CosmoSpec: Fast and detailed computation of the cosmological recombination radiation from hydrogen and helium
我们提出了第一个快速和详细的宇宙学复合辐射的计算过程中释放的氢（红移z ~ 1300）和氦（z ~ 2500和z ~ 6000）的复合时期，介绍了代码CosmoSpec。我们的计算包括重要的辐射转移效应，所有三个物种的500壳层束缚和自由束缚发射，电子散射和自由-自由吸收的影响，以及物种间（HeII --> HeI --> HI）的光子反馈。后一种效应改变了复合辐射的形状和幅度，CosmoSpec比以前的处理方法有了显着改善。利用有效的多级原子和电导方法，一次计算在标准笔记本电脑上只需约15秒，而以前的计算需要数天。考虑到宇宙复合线的探测，以及人们希望从三个复合时期每个氢原子发射的~ 6.1个光子中了解到什么，这是朝着详细预测和可行性研究迈出的重要一步。我们简要地说明了一些参数的依赖关系，并讨论剩余的不确定性，特别是有关碰撞过程和中性氦原子模型。
2015-10-13 astro-ph.CO
Constraint on the chemical potentials of hydrogen and proton in recombination
该研究从化学势演化角度重审氢复合历史，推导其随温度和电离度变化的表达式，发现 z≈1200、X_e≈1/3 时氢与质子化学势间的约束，并比较 Peebles 与 CosmoRec 预测。
2023-05-29 astro-ph.CO
Cosmological hydrogen recombination: The effect of extremely high-n states
宇宙学氢复合的计算对于从宇宙微波背景（CMB）观测中提取宇宙学参数以及对暴胀和再电离施加约束至关重要。普朗克任务和未来的实验将在小至l~2500的角标度上对CMB各向异性进行高精度测量，这就需要以~10^{-3}的分数精度计算复合。最近的工作包括从高激发态的双光子跃迁和许多辐射转移效应。现代复合计算分别遵循氢原子的角动量子能级，以精确处理后期（z<900）的非平衡效应。包含极高n（n>100）的氢态在计算上是具有挑战性的，直到现在还无法确定预测CMB各向异性谱所需的最大n，并具有足够的普朗克精度。在这里，从一个新的多级原子代码（RecSparse）的结果。对于第一次，“禁止”氢的四极跃迁，但被证明是可以忽略不计的。RecSparse旨在快速计算复合历史，包括氢中极高的n态。计算一系列高达n_max=250的值的历史，分别跟踪氢原子的所有角动量子能级和能量壳层。使用不够高的n_max值（例如，N_max=64）导致错误（例如，1.8普朗克的σ）。外推误差，所得的CMB各向异性谱收敛到0.5 σ在费舍尔矩阵水平的n_max=128，在纯辐射的情况下。
2010-04-15 astro-ph.CO
Relative contribution of the hydrogen 2S two-photon decay and Lyman-alpha escape channels during the epoch of cosmological recombination
讨论了在最后一个散射面的宽度范围内及其边界附近，由于2s双光子逃逸和由于Lyman- $α$光子从共振中逃逸所引起的宇宙重组数比的演化.我们讨论了这个比例如何随时间演变，以及它如何定义的轮廓的莱曼- $α$线的光谱中的CMB。解释它的时间依赖性的一个关键原因是在红移$z \la 750$处2 p能级相对于2s能级的强过剩。
2017-11-15 astro-ph.CO
Revised Big Bang Nucleosynthesis with long-lived negatively charged massive particles: updated recombination rates, primordial 9Be nucleosynthesis, and impact of new 6Li limits
我们广泛地重新分析了长寿命的带负电荷的大质量粒子X-对大爆炸核合成（BBN）的影响。含X粒子的BBN模型最初是由于标准BBN模型预测的6，7 Li丰度与贫金属星观测结果之间的差异而提出的。在这个模型中，7 Be通过与X粒子的复合以及随后的辐射质子捕获而被破坏。我们计算了7 Be，7 Li，9 Be和4 He与X-的辐射复合的精确速率。在非共振率，我们考虑到各自的部分波的散射状态和各自的束缚状态。核电荷分布的有限尺寸导致波函数偏离点电荷核的波函数。对于一个重X-质量，m_X \gtrsim 100 GeV，d-波-> 2 P跃迁对7 Li和7，9 Be是最重要的，不像与电子的复合。我们提出的m_X=1000 GeV的7 Be复合的非共振速率比现有的速率大6倍以上。此外，我们提出了一个新的重要反应的9 Be生产：重组的7 Li和X-其次是氘捕获。我们导出了X核的结合能、反应速率和Q值。然后，我们计算BBN，发现7 Be的破坏量显着依赖于7 Be的电荷分布。最后，更新的约束条件的初始丰度和寿命的X-的修订上限的原始6Li丰度的上下文中导出。修正了7 Li问题解的参数区域，修正了原始9 Be丰度。
2014-06-18 astro-ph.CO
Recombinations to the Rydberg States of Hydrogen and Their Effect During the Cosmological Recombination Epoch
本文讨论了在宇宙学复合时期氢原子的复合对高激发态（n > 100）的影响。为此，我们开发了一个新的ODE求解器的重组问题，隐式齿轮的方法的基础上。这个求解器允许我们在氢模型中包含多达350个l分辨的壳层或~ 61000个分离的能级，并在~27小时内解决一个宇宙学的复合问题。与我们之前的重组代码相比，这是一个巨大的性能改进，对于我们之前的重组代码，100壳计算（5050个独立的状态）已经需要在单个处理器上花费约150小时。我们表明，对于350壳层的红移z ~200的自由电子分数的结果实际上已经收敛。在z ~200处自由电子分数的最终修改从100个壳层的约\DeltaNe /Ne ~2.8%降低到350个壳层的\DeltaNe /Ne ~1.6%。然而，在大的多极l的CMB功率谱的相关变化是相当小的，因此，精确的计算与普朗克数据的分析已经~100壳预计是足够的。尽管如此，τ的总值仍可能受到显著影响。我们还简要地研究了碰撞对复合动力学的影响。利用我们目前对碰撞率的估计，我们发现在z ~ 700处的修正为\DeltaNe /Ne ~ -0.088%，这主要是由与质子的l变化碰撞引起的。此外，我们目前的宇宙复合谱的结果，表明在低频率碰撞过程是重要的。然而，当前碰撞速率的精确度不足以精确计算ν<~ 1GHz处的复合谱的模板，并且碰撞对复合动力学的影响也受到这些速率的不确定性的影响。
2010-06-14 astro-ph.CO
Molecular hydrogen in the cosmic recombination epoch
随着对宇宙微波背景辐射各向异性的精确测量的出现，相应地激发了对宇宙复合历史的精确计算。由于氢原子的$n=2$能级存在“瓶颈”，宇宙复合的过程远远超出了平衡状态：原子只能通过缓慢的过程到达基态：双光子衰变或莱曼-$n=2$共振逃逸。然而，即使是一个小的原始丰度的分子可以有一个大的影响线间的不透明度在重组时期，并导致一个额外的路线氢重组。因此，本文计算了宇宙复合时期H $_2$分子的丰度。基态电子能级X $^1Σ^+_g$中的氢分子可以由激发态H $_2$电子能级B $^1Σ^+_u$和C $^1Π_u$形成，或者通过带电粒子H $_2^+$、HeH $^+$和H $^-$形成。我们遵循所有这些物种之间的过渡，解决旋转和振动的子水平。由于X $^1Σ^+_g$ -B $^1Σ^+_u$（莱曼带）和X $^1Σ^+_g$ -C $^1Π_u$（维尔纳带）跃迁的能量接近莱曼- $α$能量，由逃逸的H莱曼线光子引起的CMB光谱的畸变加速了H $_2$的形成和破坏，这是由于该通道相对于热速率。这导致X $^1Σ^+_g$能级中H $_2$分子的布居数偏离其热平衡丰度。我们发现，由此产生的H $_2$丰度是在$z=1200$处的$10^{-17}$和在$z=800$处的$10^{-13}$，其太小而不会对重组历史产生任何显著影响。
2010-12-10 astro-ph.CO
Cosmological Hydrogen Recombination: influence of resonance and electron scattering
本文考虑了共振和电子散射对宇宙学氢复合过程中莱曼α光子逃逸的影响。我们特别注意原子反冲，多普勒提升和多普勒展宽的影响，使用Fokker-Planck近似的再分配函数描述光子的散射运动的氢原子的莱曼α共振。我们扩展了我们最近关于3d/3s-1 s双光子通道对氢复合动力学的影响的论文的计算，同时包括了问题的全部时间依赖性，热力学修正因子，导致发射和吸收轮廓之间的频率依赖性不对称性，以及与3d/3s-1 s发射和吸收过程的双光子性质有关的量子力学修正对莱曼α发射轮廓的精确形状的影响。我们发现，由于光子在频率上的重新分布，在z~900处，氢的复合速度加快了DN_e/N_e~-0.6%。对于CMB温度和偏振功率谱，这导致|DC_l/C_l|在l >~ 1500时约为0.5%-1%，因此对于未来在普朗克测量员、SPT和ACT背景下分析CMB数据将是重要的。原子反冲效应（在z~900处DN_e/N_e~-1.2%）是对这种修正的主要贡献，而多普勒增强和多普勒展宽部分抵消了这种修正，使氢复合速率在z~900处再次减慢了DN_e/N_e~0.6%。在z~1100处，汤姆逊可见度函数的最大值附近的电子散射的影响可以忽略不计。（节略）
2009-04-15 astro-ph.CO
Influence of a quasi-molecular mechanism of recombination on the formation of hydrogen in the early universe
在准分子理论框架下，对宇宙演化过程中复合前阶段氢原子的形成进行了定量分析。绝热多级表示的计算使得能够估计辐射跃迁的概率。复合的准分子机制允许氢分子离子$H_2^+$在其基态下形成。这个过程的概率与氢原子产生的概率相当。第二个质子参与复合增加了电子的结合能，降低了氢的复合速率。
2020-08-03 astro-ph.CO physics.atom-ph
Two-photon approximation in the theory of the electron recombination in hydrogen
本文提出了氢原子激发态多光子衰变的严格QED理论。提出了“双光子”近似，它受到单光子和双光子跃迁的限制，包括双光子级联跃迁。这对于严格描述氢原子的复合过程，以及从理论上研究早期宇宙中氢原子复合的历史是有帮助的。
2010-03-09 astro-ph.CO physics.atom-ph
The Thermal Sunyaev-Zeldovich Effect of Primordial Recombination Radiation
原初氢氦等离子体的复合辐射导致了宇宙微波背景辐射的普朗克谱形畸变。我们讨论了考虑原始复合辐射（PRR）的热Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应。由于在热SZ效应中，光子的重新分布取决于光谱的导数，因此在初始光谱中，由于PRR引起的对SZ效应的相对校正的值显著高于由于PRR引起的相对校正。对PRR引起的热SZ效应的修正计算表明，随团簇参数的不同，在宇宙微波背景辐射（CMB）占主导地位的频率$ν$ = 0.3 - 700 GHz范围内，PRR引起的相对修正具有“纯”SZ效应（即纯普朗克谱的SZ效应）的$10^{-9} - 10^{-6}$量级。来自不同方向（通过团内和近团间介质）的PRR强度差异在$ν\simeq 337$ GHz（在考虑范围内的最大值）达到22 mJy/ster。2)在700 ~ 5000 GHz宇宙红外背景（CIB）显著甚至占主导地位的频率范围内，PRR的相对修正可达到“纯”SZ效应的$ν$- $10^{-5}$。相应的强度差达到高达25 mJ/ster的值（在$ν\simeq 1700$ GHz下）。此外，我们建议修改的方法的电子气温度测定使用的SZ效应由于PRR的校正。这样的修改允许一个简化的集群电子气体温度的测定与已知的方法相比。
2014-02-18 astro-ph.CO
The impact of Hawking radiation from primordial black holes on recombination and the Hubble tension
Swinburne University（斯威本科技大学）；ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics (CDM)（暗物质粒子物理卓越研究中心）
研究原初黑洞霍金辐射对复合及哈勃张力的影响，通过Recfast软件模拟计算，发现特定PBH能量密度可增加H_0值以缓解哈勃张力，受灰体因子影响，拟合CMB后张力未全消，建议局部测量H_0。
2026-07-22 astro-ph.CO
Lyman-alpha transfer in primordial hydrogen recombination
来自宇宙微波背景（CMB）各向异性的宇宙学约束依赖于对宇宙复合历史的精确理论计算。最近的工作强调了辐射转移计算的重要性，由于在HI莱曼线的高光学深度。莱曼-α线中的传输主要由真实发射和吸收、哈勃膨胀和共振散射决定。共振散射导致光子由于来自氢原子的热速度的随机反冲而在频率上扩散，并且还由于经由原子反冲的能量损失而向较低频率漂移。过去的分析莱曼-α转移在复合时代要么考虑了这些过程的一个子集，忽略了时间依赖性，或错误地假设相同的发射和吸收曲线。我们在这里提出了一个完全依赖于时间的辐射转移计算的莱曼α线，包括所有这些过程，并将其与以前的结果，忽略了共振散射。我们发现一个更快的重组由于反冲增强莱曼-α逃逸率，导致在z=900的自由电子密度为0.45%的减少。这导致小尺度CMB功率谱的增加，这对于当前数据是可以忽略的，但对于普朗克来说将是0.9西格玛校正。我们讨论的原因，我们发现一个较小的修正比其他一些最近的计算。
2009-06-30 astro-ph.CO
Radiative transfer effects during primordial helium recombination
在本文中，我们完善了原始氦复合的计算，占几个额外的影响，被忽略或处理更近似在以前的研究。其中包括考虑（i）2^1 P_1 - 1^1 S_0和2^3 P_1 - 1^1 S_0共振之间的随时间变化的辐射转移相互作用;（ii）对于部分重叠的n^1 P_1 - 1^1 S_0，与时间相关的辐射转移，n^1 D_2 - 1^1 S_0和n^3 P_1 - 1^1 S_0系列，其中3 ≤ n ≤ 10;（iii）核方法中的电子散射。我们还简要地讨论了电子散射和HI四极线对氢复合的影响。虽然所有考虑的过程的物理是有趣和微妙的，对于标准宇宙学，Y_p \sim 0.24，相对于CosmoRec的先前实现，在氦复合期间对电离历史的总体校正仍然小于|Δ Ne/Ne| \sim 0.05%。主要的改进是由于2^1 P_1 - 1^1 S_0共振的共振散射的一致包含。对于具有大氦分数的宇宙学，Y_p \sim 0.4，差异达到|D N_e/N_e|在z \sim 1800处的\sim为0.22%，然而，对CMB功率谱的总体校正很小，超过|D C_l/C_l| \sim 0.05%，仅在1> \sim 3000时。与当前版本的Recfast相比，|D C_l/C_l|对于Y_p \sim 0.4和标准值Y_p \sim 0.24，在1 \sim 3000时\sim 0.4%，我们发现差异|DC_l/C_…
2012-05-10 astro-ph.CO
Hydrogen recombination in the early Universe in the presence of a magnetic field
本文研究了早期宇宙中存在磁场时的氢复合。推导了在磁场存在下的复合温度方程。弱场和强场的极限情况被认为是。结果表明，存在一个临界磁场，在该磁场以上，系统在所有温度下都处于氢原子相。估计了在磁场存在下复合温度的相对位移，并证明了这种位移是很小的。
2015-09-03 astro-ph.CO hep-ph
Ultrafast effective multi-level atom method for primordial hydrogen recombination
宇宙学氢复合由于其对预测宇宙微波背景各向异性功率谱的重要性，最近又重新引起人们的关注。已经清楚的是，为了获得足够精确的复合历史，有必要考虑大量n >~ 100的氢原子能壳层，分别遵循角动量子态。然而，遵循所有这些能级的总体的多能级原子代码在计算上是昂贵的，限制了最近的分析，只有在参数空间中的几个点。在本文中，我们提出了一种新的方法来解决多能级原子的复合问题，它分裂成一个计算昂贵的原子物理学组件，是独立的宇宙学，和超快宇宙演化组件的问题。原子物理学部分遵循激发态之间的束缚-束缚和束缚-自由跃迁网络，并计算辐射连接到基态的一小部分“界面”态的有效跃迁率。宇宙学演化分量只遵循界面态的布居。通过预表的有效率，我们可以减少多能级原子计算的经常性成本超过5个数量级。所得到的代码是足够快的马尔可夫链蒙特卡罗参数估计算法。它还不包括最近一些论文中考虑的辐射转移或高n双光子过程。为了产生可用于普朗克数据分析的重组码，还需要对这些效应进行进一步的分析处理。
2010-08-14 astro-ph.CO
The 21-cm Signal from the Cosmological Epoch of Recombination
中性氢的红移21厘米发射提供了一个独特的工具，在三维空间中映射早期宇宙的结构形成。在这里，我们提供了第一个详细的计算21厘米发射信号期间和之后的氢复合的红移范围为z ~ 500- 1100，对应于观察到的波长为100-230米。21厘米谱线偏离了与宇宙微波背景（CMB）的热平衡，这是由于氢和氦的复合产生了过量的Ly-alpha辐射。由此产生的21厘米信号达到毫开尔文的亮度温度，比以前估计的大几个数量级。与现有的CMB各向异性二维图相比，未来的月球或天基天文台对它的探测可以大大改善宇宙学初始条件的统计约束。
2013-11-28 astro-ph.CO
Effective conductance method for the primordial recombination spectrum
当原子在原始复合过程中第一次形成时，它们发出束缚-束缚和自由束缚辐射，导致宇宙微波背景的光谱失真。这些扭曲在未来可能会被高灵敏度光谱仪观测到，并为了解早期宇宙的物理条件提供了一个新的窗口。通常用于计算复合光谱的标准多级原子方法在计算上是昂贵的，阻碍了迄今为止对光谱失真中包含的信息的详细定量探索。在这项工作中，它表明，在光学薄允许过渡的发射率可以被分解成一个计算昂贵，但宇宙学独立的部分和一个计算便宜，宇宙学依赖的部分。计算的缓慢部分包括预计算温度相关的有效“电导”，线性相关线或连续强度偏离萨哈平衡的最低阶激发态（2s和2 p），可以被视为“电压”。由于在早期工作中引入了有效的多级原子方法，计算这些偏离平衡的红移函数本身就非常快。通过这种因式分解，在标准笔记本电脑上，复合光谱的单次计算的重复成本仅为几分之一秒，比标准计算短四个数量级以上。氦复合的光谱可以用同样的方法有效地计算，并且用这种方法计算完整原始复合光谱的快速代码将很快公开。
2012-11-16 astro-ph.CO physics.atom-ph
Mergers of primordial black holes in extreme clusters and the $H_0$ tension
本文考虑一个暗物质的宇宙学模型，该模型是由质量为$18-560M_\odot$的稠密弱相对论性星系团中的$\sim10^{-12}M_\odot$原始黑洞构成的。结果表明，在黑洞的多次碰撞过程中，初始质量的$\sim10$在从复合到红移$z\geq 10$的时间间隔内可以转化为引力波.在复合时期，物质的密度大了$\sim10$ %，因此，宇宙膨胀率也更高。这导致声水平标度的缩短，这对于解决“$H_0$张力”问题是必要的。
2021-05-14 astro-ph.CO
Lowest order thermal correction to the hydrogen recombination cross section in presence of blackbody radiation
本文基于量子电动力学微扰理论，研究了黑体辐射下氢原子复合与电离截面的最低阶热修正，并讨论了其在实验室及天体物理温度范围内的效应。
2021-08-30 astro-ph.CO physics.atom-ph
Time of primordial Be-7 conversion into Li-7, energy release and doublet of narrow cosmological neutrino lines
在大爆炸核合成过程中产生的重要轻元素之一是Be-7，当复合变得有效时，Be-7通过电子捕获衰变为Li-7，但在Saha平衡复合达到之前。这意味着Be-7应该等到它的复合时期，即使类氢铍原子的半衰期只有106.4天。考虑到超精细结构子能级的布居数和复合、光电离和转换速率的动力学方程，我们计算了原始Be-7到Li-7的转换发生的时间。我们还计算了Be-7衰变产生的窄中微子偶线的能量和光谱。
2011-05-31 astro-ph.CO nucl-th
Comment on "Two-photon approximation in the theory of electron recombination in hydrogen" (D. Solovyev and L. Labzowsky, Phys. Rev. A 81, 062509 (2010))
本文给出了D. Solovyev和L. Labzowsky内级联近似，被重新审视。某些衰变通道的校正结果与这些作者的原始结果有时相差一个数量级。一些方面的宇宙重组过程中澄清。
2011-12-09 astro-ph.CO physics.atom-ph
High-n Hydrogen Recombination Lines from the First Galaxies
我们调查的前景盲目和有针对性的搜索在无线电域（10 MHz至1太赫兹）的高n氢复合线从第一代星系，在z < 10。预期的光学薄自发α线光度计算作为一个函数的绝对AB星系在1500埃的星等。对于盲目的搜索，半经验光度函数被用来计算的星系的数量，其预期的流量密度超过假设的可探测性阈值。在10^4 km/s的基准瞬时通带中，在给定的观测频率下，至少有一个可探测星系的最小天空面积图可以用来评估给定设施探测所需的盲搜索时间。我们发现，检测的机会是最高的mm和submm域，但发现自发发射在盲目的搜索，特别是从红移z >> 1，是一个挑战，即使与强大的设施，如ALMA和SKA。在被引力透镜放大的Lyman-break星系中，有针对性地搜索主量子数n ~ 10的谱线，成功的概率较高。在这样一个星系中探测到不止一条氢谱线将允许谱线识别和星系红移的精确测定。
2013-08-28 astro-ph.CO
Cosmic Recombination in the Presence of Primordial Magnetic Fields
本文扩展磁流体动力学代码ENZO，首次详细分析原初磁场对宇宙复合的影响，发现Lyman-$α$光子混合加速复合且重子加热效应被抵消，为CMB数据精确比较提供理论基础。
2024-11-15 astro-ph.CO hep-ph
Primordial magnetic fields generated by the non-adiabatic fluctuations at pre-recombination era
在预复合时代，宇宙学密度涨落可以通过汤姆森散射自然产生磁场。在以往的研究中，只考虑了初始绝热涨落产生的磁场。本文基于宇宙学扰动理论，利用光子流体和重子流体之间的紧耦合近似，研究了由原初非绝热涨落产生的宇宙学磁场.结果表明，在紧耦合近似的一阶展开下，非绝热涨落产生的磁场是可以产生的。这一结果与绝热初始涨落的情况相反，绝热初始涨落的情况下只能产生二阶的磁场。在一个一般的情况下，原始密度扰动包含小的非绝热波动上的主要绝热的顶部，我们表明，领先的磁场的来源是由二阶耦合的绝热和非绝热波动。我们计算了当非绝热涨落具有蓝色功率谱时所产生的磁场的功率谱，这是最近的宇宙学观测所提出的。
2011-11-25 astro-ph.CO gr-qc
Advanced Three Level Approximation for Numerical Treatment of Cosmological Recombination
本文介绍了一种新的用于快速计算原初氢氦等离子体宇宙学复合的公开数值程序。该代码是基于三能级近似（TLA）模型的复合，并允许我们考虑到一些精细的物理效应的宇宙学复合的同时使用fudge因子。代码可以在http://www.ioffe.ru/astro/QC/CMBR/atlant/atlant.html上找到
2011-04-15 astro-ph.CO
Perturbed recombination from inhomogeneous photon injection and application to accreting primordial black holes
早期宇宙中的外来电磁能量注入可能会改变宇宙复合，并最终改变宇宙微波背景（CMB）的各向异性。此外，如果能量注入不均匀，则可能会导致空间变化的电离分数以及宇宙微波背景中的非高斯性。然而，这些信号的可观测性取决于注入的粒子传播多远，并将其能量沉积到原始等离子体中，相对于能量注入波动的特征尺度。在这项研究中，我们检查的空间特性的能量沉积和扰动重组所造成的非均匀能量注入次10兆电子伏的光子，相关的吸积原始黑洞（PBH）。我们开发了一个新的Monte-Carlo辐射输运代码占所有相关的光子相互作用在这个能量范围内，并包括次级电子能量沉积效率，通过一个新的解析近似。对于指定的注入光子光谱，代码根据时间和距注入点的距离输出注入到沉积格林函数。结合这个输出与扰动复合问题的线性化解决方案，我们得到时间和尺度依赖的沉积电离格林函数。我们应用这个一般框架吸积PBH，其亮度强烈的空间调制的冷暗物质和重子之间的超音速相对速度。我们发现，由此产生的自由电子分数的空间波动是相同的幅度，其平均偏差从标准重组，从目前的CMB功率谱的限制。这项工作表明，吸积PBH的敏感性可能会大大提高传播这些不均匀性的CMB各向异性功率谱和非高斯统计，我们在随后的论文中研究。
2021-09-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Observational Manifestations of Primordial Objects in the Early Universe Through the Hydrogen Subordinate Lines
Special Astrophysical Observatory, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院特别天文台）；Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院核物理研究所）
该研究提出原初天体通过发射少量电子伏特光子布居氢次级能级，可在宇宙微波背景中形成类夫琅禾费吸收光谱，该效应有望被大型射电望远镜观测。
2026-08-18 astro-ph.CO
Metals at the surface of last scatter
标准的大爆炸核合成（BBN）预测只有微量丰富的锂，没有更重的元素，但一些替代预测非零的原始金属丰度。在这里，我们探讨是否CMB测量可能会设置有用的约束的原始金属丰度和/或是否标准CMB计算是强大的，在即将到来的CMB地图的公差，原始金属的可能性。金属会以三种方式影响复合历史（从而影响CMB功率谱）：（1）莱曼α光子可以通过光致电离金属被去除（从而加速复合）。(2)Bowen共振-荧光机制可以降解莱曼-β光子，从而提高莱曼-β逃逸概率并加速复合。(3)金属可以通过提供额外的自由电子来影响CMB可见度函数的低红移尾部。其中最后两个提供最强的CMB信号。然而，只有当原始金属丰度至少是太阳丰度的百分之几（2）和太阳丰度的十分之几（3）时，普朗克卫星才能检测到这种影响。因此，我们得出结论，普朗克将无法改善目前的限制原始金属丰度，在太阳的千分之一的水平，从莱曼α森林和超贫金属晕星，和宇宙微波背景辐射的功率谱预测普朗克遭受不确定性所产生的可能性，可能有原始金属。
2011-03-19 astro-ph.CO
Effects of Varying the Three-Body Molecular Hydrogen Formation Rate in Primordial Star Formation
通过三体反应将原子氢转化为分子氢是原始无金属晕崩溃的关键阶段，宇宙中第一代恒星（第三星族恒星）形成于此。然而，在已发表的文献中，该反应的速率系数是不确定的近一个数量级。我们报告的结果，自适应网格细化（AMR）和平滑粒子流体动力学（SPH）模拟的崩溃的无金属晕作为该速率系数的值的函数。对于每种模拟方法，我们模拟了一个单一的光环三次，使用三个不同的值的速率系数。我们发现，虽然晕实现之间的变化可能大于所造成的三体速率系数正在使用，吸积物理到人口III原恒星以及长期稳定的磁盘和任何潜在的碎片可能强烈依赖于这个速率系数。
2010-11-08 astro-ph.CO
Investigation of the electromagnetically induced transparency in era of cosmological hydrogen recombination
对宇宙微波背景形成过程的研究是目前最实际的问题之一。本文分析了氢原子对外光场的响应。场的特征是通过宇宙复合时代的条件来定义的。用三能级原子近似描述了“原子-场”相互作用。结果表明，在这种情况下发生了电磁感应透明现象。考虑EIT现象，有必要更新天体物理学描述的过程中的宇宙微波背景的形成，特别是索博列夫逃逸概率。发现Sobolev逃逸概率定义中光学深度的附加项约为1%。
2012-07-23 astro-ph.CO physics.atom-ph
Hints of Primordial Magnetic Fields at Recombination and Implications for the Hubble Tension
研究通过PMF增强的重组模型，发现约5-10皮特斯拉的磁场能缓解哈勃张力，且与簇磁场起源相符。
2025-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Stringent Limit on Primordial Magnetic Fields from the Cosmic Microwave Background Radiation
原初磁场（PMF），在宇宙重组之前就存在，引起小尺度的重子密度涨落。这些不均匀性导致了不均匀的复合过程，改变了宇宙微波背景辐射（CMB）的大尺度各向异性的峰值和高度。利用数值可压缩MHD计算和蒙特卡罗马尔可夫链分析，比较计算的CMB各向异性与\textit{WMAP}和\textit{Planck}卫星观察到的，我们得到的推定PMF的大小的限制。我们发现，{ \it总}剩余的现今字段，集成在所有的尺度，不能超过47 pG的尺度不变的PMFs和8.9 pG的PMFs与紫色Batchelor光谱在95%的置信水平。这些限值比CMB先前规定的PMF限值（未考虑此效应）严格一个数量级以上。
2019-07-11 astro-ph.CO
S-Z power spectrum produced by primordial magnetic fields
宇宙极早期产生的原始磁场是星系团中观测到的磁场的起源的候选者之一。复合后，洛伦兹力作用于剩余的离子和电子，产生重子的密度涨落。因此，这些起伏诱导了暗晕的早期形成，暗晕的形成导致了宇宙微波背景辐射中的Sunyaev-Zel'dovich（S-Z）效应。由于原始磁场的这种额外的S-Z效应放大了小尺度上宇宙微波温度各向异性的角功率谱。这种放大依赖于原始磁场谱的同动幅度和幂律指数。通过与小尺度CMB观测结果的比较，我们得到了原始磁场的约束条件，即，当n=-2.9时，B < 2.0 nGauss;当n=-2.6时，B < 1.0 nGauss，其中B是h^-1 Mpc时磁场的同向振幅，n是幂律指数。未来的S-Z测量有可能给出比在复合时期由磁场引起的宇宙微波背景的温度各向异性和极化更严格的约束。
2011-01-28 astro-ph.CO
Primordial magnetogenesis before recombination
宇宙中大磁场的起源目前仍然未知。我们在这里调查的机制之前，重组的基础上已知的物理。涡旋的来源是由于背景光子的涨落引起的光子分布函数的变化。我们表明，在MHD极限，由于库仑散射产生的磁场，是$10^{-49}$ ~G的相干尺度为10 kpc。我们明确表明，从这个过程中产生的磁场是可持续的，不会被电阻扩散擦除。我们将结果与目前的观察结果进行比较，并讨论其影响。我们的种子磁场是在小尺度上产生的，而文献中研究的主要机制是在大于1 Mpc的尺度上产生的。然而，与产生类似尺度的种子磁场的更奇特的理论相比，我们的场的强度通常较小。
2016-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Hydrogen Recombination with Multilevel atoms
氢复合是许多天体中最重要的原子过程之一，如II型超新星（SN~II）大气、宇宙复合时期的高红移宇宙和星际介质中的H II区。如果考虑许多角动量子态、非共振过程，并从辐射转移方程的解计算所有原子过程的速率，而不是在热平衡假设下使用普朗克函数，电离分数的精确预测可能与简单解给出的结果大不相同。我们使用通用模型大气代码PHOENIX 1D来比较基本概率，如光电离概率，逃逸概率和碰撞去激发概率如何受到环境中其他金属，多个角动量子状态和非共振过程的影响。我们的比较是基于SN 1999 em的模型，SNe II型，爆炸后20天。
2010-05-04 astro-ph.CO astro-ph.SR
Cosmology with Recombination Spectrum
精确测量宇宙复合光谱可以为观察早期宇宙提供一个全新的窗口。我们的目标是量化隐藏在宇宙复合谱中的信息，为此，我们开发了一种新的代码，遵循Ali-Haimoud和Hirata（2010），Ali-Haimoud（2013）提出的算法。我们的代码紧密基于COSMOSPEC代码[Chluba and Ali-Haimoud（2016）]。我们发现，使用Fisher信息矩阵，并假设前景可以通过使用更高或更低的频率通道和空间信息减去，超出检测将需要一个实验的灵敏度$25$倍更好的建议的实验PIXIE相比。这样的实验将能够测量宇宙学参数，其精度与CMB各向异性实验具有竞争力。最好的约束参数是重子能量密度，$Ω_{\rm b}$，原则上可以以令人难以置信的精度确定。我们还表明，氢线的形状连接到氢复合的速度，与复合线的峰值重合的复合率的峰值。一般来说，谱线的形状编码了关于作为红移函数的重组率的信息。
2019-10-31 astro-ph.CO
Weak Primordial Magnetic Fields and Anisotropies in the Cosmic Microwave Background Radiation
结果表明，小尺度磁场存在于复合诱导重子密度不均匀性的可观的幅度。这种不均匀性的存在改变了宇宙的电离历史，这反过来又降低了多普勒峰的角尺度，并通过光子扩散增加了丝绸阻尼。这一独特的特征可用于未来的宇宙微波背景观测，以（或证伪）强度为B~10^（-11）高斯的原始磁场的存在。
2011-08-11 astro-ph.CO
Local Bursts Model of CMB Temperature Fluctuations: Scattering in Resonance Lines of Primordial Hydrogen and Helium
在一个平坦的宇宙学模型的框架内，传播的瞬时爆发的各向同性辐射被认为是从它开始的时刻在一些初始红移z 0的时刻，它的注册现在（在z=0）。我们考虑了自由电子的汤姆逊散射和原始氢的La和Lb线以及HeI的1 s2 - 1 s2 p，1 s3 p（1 S-1 P *）线的散射。结果表明，这些谱线中散射引起的光谱失真的相对幅度可能比我们先前论文中考虑的从属谱线中散射引起的最大可能幅度大1000到10000倍（Dubrovich，Grachev，2015）。在线性近似的光学厚度的线，在谐振线的轮廓的失真原来是纯粹的吸收，并不依赖于方向和距离的爆发中心，在对比的轮廓在下属的线。该配置文件包含跳跃的频率对应的源（突发）的外观在一个给定的红移z= z 0。当z 0 =5000时，氢La和Lb线的跳跃分别在493和584 GHz的频率上，当z 0 =6000时，两条HeI线的跳跃分别在855和930 GHz的频率上。跳跃的相对大小为1 e-4 - 3e-3。
2016-05-05 astro-ph.CO
Effect of post-recombination accretion on primordial binary black hole mergers within virialized dark matter halos
Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；Sternberg Astronomical Institute（斯登伯格天文研究所）
研究重组后吸积对原初双黑洞合并的影响，采用BHL和PR两种吸积模型，计算初始PBH质量函数修正等，发现三体通道后期合并率显著增强，还计算了天琴干涉仪探测率，对低丰度PBH合并探测乐观。
2026-07-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Magnetic heating across the cosmological recombination era: Results from 3D MHD simulations
宇宙磁场的起源是一个尚未解决的问题，磁生可能发生在早期宇宙。我们通过三维磁流体动力学数值模拟研究了这种原始磁场在宇宙重组时期的演化。我们计算了衰变磁场对重子的有效加热率或净加热率及其与磁场强度和谱指数的关系。在阻力主导的制度（$z \gtrsim 1500$），在重组之前，我们发现没有真正的加热产生。我们的模拟使我们能够顺利地跟踪一个新的过渡制度（$600 \lesssim z \lesssim 1500$），在那里的磁能衰减，首先，到动能的重子。湍流速度场的建立，直到它饱和，作为净加热率上升，从重组的低值，其峰值接近过渡制度的结束。随后是湍流衰减区（$z \lesssim 600$），其中磁能通过磁场和速度场的湍流衰减消散，而净加热保持可观并缓慢下降。净加热率的峰值和湍流衰减的发生都大大延迟超过重组，高达0.5万年（直到$z\simeq 600-700$），尺度不变的磁场。我们提供了一系列的场强和光谱指数的解析近似和目前的数值结果，说明红移依赖的耗散和净加热率。这些结果可用于研究宇宙微波背景对原始磁场的约束。
2018-05-14 astro-ph.CO
EIT phenomenon for the three-level hydrogen atoms and its application to the era of the cosmological recombination
研究了早期宇宙中的电磁感应透明现象。本文计算了光子在氢原子上单次散射的基本过程，目的是为了在辐射转移理论中应用。发现了依赖于外界条件的附加函数$f$，该函数可以看作是对光学深度的调整，它导致了逃逸概率$p_{ij}(τ_S)\rightarrow p_{ij}(τ_S(1+f))$现代化的必要性。给出了三能级近似下不同原子方案的$f$数值。发现在部分情况下，函数$f$的大小对CMB的形成有显著影响。
2014-03-22 astro-ph.CO physics.atom-ph
Recombination Thickness as an Uncertainty in Inflationary Observables
Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；Khazar University（阿塞拜疆哈萨尔大学）
该研究探讨了再结合时期有限持续时间对宇宙膨胀观测量的影响，提出将原始扰动功率谱转化为概率分布，并指出这种有限的再结合宽度会在lnk上引入高斯平滑尺度，从而导致多极到膨胀e-fold的概率映射。
2026-05-19 astro-ph.CO gr-qc
Ly alpha escape during cosmological hydrogen recombination: the 3d-1s and 3s-1s two-photon processes
我们给出了莱曼α光子的辐射转移方程的一个公式，它允许我们包括宇宙学氢复合过程中3s-1 s和3d-1 s衰变通道的双光子修正。我们用这个方程来计算的Lyman α光子在氢复合过程中的Sobolev逃逸概率的修正，然后让我们计算的变化，在自由电子分数和CMB温度和偏振功率谱。结果表明，在z~1400处，与Sobolev近似相比，有效逃逸几率变化了DP/P ~+ 11%.在z~1190处，这使氢的复合速度加快了DN_e/N_e ~- 1.6%，这意味着|DC_l/C_l| l >~ 1500时约为1%-3%，CMB功率谱中最大值和最小值的位置发生了偏移。这些修正对于分析未来的资本市场管理局数据将是重要的。总校正是三个独立过程叠加的结果，涉及（i）问题的时间依赖性方面，（ii）由于莱曼α线附近的发射和吸收轮廓形状与正常洛伦兹线的量子力学偏差引起的校正，以及（iii）热力学校正因子，这是非常重要的。所有这些修正在Sobolev近似中都被忽略了，但它们在未来的CMB观测中很重要。所有这三个可以自然地获得在莱曼α吸收过程的双光子配方。然而，修正（i）和（iii）也可以在正常的“1+1”光子语言中推导出来，而不一定要去双光子图像。因此，只有（ii）是真正相关的量子力学方面的双光子过程（删节）
2009-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
A quasi-molecular mechanism of formation of hydrogen in the early Universe -- a scheme of calculation
在我们最近的论文（Kereslidze et all 2019 a，2021）中，提出了一种非标准的准分子机制，并应用于处理宇宙学重组。人们假设，在宇宙演化的预复合阶段，一个电子与两个相邻的质子结合，产生了氢分子离子$H_2^+$，处于高度激发态，然后下降到较低的激发态或解离。在这项工作中，我们阐述了计划的计算自由束缚辐射跃迁到吸引态的$H_2^+$的红移$z$的功能。连同早期开发的$H_2^+$中的束缚-束缚辐射跃迁的处理，详细的计算方案可用于设计快速和完整的宇宙学复合代码。
2021-04-22 astro-ph.CO physics.atom-ph
Cosmology on Ultralarge Scales with Intensity Mapping of the Neutral Hydrogen 21 cm Emission: Limits on Primordial Non-Gaussianity
宇宙的大尺度结构提供了有关早期物理过程的关键信息。红移z~1-5的中性氢HI的21 cm发射强度的未分辨地图是获得与早期宇宙直接相关的超大尺度信息的最佳希望。一个专门建造的HI强度实验可以用来检测原始非高斯性的大尺度效应，对不同的暴胀模型施加严格的限制。我们认为，它可能是有可能的地方严格的约束非高斯参数f_NL，误差接近~1。
2013-10-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Resonant high energy graviton to photon conversion at post recombination epoch
本文研究了高能引力子在大尺度宇宙磁场中后复合时的共振转换。结果表明，共振光子产生的几率比非共振光子产生的几率高得多。因此，可能会产生可观测到的宇宙伽马射线各向同性背景。正如我们先前的论文所表明的，在大爆炸核合成（BBN）之前的早期原初黑洞（PBH）可能是高频引力波的有效来源。对于质量约为$10^8$ g的原始黑洞，产生的光子将是软到硬宇宙X射线背景（CXB）的主要成分，对于较低的质量，光谱向下移动到紫外和光学。
2013-05-08 astro-ph.CO gr-qc
Formation of primordial helium: a rapid and simple scheme of calculation
一个快速和相对简单的计算方案，阐述和适用于宇宙学复合的氦。采用非相对论库仑格林函数，碰撞电子的波函数表示在一个积分形式适用于计算。氦的束缚电子用Hartree-Fock波函数描述。计算了氦原子在不同模式下自由-束缚跃迁到激发态的几率和束缚-束缚跃迁的几率。结果表明，自由束缚跃迁概率弱依赖于碰撞电子所经历的场在多大程度上偏离电荷Z=1的纯库仑场，而这些概率强烈依赖于参与重组的束缚活性电子的波函数的选择。
2022-09-10 astro-ph.CO physics.atom-ph
Modified hydrogen recombination rate due to non-Hubble redshift effects
Institute for Nuclear Research of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院核物理研究所）
本研究针对宇宙学参数测量差异问题，修正莱曼-α光子复合速率的计算模型，发现非哈勃红移效应可解释参数差异，且修正模型支持该效应并偏好特定宇宙学参数取值。
2026-10-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial magnetic fields and the Hubble tension
本文提出原初磁场可通过加速复合过程、缩小最后散射面上的声学视界来缓解哈勃张力，且所需磁场强度与观测到的星系、星系团及空洞磁场量级一致。
2023-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Axion absorption and the spin temperature of primordial hydrogen
EDGES实验观测到的宇宙微波背景光谱中的吸收凹陷表明，在宇宙红移z ~ 17处，氢自旋温度出现了无法解释的降低。暗物质轴子的质量可以对应于三重态（H1）和单重态（H 0）之间5.9微电子伏特的超精细分裂。我们用两种方法计算了a+ H 0 H1的速率<->，发现它比CMB介导的跃迁速率小几个数量级，因此无关紧要。因此，这个过程不能用来排除质量=超精细分裂的暗物质轴子。然而，轴子速率有一些有趣的特征，例如，总的来说，它加热了自旋温度，而轴子与质子和电子的耦合也有同样的贡献。
2019-01-20 astro-ph.CO hep-ph
All-sky signals from recombination to reionization with the SKA
宇宙氢含量的宇宙演化，通过重组和再电离的结束，预计将被揭示为微妙的光谱特征，在统一的河外宇宙射电背景。中性氢21厘米自旋翻转跃迁激发温度的红移演化表现为相对于宇宙微波背景的红移发射和吸收。从宇宙黎明和时代的再电离的光谱迹线的精确签名是依赖于恒星和早期星系的第一束缚系统的光谱辐射率，丰度和分布，其中支配的自旋翻转水平人口的演变。当自旋温度偏离周围遗迹宇宙微波背景的温度时，从这些历元红移21厘米，导致在40-200 MHz范围内的全天空光谱结构，几乎完全在SKA低波段内。气体演化的另一个光谱结构是氢和氦复合时期的红移复合线;这一事件产生的弱全天光谱结构最好在SKA-mid的350-3050 MHz波段的上端检测到。SKA干涉仪元件的总功率谱形成了这些来自复合和再电离的微弱信号的测量集;元件间干涉仪vibrations形成了校准集。面临的挑战是在精密偏振校准的元素光谱响应和解决添加剂和不必要的混淆泄漏天空角结构模式到光谱模式。在这里，我们讨论的观测方法和设计要求，使这些全天空SKA测量的宇宙演化的氢。
2015-01-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
H, He-like recombination spectra I: $l$-changing collisions for hydrogen
星云中的氢和氦发射线是由辐射复合形成的。这是一个简单的过程，原则上可以非常精确地描述。He I和H I发射线的比率可用于测量He $^+$ /H $^+$丰度比，其精度与复合速率系数相同。本文研究了关于描述$n$壳层中能量简并态间偶极$l$变化碰撞（$nl\rightarrow nl'=l\pm 1$）的正确理论的争论。半个世纪以来，Pengelly和Seaton（1964）的工作一直被认为是“解决”这个问题的权威性研究。Vrinceanu et al.（2012）建议使用半经典近似的速率系数，其比Pengelly & Seaton（1964）的速率系数小近一个数量级，结果是$nl$种群需要显著更高的密度才能达到局部热力学平衡。在这里，我们比较预测的H~I发射率从两个作品，并发现广泛的差异，高达$\approx 10$ %。这远远超过了从观测中获得原始He/H丰度比所需的1%精度，从而限制了大爆炸宇宙学。我们推荐使用Pengelly & Seaton（1964）的速率系数来描述$l$变化碰撞的H复合谱，这是基于长程偶极相互作用的量子力学表示。
2016-04-13 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
A Bayesian direct method implementation to fit emission line spectra: Application to the primordial He abundance determination
本文提出了一种贝叶斯算法来拟合年轻星团光电离气体的复合谱和碰撞激发谱。目前的模型包括14个维度：两个电子温度，一个电子密度，消光系数，光学深度的$HeI$复合线和9个离子物种。结果是在非常好的协议与以前发表的使用传统的方法。选择概率编程库PyMC 3通过NUTs采样器探索参数空间。这些机器学习工具提供了出色的收敛质量和速度。用氧、氮和硫进行多变量回归，测得原始氦的丰度为$Y_{P,\,O-N-S}=0.243\pm0.005$，与标准的大爆炸情景一致。
2019-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
