙尺度的数据来的物质属性。为了更接近和证明暗物质的想法,我们将讨论测量暗物质特性的方法和工具,在某些情况下,还将讨论为暗物质提供最直接证据的方法组合,例如子弹星系团。
2014-11-13 astro-ph.CO
SuperNest: accelerated nested sampling applied to astrophysics and cosmology
我们提出了一种方法,以提高嵌套抽样的性能以及其精度。在Chen等人先前工作的基础上,我们表明,后重新分区可用于减少时间量嵌套采样花费在压缩从前到后,如果一个合适的“建议”的分布提供。我们在一个具有高斯后验的宇宙学示例中展示了这一点,并将代码作为LGPL许可的可扩展Python包https://gitlab.com/a-p-petrosyan/sspr发布。
2022-12-04 astro-ph.CO physics.comp-ph
Ultra Long-Term Cosmology and Astrophysics
我们研究天文观测,将是在未来的时间轴相应的人类文明的历史记录到目前为止,$\sim 10^4$年实现。我们研究的红移漂移,宇宙微波背景辐射的演变,和宇宙视差的测量的影响。许多在世纪尺度上罕见的事件将在$\sim 10^4$年的时间尺度上变得容易观察。几个测量有关的重力的影响进行了讨论。
2022-10-03 astro-ph.CO gr-qc
Neutrinos in Cosmology and Astrophysics
本文简要介绍了中微子物理和天体物理的最新进展,这些进展对核物理前沿研究具有重要意义。我们认为,这些发展以新的方式将核物理与观测宇宙学和天体物理学的令人兴奋的发展联系起来。此外,中微子在稠密物质中的行为本身就是多体量子力学的一个基本问题,在某些方面类似于核物质和原子核中的众所周知的问题,在某些方面则完全不同,特别是因为非线性和量子去相干。自相互作用中微子气体是唯一由弱相互作用驱动的多体系统。
2013-03-15 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Quantum corrections to gravity and their implications for cosmology and astrophysics
量子对引力作用的贡献在理论的高阶导数部分相对容易计算。然而,在后暴胀宇宙学和天体物理学中的应用需要对爱因斯坦-希尔伯特作用量和宇宙学常数进行修正,而这些修正我们还不能以一种一致和安全的方式导出。同时,如果我们假设这些量子项是协变的,并且它们具有相关的量值,那么它们的函数形式可以被定义为一个自由参数,这个自由参数可以在唯象基础上定义。事实证明,量子修正原则上可能会导致天体物理学和宇宙学中令人惊讶的强大和有趣的效应。
2012-03-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Simulation-Based Inference
Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo(Kavli宇宙物理与数学统一研究所(WPI),多伦多大学天体物理与空间研究所,东京大学)
本文探讨了基于模拟的推断(SBI)在天文学和宇宙学中的应用,介绍了后验、似然和比值估计等基本技术,讨论了其诊断方法及在实际场景中的选择指南,并指出了训练预算有限是当前的主要挑战。
2026-05-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Physics, Astrophysics and Cosmology with Gravitational Waves
引力波探测器已经在令人感兴趣的灵敏度水平上运行,它们有一个升级的路径,到2014年应该会导致安全的探测。我们回顾了引力波的物理学,它们如何与探测器(棒和干涉仪)相互作用,以及这些探测器如何工作。我们研究了最可能的引力波源,并回顾了用于从探测器噪声中提取其信号的数据分析方法。然后我们考虑物理学、天体物理学和宇宙学的引力波探测和观测的结果。
2009-03-02 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Recent Progress in Cosmology and Particle Astrophysics
近年来,宇宙学和粒子天体物理学取得了巨大的进展。以至于任何敢于提供概述的人肯定会冒着风险,因为他或她自己充其量是不完整和有偏见的,甚至由于作者有限的专业知识而不正确。正是出于这种理解和借口,我冒着风险提出了这篇评论。在简要总结了普朗克任务的第一批成果之后,我重点介绍了在暗能量、暗物质和宇宙中微子研究方面的一些选定的理论和实验进展。希望通过这些令人兴奋的发展一瞥,人们会相信,我们现在离最终了解我们的宇宙更近了一步,而仍然需要重大突破。
2013-10-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Uncertainty and bias of cosmology and astrophysical population model from statistical dark sirens
来自一个合并的致密双星的引力波(GW)辐射是一个标准的警报器,因为每个事件的光度距离可以直接从信号的振幅测量。使用GW警报器约束宇宙学的一种可能性是对二元黑洞(BBH)事件进行统计推断。从本质上讲,这种统计方法可以被视为如下。我们可以通过改变宇宙学参数来修改观测到的BBH事件分布的形状,直到它最终与从天体物理学人口模型构建的分布相匹配,从而使我们能够确定宇宙学参数。在这项工作中,我们推导出Cramér-Rao界的宇宙学参数和那些管理的天体物理人口模型从这个统计暗警报方法通过检查事件分布中包含的Fisher信息。我们的研究提供了分析性的见解,并能够快速而准确地估计暗警报宇宙学的统计准确性。此外,我们认为在宇宙学的偏见,由于未建模的子结构的合并率和质量分布。我们发现天体物理模型中的$1\%$偏差会导致哈勃常数的误差大于$1\%$。当探测到超过$10^4$ BBH事件时,这可能会限制暗警报宇宙学的准确性。
2022-06-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Doppler boosted dust emission and CIB-galaxy cross-correlations: a new probe of cosmology and astrophysics
我们发现了一种新的宇宙学信号,多普勒增强的宇宙红外背景(DB-CIB),产生于星系的特殊运动,其热尘埃发射源的宇宙红外背景(CIB)。这个新的观测是宇宙速度场的独立探测,与著名的运动学Sunyaev-Zel'dovich(kSZ)效应非常相似。有趣的是,DB-CIB不受“kSZ光学深度简并”的影响,使其免受星系形成的复杂天体物理学的影响。我们预测DB-CIB效应在CCAT-Prime和类CIB-like实验的互相关中是可检测的。我们表明,如果没有适当考虑,它还可以作为新的CMB前景,可能会导致未来kSZ交叉相关性的偏差。
2022-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Holographic, new agegraphic and ghost dark energy models in fractal cosmology
我们在分形宇宙学的框架下研究了全息、新年龄和鬼暗能量模型。我们考虑一个充满暗能量和暗物质的分形FRW宇宙。得到了所选暗能量模型在紫外波段的状态方程参数,并讨论了它们的意义。
2012-01-07 astro-ph.CO physics.gen-ph
Unlocking 21cm Cosmology with SBI: A Beginner friendly NRE for Inference of Astrophysical Parameters
本文提出了一种面向初学者的PyTorch流程,用于基于模拟的推断方法MNRE,以从21厘米线功率谱中推断天体物理参数,如电离效率和X射线亮度。
2025-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Chiral effects in astrophysics and cosmology
基本粒子的微观量子特性--手征性,导致了手征反常、手征磁效应和手征等离子体不稳定性等宏观现象。本文综述了手征效应在高能天体物理(如脉冲星反冲、磁星、核坍缩超新星)和早期宇宙学(如原初磁场、重子生成、手征引力波)中的研究进展。我们还提供了一个教学介绍的手征效应和低能量有效的理论来描述他们在和平衡-手征(磁)流体力学,手征动力学理论,手征辐射输运理论中微子。
2022-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Neutrinos in Astrophysics and Cosmology: Theoretical Advanced Study Institute (TASI) 2020 Lectures
我介绍了中微子质量和混合的早期宇宙的稠密环境和天体物理环境中的后果。热效应和物质效应的两个中微子形式主义的背景下进行审查,与方法的扩展到多个中微子。观测到的大中微子混合角对宇宙学轻子(或中微子)不对称性有最强的约束,而新的无菌中微子提供了丰富的可能的新物理,包括轻子不对称性的产生以及暗物质的候选者。本文还综述了宇宙微波背景和大尺度结构对中微子质量和能量密度的限制。最后,我回顾了X射线天文学如何成为中微子物理学的一个分支,在寻找千电子伏级的无菌中微子暗物质辐射衰变。
2021-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Massive and supermassive black holes in the contemporary and early universe and the new problems of cosmology and astrophysics
这是一篇关于大质量原始黑洞的综述的引言、结论和参考文献列表的英文译文,该综述以俄语提交给Uspekhi Fizicheskikh Nauk(物理学-Uspekhi)。如果接受,这篇评论将由《日刊》翻译成英文,并以俄文和稍后的英文发表。本文综述了近年来的天文学资料,这些资料表明大质量原始黑洞在宇宙中所起的作用比人们以前所认为的要重要得多。这对于当代和早期宇宙在红移约为10的情况下都是正确的。本文讨论了1993年提出的在极早期宇宙中产生重和超重黑洞的机制。这种机制预测了原始黑洞的对数正态质量谱,这在过去几年中变得非常流行。提出的机制提出了一个自然的解释,大量的最近的观测数据,这不符合标准的宇宙学和天体物理学。
2017-05-19 astro-ph.CO hep-th
Probing Cosmology and Cluster Astrophysics with Multi-Wavelength Surveys I. Correlation Statistics
即将进行的多波长天文观测将很快发现所有大质量星系团,并对宇宙学和星系团天体物理学提供前所未有的限制。本文通过对与星系团有关的三个观测量的联合分析,包括宇宙微波背景(CMB)中的热Sunyaev-Zel'dovich(tSZ)效应、电离气体的X射线辐射以及星系团引力势对背景星系的引力弱透镜效应,研究了多波段星系团巡天的约束能力。我们开发了一个理论框架来预测和解释两点相关统计之间的三个观测使用半解析模型的集群内介质(ICM)和晕为基础的方法。在这项工作中,我们表明,tSZ中的自动和交叉角功率谱,来自即将到来的任务(eROSITA,CMB-S4和LSST)的X射线和透镜统计可以帮助打破宇宙学和ICM物理之间的简并。这些相关性统计对选择偏差不太敏感,并且能够在遥远,微弱和小的集群中探测ICM物理,否则很难单独检测到。我们表明,相关统计能够提供宇宙学的约束,相当于传统的集群丰度测量,同时约束集群天体物理学。我们的研究结果表明,相关统计可以显着提高即将到来的多波长集群调查的科学回报。
2019-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Cross-correlating 21 cm and galaxy surveys: implications for cosmology and astrophysics
我们预测天体物理学和宇宙学参数之间的协同作用21厘米强度映射和宽视场光学星系调查(光谱和光度)超过$z \sim 0-3$。在这项工作中,我们专注于以下调查组合:(i)在北半球的CHIME和CHIME调查,(ii)LSST和SKA I MID调查,以及(ii)在南半球的MeerKAT和DES调查。我们的$Λ$ CDM宇宙学模型具有参数$\{h, Ω_m, n_s, Ω_b, σ_8\}$,参数$v_{c,0}$和$β$代表的截止和斜率的HI晕质量关系在以前开发的HI晕模型框架,和一个参数$Q$,代表的光学星系偏置的尺度依赖性。使用Fisher预测框架,我们探索(i)HI和星系天体物理不确定性对宇宙学参数约束的影响,假设先验从目前的天体物理知识,(ii)在考虑的三种配置中,天体物理约束的改进,(ii)收紧相对于相应的HI自相关调查的参数约束。
2020-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
New Discoveries in Cosmology and Fundamental Physics through Advances in Laboratory Astrophysics
正如宇宙学和基础物理学(CFP)小组充分意识到的那样,未来十年将看到我们对这些研究领域的理解取得重大进展。引用他们的收费,这些进展将发生在早期宇宙的研究,微波背景,再电离和星系形成的原星系,大尺度结构,星系际介质,宇宙学参数的测定,暗物质,暗能量,重力测试,天文学确定的物理常数,以及使用天文信使的高能物理。在这些领域取得进展的核心是实验室天体物理学的相应进展,这是在2010-2020年十年内充分实现CFP科学机会所必需的。实验室天体物理学包括对产生观测到的天体物理过程的基础物理学的理论和实验研究。我们已经确定的与CFP小组相关的实验室天体物理学的5个领域是原子,分子,等离子体,核和粒子物理。在这里,第2节描述了一些新的科学机会和引人注目的科学主题,这将是实验室天体物理学的进步。在第3节中,我们为这些机会提供了科学背景。第4节简要讨论了实现未来十年CFP科学机遇所需的实验室天体物理学的一些实验和理论进展。根据白皮书征集要求,第5部分提出了四个核心问题和一个具有不寻常发现潜力的领域。最后,我们在第6节中给出了一个简短的后记。
2009-02-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Machian gravity and a cosmology without dark matter and dark energy
宇宙学的标准模型基于广义相对论,要求宇宙95%以上由暗物质和暗能量组成,迄今为止还没有直接的观测证据。这些暗成分的概念基础是基于引力场的强度和物质密度之间的固定关系。过去提出了替代模型来解释宇宙中没有暗成分的观测结果。虽然他们有自己的优点和缺点。本文提出了一个新的基于马赫原理的宇宙学模型。它提供了一个类似于标准宇宙学模型的宇宙学,没有任何特殊的暗物质或暗能量。我们表明,该理论自然地提供了一些几何条款,表现得像暗物质和暗能量和暗辐射。暗辐射的存在为宇宙学提供了新的观测特征。结果表明,该理论得到了大爆炸核合成和宇宙微波背景观测数据的支持,并对宇宙中过量的有效中微子种类和较高的氦质量分数提供了解释.我们还使用Planck+WP数据计算了我们模型的最佳拟合宇宙学参数。
2015-04-10 astro-ph.CO gr-qc
The role of sterile neutrinos in cosmology and astrophysics
我们提出了一个全面的概述扩展的标准模型,其中包含三个右手(无菌)中微子的质量低于电弱标度[中微子最小标准模型,(nuMSM)]。我们考虑宇宙的历史,从暴胀时代到今天,并证明,大多数观察到的现象超出了标准模型可以在这个模型的框架内解释。我们回顾了宇宙的重子不对称性的机制在nuMSM和讨论的暗物质候选人,可以是温暖的或寒冷的,并满足所有现有的限制。从粒子物理学的观点,该模型提供了一个解释中微子味振荡。利用现有的实验技术可以验证nuMSM。
2009-07-22 astro-ph.CO hep-ph
More is Different: Non-Minimal Dark Sectors and their Implications for Particle Physics, Astrophysics, and Cosmology -- 13 Take-Away Lessons for Snowmass 2021
短语“更多就是不同”经常被用来指新的,意想不到的集体现象,当一个给定系统中的状态数量很大时,可能会出现这种现象。在对Snowmass 2021研究的贡献中,我们描述了13种意想不到的集体现象,这些现象可能在暗区包含大量状态时出现,与通常的假设相反。这13个外卖课程涵盖了暗物质物理学的所有相关领域,包括对撞机签名,直接检测签名,间接检测签名,暗物质互补性的新观点,甚至是意想不到的天体物理和宇宙学现象,超越了那些通常与单组分暗物质场景相关的现象。因此,这些经验教训-以及它们所依据的现象-表明,在考虑与非最小暗区有关的可能特征和理论可能性时,需要保持一种广泛的视角。
2022-03-31 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysics & Cosmology from Line Intensity Mapping vs Galaxy Surveys
线强度映射(LIM)提出了有效地观测遥远的暗星系和绘制高红移的物质密度场。在姊妹论文中的形式主义的基础上,我们首先强调了LIM中宇宙学和天体物理学之间的简并性。我们讨论了什么可以限制从测量的平均强度和红移空间功率谱。有了足够的光谱分辨率,2-晕项的大尺度红移空间畸变就可以被测量,这有助于打破偏置和平均强度之间的简并。在较高的光谱分辨率下,测量小尺度的红移空间畸变可以消除1-晕项和散粒噪声项。与外部星系目录或透镜巡天的互相关进一步打破了简并。我们推导出类似于SPHEREx、HETDEX、CDIM、COMAP和CONCERTO的实验的要求。然后,我们重新审视的LIM观测值的最优性的问题,相比星系检测,天体物理学和宇宙学。我们使用匹配滤波器来计算单个源的亮度检测阈值。我们表明,LIM包含的信息太暗,以检测,在高噪声或高混淆制度的星系。我们量化检测到的源的稀疏性和聚类偏差,并将它们与LIM进行比较,表明在这种情况下LIM是物质密度的更好示踪剂。我们通过回答这些问题作为傅立叶尺度的函数来扩展以前的工作,包括第一次宇宙方差,像素到像素的相关性,亮度依赖的聚类偏差和红移空间失真的影响。
2021-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Interacting dark energy models in fractal cosmology
我们在分形宇宙学的框架下研究了相互作用的暗能量模型。我们讨论了一个充满了相互作用的暗能量和暗物质的分形FRW宇宙。得到了暗物质和暗能量的相对密度方程以及减速参数。这个模型展示了新的演化类型,这在具有这种相互作用的宇宙学模型中是不常见的。
2012-05-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmology of axion dark matter
本文综述轴子暗物质宇宙学,涵盖早期宇宙产生机制、轴子质量预言、宇宙学界限及直接与间接探测,为当前搜寻提供关键背景。
2024-05-27 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Constraints on Dark Matter
天体物理学为暗物质的存在提供了证据,并对其性质提出了限制。冷暗物质模型已经成为“标准”宇宙学与宇宙学常数的结合。有迹象表明,“冷”的暗物质可能比最初讨论的“热”。本文综述了暗物质冷/暖性质的主要信息。
2011-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Axion cold dark matter in non-standard cosmologies
本文研究了大爆炸核合成前两种具有非标准热历史的宇宙学场景中冷暗物质轴子的参数空间:低温再加热(LTR)宇宙学和动能宇宙学。如果Peccei-Quinn对称性在暴胀过程中破裂,我们发现LTR宇宙学中允许的参数空间比标准宇宙学中更多,而在Kination宇宙学中更少。相反,如果Peccei-Quinn对称性在暴胀后破缺,Peccei-Quinn标度将比LTR宇宙学中的标准标度高出几个数量级,而比Kination宇宙学中的标准标度低。我们表明,轴子速度色散可以用来区分这些非标准的宇宙学。因此,轴子冷暗物质可能是大爆炸核合成之前宇宙历史的一个很好的探测器。
2009-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Higgs Cosmology and Dark Matter
希格斯真空稳定性对宇宙学有重要影响。特别是,我们认为,如果希格斯真空是亚稳态的,那么暗物质不能包含一个质量小于$10^{15}{\rm g}$在我们过去的整个光锥黑洞。除了是微观黑洞的破坏者之外,希格斯真空衰变也可能是暴胀期间原始黑洞的来源。
2018-09-01 astro-ph.CO hep-ph
HIFlow: Generating Diverse HI Maps and Inferring Cosmology while Marginalizing over Astrophysics using Normalizing Flows
许多正在进行和即将进行的大规模调查预计会提供丰富的宇宙学和天体物理学信息。至关重要的是,现在就为这些调查做好准备,并开发能够有效提取大多数信息的工具。我们介绍HIFlow:中性氢(HI)图的快速生成模型,仅以宇宙学($Ω_{m}$和$σ_{8}$)为条件,并使用一类归一化流模型(掩蔽自回归流(MAF))设计。HIFlow接受了来自宇宙学和天体物理学与机器学习模拟(CAMELS)项目的最先进模拟的培训。HIFlow能够生成逼真的多样化地图,而无需将预期的2D地图结构作为归纳偏差明确纳入流中。我们发现,HIFlow能够再现CAMELS平均值和标准差HI功率谱(Pk)的$\lesssim$ 2的一个因素内,得分非常高的$R^{2} > 90\%$。通过反转流,HIFlow为有效的参数推断提供了易于处理的高维可能性。我们表明,条件HIFlow宇宙学是成功地能够边缘化天体物理学领域的水平,无论恒星和活动星系核的反馈强度。这个新工具代表了迈向更强大的参数推断的第一步,最大限度地提高未来HI调查的科学回报,并开辟了一条新的途径,以尽量减少由于数据压缩到汇总统计而导致的复杂信息的损失。
2022-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
The Cosmology of Composite Inelastic Dark Matter
复合暗物质是实现非弹性暗物质的自然设置-O(100 keV)质量分裂来自组成费米子的自旋-自旋相互作用。在模型中,各组分在轴向U(1)规范对称性下带电,也与标准模型夸克耦合,暗物质从标准模型核非弹性散射,可以解释DAMA/LIBRA年度调制信号。本文描述了复合非弹性暗物质模型的最小实现的早期宇宙学,其中暗物质是由轻夸克和重夸克组成的介子。组成夸克合成为暗介子和重子的过程中,产生的暗物质强子会根据系统中的相对质量标度产生几种不同的性质。
2010-07-06 astro-ph.CO hep-ph
Dark Energy and Cosmology
理解宇宙加速的可能理论解释空间是现代宇宙学的一个核心挑战。这份简短的文件概述了解决这一问题的方法的选定方面,重点是对广义相对论的修改可能是加速的原因,正如在ICHEP 2012会议上的全体会议上所提出的那样。
2012-12-27 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology and Astrophysics of CP-Violating Axions
本文研究具有CP破坏核子Yukawa耦合的ALP,揭示临界核子密度导致的势结构转变,并提出中子星探测与早期宇宙模型构建应用。
2024-08-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Interacting Holographic Generalized Chaplygin Gas in compact Kaluza-Klein cosmology
在紧致Kaluza-Klein宇宙学框架下研究了相互作用广义Chaubergin气体模型的全息暗能量对应。得到了修正的全息暗能量和状态方程参数的演化,利用密度参数的现有观测值,形成了容纳暗能量的稳定组态。我们注意到暗能量和幻影场之间的联系,并表明暗能量可能是从过去的幻影状态演变而来的。
2013-03-11 astro-ph.CO gr-qc
Dark matter in $R+R^2$ cosmology
考虑了在$R^2$ -修正重力法中生产大体积稳定文物的问题。结果表明,大质量粒子的宇宙学演化和动力学与传统宇宙学有很大不同。结果适用于最轻的超对称粒子,有人认为,他们是可行的候选人的成分的暗物质,如果他们的质量约为1000 TeV。
2019-04-04 astro-ph.CO hep-ph
Accelerating Cosmology Driven by Gravitational Production of Dark Matter Particles: Constraints from SNe Ia and H(z) data
利用Ia型超新星和观测的H(z)数据,对不含暗能量的平坦加速模型的自由参数进行了约束.在这个修正的爱因斯坦-德西特宇宙学中,目前的加速阶段不是真空占主导地位,而是引力诱导的冷暗物质粒子产生的结果。该模型在低红移时呈现出从减速到加速的转变,并且能够将冷暗物质图像与最新的哈勃常数H_0测量值、超新星观测值(Constitution样本)和H(z)数据相协调。
2011-03-25 astro-ph.CO gr-qc
Asymmetric dark matter in braneworld cosmology
我们研究了膜世界膨胀时期对非对称暗物质遗迹密度的影响。我们发现,在早期宇宙的兰德尔Sundrum II(RSII)模型预测的膨胀率增强导致早期粒子冻结和增强的遗物密度。Okada和Seto(2004)在对称暗物质模型中观察到了这种效应,这里我们将他们的结果推广到非对称暗物质的情况。我们还讨论了膜世界场景中增强的非对称湮灭率及其对间接探测实验的影响。
2014-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Snowmass Theory Frontier: Astrophysics and Cosmology
我们总结了过去十年在理论天体物理学和宇宙学方面取得的进展,以及未来十年的兴趣领域。本报告是作为TF09“天体物理学和宇宙学”专题组摘要为理论前沿编写的,作为Snowmass 2021进程的一部分。
2022-09-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Anomaly mediated SUSY breaking scenarios in the light of cosmology and in the dark (matter)
反常中介是一种流行的和动机良好的超对称性破缺方案。不同的可能的详细实现这一设置的研究和积极寻找在对撞机。除了来自味道,低能物理和直接对撞机搜索的限制外,这些模型通常受到再现宇宙中暗物质密度观测的要求的限制。我们重新分析这些界限,特别是我们专注于暗物质的界限都考虑到标准的宇宙学模型和替代宇宙学的情况。这些场景不会改变可观测的宇宙学,但遗迹暗物质密度边界强烈依赖于它们。我们认为标准宇宙学暗物质界限排除的基准点很少,并建议放松暗物质的约束是必要的,以避免太强的(宇宙学)模型依赖于这些模型获得的限制。我们还简要讨论了现象学的影响,特别是在大型强子对撞机。
2011-03-16 astro-ph.CO hep-ph
Strangeness in Astrophysics and Cosmology
讨论了奇异夸克物质在天体物理系统中的作用和早期宇宙中QCD相变的一些最新进展。软核物质状态方程的因果关系约束提取的阈下K介子的生产在重离子碰撞被用来推导致密星的质量上限。本文概述了奇异夸克物质的粘滞性与旋转动力夸克的引力波辐射之间的相互作用。通过对两颗奇异星并合的详细数值研究,透视了宇宙射线中奇异夸克物质块的通量。最后,我们讨论了早期宇宙中QCD相变的一个新的方案,它允许一个小的暴胀时期,由于一个明显的一级相变在大的重荷化学势。
2010-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE nucl-th
Astrophysics and cosmology with a decihertz gravitational-wave detector: TianGO
我们提出的天体物理学的情况下,基于空间的,分赫兹引力波(GW)探测器。我们特别强调的能力,推断源的天空位置,无论是当与地面探测器网络相结合,形成一个长的三角测量基线,并通过自己的合并事件的早期预警。这种精确的位置测量是将GW信号用作限制哈勃常数的标准警报的关键。这类探测器也开辟了可能性,以测试Ia型超新星的祖先假说,通过限制合并率的白矮星双星与超级和亚克拉塞卡质量分别。我们还将讨论其他可以实现的科学成果,包括早期宇宙结构形成的约束,中等质量黑洞的寻找,黑洞自旋的精确测定,双星系统轨道偏心率演化的探测,以及合并双星周围第三质量的探测。
2020-06-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Interactions and Instabilities in Cosmology's Dark Sector
我考虑的是暗能量和暗物质之间的耦合。我描述了如何存在的绝热制度,其中的暗能量场瞬间跟踪其有效潜力的最小值,打开了大门的灾难性的不稳定性。这种{ \it绝热不稳定性}紧密地约束了广泛的一类相互作用的暗扇区模型。这次演讲是在DPF-2009会议上提出的,并将出现在会议记录中。
2009-10-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Solar System, Astrophysics, and Cosmology from the Derivative Expansion
在本文中,我们将展示如何太阳系,银河系和宇宙学的尺度,容纳在一个单一的框架,即在衍生的扩展框架。基于爱因斯坦方程和导数展开方法,我们构造了一个描述沉浸在暗物质和暗能量中的Schwarzschild黑洞的局部惯性静态度规.在膨胀中的首阶度规对应于太阳系,一阶度规对应于星系,二阶度规对应于宇宙学。它显示了这个度规如何捕捉在每个尺度上的主要观测结果:在太阳系中,它平凡地给出了开普勒物理,在星系中,它给出了旋转曲线的平坦部分和重子Tully-Fisher关系,在宇宙学尺度上,它给出了宇宙学红移,加速膨胀,并且在适当的极限和近似下与罗伯逊-沃克时空相吻合。
2021-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
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
GALLUMI: A Galaxy Luminosity Function Pipeline for Cosmology and Astrophysics
对高红移星系的观测为我们提供了一个丰富的工具来研究再电离时代的物理学。这些天体的光度函数(LF)是控制星系形成的复杂过程的间接示踪剂,包括第一个暗物质结构。在这项工作中,我们提出了一个广泛的分析紫外星系LF在高红移提取宇宙学和天体物理参数。我们提供了一些唯象的方法在模拟的紫外线LF,并考虑到各种来源的不确定性和系统学在我们的分析,包括宇宙方差,尘埃消光,散射的晕星系连接,和Alcock Paczyrobski效应。使用紫外LF测量从哈勃太空望远镜连同外部数据的物质密度,我们推导出的大规模的物质集群振幅为$σ_8=0.76^{+0.12}_{-0.14}$,边缘化后的未知天体物理参数。我们发现,与目前的数据,这一结果是我们选择的天体物理建模,以及校准的基础晕质量函数只有弱敏感。作为交叉检查,我们使用来自IllustrisTNG流体动力学模拟的模拟数据运行我们的分析管道,并找到与其输入宇宙学一致的结果。此外,我们对未来的太空望远镜进行了简单的预测,预计比我们目前的结果提高约30%。最后,我们得到的天体物理参数和这里考虑的模型的晕星系连接的约束。在这项工作中讨论的所有方法都是以通用的似然码GALLUMI的形式实现的,我们将其公开。
2022-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Ultralight Dark Matter: Undergraduate Physics in Modern Cosmology
Truman State University(特鲁曼州立大学)
本文通过大学物理知识探讨超轻暗物质的理论与实验特性,提供教学资源以将前沿研究引入课堂。
2026-03-13 astro-ph.CO hep-ph physics.ed-ph
Constraints on Tsallis Cosmology from Big Bang Nucleosynthesis and Dark Matter Freeze-out
我们认为Tsallis宇宙学作为一种方法,热力学引力和推导出的Tsallis参数的约束是$β<2$通过使用来自形成的原始轻元素,氦,氘和锂,从大爆炸核合成(BBN)的观测数据,它只允许一个非常微小的偏差从广义相对论(GR)。其次,我们考虑了Tsallis宇宙学时代的热暗物质(DM)冻结机制,并从观测到的DM遗迹丰度导出Tsallis参数的界限为$1-β< 10^{-5}$。
2021-04-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph