Dark Matter Freeze-out in a Matter Dominated Universe
宇宙经历了几个阶段的演变，因为它的各种成分决定了它的能量含量。候选的暗物质粒子可能在任何这样的阶段都经历过冻结。虽然在辐射主导的时代，以及最近在标量场衰变期间，标准的冻结场景已经被探索，但这项工作将暗物质冻结的研究扩展到了宇宙以物质为主且其演化绝热的潜在早期。在绝热物质占主导地位的时代，解耦改变了冻结动力学，因为哈勃速率在物质和辐射占主导地位的情况下参数不同。此外，对于成功的大爆炸核合成，控制早期宇宙能量密度的状态必须衰变，这稀释（或重新填充）了暗物质。因此，与观测到的暗物质遗迹密度相匹配的质量和耦合可能与辐射主导的冻结有很大不同。
2021-08-17 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes, Hawking Radiation and the Early Universe
来自银河系核心的511 keV伽马辐射可能源自核心中的高浓度（$\sim 10^{22}$）的原始黑洞（PBH），每个PBH的霍金辐射包括每秒$\sim 10^{21}$正电子。我们考虑的PBH被认为是最轻的，寿命大于宇宙的年龄（质量$\sim 10^{12}$ kg;史瓦西半径$\sim 1$ fm）。这些PBH只贡献了冷暗物质$Ω_{PBH} \sim 10^{-8}$的一小部分。这个推测性的假设，如果得到证实，意味着同时发现了霍金辐射和早期宇宙的相变。
2005-03-27 hep-ph
Does Unruh radiation accelerate the universe? A novel approach to the cosmic acceleration
我们提出了一个新的机制，目前的宇宙加速。我们发现，在Dvali-Gabadadze-Porrati（DGP）膜世界模型框架下，膜所感受到的Unruh辐射的温度并不等于膜宇宙的固有温度（在视视界处的Hawking温度）.由尘埃主导的膜所感知的Unruh辐射总是比由几何温度测量的膜更温暖，这自然会引起基于最合理的热力学原理的体与膜之间的能量流动。通过对体Unruh辐射与膜物质相互作用的微观机制的深入研究，提出了体Unruh辐射对膜上尘埃物质的能量注入加速了宇宙。
2009-08-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary Gravitational Waves and the Evolution of the Early Universe
我们研究了早期宇宙中可能发生的各种现象对暴胀引力波谱的影响。这些现象包括相变、非相对论物质的熵产生、暗辐射的产生以及热浴中暗物质/辐射的退耦。这些事件可以在暴胀引力波谱中产生几个特征信号，这可能是对早期宇宙历史和高能物理性质的直接探测。
2013-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Spectra of fermions produced by a time-dependent axion in the radiation- and matter-dominated Universe
本文研究了在辐射主导和物质主导宇宙中，时间相关轴子通过位移对称耦合放大真空涨落产生费米子的机制，给出了通用FLRW宇宙中的谱公式及两种宇宙背景下的简单近似公式。
2024-08-08 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Single scale factor for the universe from the creation of radiation and matter till the present
本文介绍了一种把辐射和物质的产生纳入宇宙演化的方案，从而使辐射和物质产生前后的时间合并在Robertson-Walker度规的一个标度因子中成为可能。该方案通过一个玩具模型来说明，该模型有望构成现实模型的基础。
2014-09-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Natural exit of fresh inflation to a radiation dominated universe
当暴胀子场与引力耦合时，我们研究了从一个新的暴胀场景到一个辐射主导的宇宙的转变。我们表明，这种转变是非常自然的，当这种耦合是$ξ=1/4$在新鲜的通货膨胀结束。这是一个非常重要的结果，表明新的暴胀有一个自然的出口到辐射主导的时代。
2013-07-23 gr-qc hep-ph hep-th
Lee-Wick radiation induced bouncing universe models
本文讨论了早期宇宙中李-威克伙伴辐射相的影响。由于李-威克伙伴可以贡献负的能量密度，所以总是有可能在宇宙的某个早期阶段，当李-威克伙伴被热化时，宇宙的总能量密度变得非常小，使得有效哈勃半径非常大。这种可能性产生了一个弹跳宇宙的可能性。正如本文所示，简单的李-威克辐射不足以产生反弹。有两种可能性可以在李-威克辐射相位中产生反弹。一种可能性需要冷的暗物质候选物来触发反弹，另一种可能性需要对反弹温度进行微调，例如标准场的所有Lee-Wick伙伴在反弹温度下都不会热化。这两种可能性都产生了度规微扰的蓝倾功率谱。此外，弹跳宇宙模型还可以预言手征费米子和无质量规范玻色子的Lee-Wick伙伴的质量下限。质量极限本质上取决于反弹温度。
2013-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Radiation can never again dominate Matter in a Vacuum Dominated Universe
我们证明，在真空能量占主导地位的膨胀阶段，令人惊讶的是，无论是物质的衰变还是物质-反物质湮灭成相对论粒子，都不会导致辐射在宇宙未来的历史中再次主导物质。
2007-04-23 astro-ph gr-qc hep-ph
Cosmic microwave background radiation temperature in a dissipative universe
研究了宇宙微波背景辐射温度与红移的关系，即，在唯象耗散模型中考察了$T$--$z$关系。该模型包含两个常数项，就好像一个非零的宇宙学常数$Λ$和一个耗散过程在一个均匀的、各向同性的、空间平坦的宇宙中起作用。$T$-$z$关系是从一般的辐射温度定律中推导出来的，适用于描述冷暗物质（CCDM）模型中的非平衡态。利用这个关系，在宇宙晚期的辐射温度计算作为一个范围从$\tildeμ =0$，对应于一个非耗散$Λ$ CDM模型，$\tildeμ =1$，对应于一个完全耗散CCDM模型的耗散率的函数。对于标准宇宙学，$\tildeμ =0$的$T$-$z$关系是线性的，并且与观测结果一致。然而，随着耗散率$\tildeμ$的增加，辐射温度逐渐偏离线性规律，因为有效状态方程参数随时间变化。当宇宙的背景演化与精细调整的纯$Λ$ CDM模型一致时，低$\tildeμ$的$T$-$z$关系与观测结果相匹配，而高$\tildeμ$的$T$-$z$关系则不匹配。以前的工作还发现，一个弱耗散模型符合测量的增长率集群结构的形成。这些结果意味着宇宙可能存在低耗散。弱耗散模型应进一步受到最近观测的约束。
2015-08-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
An Upper Limit on the Initial Temperature of the Radiation-Dominated Universe
引力波（GWs）是由粒子碰撞产生的电磁韧致辐射的引力模拟。我们计算了辐射主导宇宙中自由-自由辐射对随机GW背景的贡献。我们发现产生的GW辐射的能量密度在很大程度上依赖于基本粒子的数量，$N_{\mathrm{tot}}$，和最高初始温度，$T_{\mathrm{max}}$。我们排除了$T_{\mathrm{max}}\sim T_{\mathrm{Planck}}\approx10^{19}$ GeV的$N_{\mathrm{tot}}\gtrsim N_{\mathrm{SM}}$和$T_{\mathrm{max}}\sim10^{16}$ GeV的$N_{\mathrm{tot}}\gtrsim10^{13}\times N_{\mathrm{SM}}$，其中$N_{\mathrm{SM}}$是标准模型中的粒子数。在暴胀的情况下，现有的宇宙学数据限制了$T_{\mathrm{max}}\lesssim10^{16}$ GeV。然而，暴胀的替代模型，如弹跳宇宙学，允许$T_{\mathrm{max}}$接近$T_{\mathrm{Planck}}$。在我们所考虑的能量尺度上，额外的粒子数在额外维度的模型中自然出现。
2020-04-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Was the Universe Actually Radiation Dominated Prior to Nucleosynthesis?
也许不是弦论在超越标准模型和暴胀模型的建立上，一般都预测标量（模量）的存在，与量子引力的尺度相比，标量（模量）是轻的。这些模量从早期宇宙中的低能量极小值中位移，并导致BBN之前的物质主导时代延长。在本文中，我们研究非微扰效应，如参数共振或快子不稳定性是否可以缩短，甚至消除，模凝聚和物质主导的时代。这样的效果取决于至关重要的耦合的强度，我们发现，除非模量成为强耦合的物质主导的时代是不可避免的。特别是，我们发现，在弦和M-理论紧化的最轻的模量附近的TeV尺度，一个物质主导的时代将持续到大爆炸核合成的时间。
2017-06-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Spectrum of Dark Radiation as a Probe of Reheating
在暴胀之后，宇宙大概经历了一个重新加热的阶段，这实际上开始了热大爆炸宇宙学。然而，到目前为止，我们几乎没有直接的实验或观测证据来证明宇宙的这一重要阶段。在这封信中，我们认为，测量自由传播的相对论性粒子，即暗辐射，在再加热过程中产生的光谱可以为我们提供强大的再加热阶段的信息。为了证明这种可能性，我们考虑一种情况，即暗辐射是在重的非相对论性粒子的衰变中产生的。我们表明，光谱的关键取决于是否重粒子曾经主宰宇宙或没有。由依赖于相对论自由度的数量所引起的特征甚至可以允许推断重粒子衰变发生时的温度。
2021-01-29 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Entropy and its conservation in expanding Universe
本研究探讨广义相对论中近期提出的守恒荷在膨胀宇宙不同阶段的性质，证明其在各时期对应不同形式的熵且自身守恒，经数值分析定性验证，为守恒荷对应熵的诠释提供更多证据。
2023-06-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Energy distribution and equation of state of the early Universe: matching the end of inflation and the onset of radiation domination
我们研究的能量分布和宇宙的状态方程之间的通货膨胀和辐射支配（RD）的开始，考虑观测一致的单场通货膨胀的情况下，与潜在的“扁平化”在大的字段值，和一个monomial形状$V(ϕ) \propto |ϕ|^p$周围的起源。作为（p）再加热的代理，我们包括暴胀子$ϕ$和光标量“子”场$X$之间的二次相互作用$g^2ϕ^2X^2$，其中$g^2>0$。我们用格子模拟捕捉到了系统动力学的非微扰和非线性性质，得到：$i)$--传递给$X$的最终能量只依赖于$p$，而不依赖于$g^2$; $ii)$--传递给$2 \leq p < 4$的最终能量总是可忽略的，对$p \geq 4$的最终能量是$\sim 50\%$阶的; $iii)$：系统在很晚的时候会进入$p = 2$的物质支配，而总是进入$p > 2$的RD。在后一种情况下，我们计算e-折叠的数量，直到RD，显着降低了通货膨胀观测$n_s$和$r$的不确定性。
2020-12-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The First Three Seconds: a Review of Possible Expansion Histories of the Early Universe
通常认为，宇宙的能量密度在膨胀后的再加热和54，000年后物质开始占主导地位之间由辐射主导。虽然轻元素的丰度表明宇宙在大爆炸核合成（BBN）期间以辐射为主，但很少有证据表明宇宙在BBN之前以辐射为主。因此，宇宙学的历史可能更加复杂，在最早的时期偏离了标准的辐射支配。事实上，最近已经提出了几个有趣的建议，涉及各种主题，如暗物质的产生，物质-反物质不对称，引力波，原始黑洞，或在非标准膨胀阶段的微晕。在本文中，我们回顾了各种可能的原因和后果的偏离辐射主导的早期宇宙-发生之前或之后的BBN -和对他们的约束，因为他们已经在文献中讨论了在最近几年。
2021-01-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Scaling Property of the global string in the radiation dominated universe
我们利用3+1维的数值模拟研究了辐射支配宇宙中整体弦网络的演化。我们发现，全球弦网络定居下来的标度制度，全球弦的能量密度，$ρ_{s}$，是由$ρ_{s} = ξμ/ t^2$与$μ$每单位长度的弦张力和标度参数，$ξ\sim (0.9-1.3)$，无论宇宙时间。我们还发现，环路分布函数可以与所谓的单尺度模型预测。具体地说，长度为$l$的环的数密度$n_{l}(t)$由$n_{l}(t) = ν/[t^{3/2} (l + κt)^{5/2}]$给出，其中$ν\sim 0.0865$和$κ$与来自全局弦的南武-戈德斯通（NG）玻色子辐射功率$P$相关，为$P = κμ$与$κ\sim 0.535$。因此，回路生产函数也是有尺度的，并且所生产的回路的典型尺度接近于地平线距离。因此，与局域弦网络的演化相比，辐射主导宇宙中全局弦网络的演化可以用一尺度模型很好地描述。
1999-07-27 astro-ph hep-ph
Topological Defects in Contracting Universes
我们研究宇宙弦网络在收缩宇宙中的行为和后果。它们在塌缩阶段近似表现为辐射流体。描述这一点的缩放解决方案的推导和测试对高分辨率的数值模拟。收缩宇宙中的弦网络，连同它产生的引力辐射，可以在局部和全局上影响宇宙的动力学，并且是辐射、熵和不均匀性的重要来源。我们讨论可能的影响弹跳和循环模型。
2002-11-04 astro-ph gr-qc hep-ph
The Dark Universe after Reheating in String Inflation
我们研究了弦暴胀模型中暗物质和暗辐射在再加热后的产生，其中卡-丘模型有一个双折射结构，可见扇区生活在D3膜上。我们展示了如何从通货膨胀，再加热，超对称性破缺和暗辐射不同的物理约束之间的相互作用，导致不同的预测暗物质的性质。
2022-08-01 hep-ph hep-th
Primordial Black Hole Dark Matter and LIGO/Virgo Merger Rate from Inflation with Running Spectral Indices: Formation in the Matter- and/or Radiation-Dominated Universe
我们研究的可能性来解释整个暗物质丰度的原始黑洞（PBH）或解释合并率的双黑洞估计的引力波探测LIGO/处女座。我们假设PBH起源于一个辐射或物质占主导地位的时代，从大的原始曲率扰动产生的通货膨胀。我们采取一个简单的模型无关的方法，考虑通货膨胀与大运行的频谱指数参数化的$n_\text{s}, α_\text{s}$，和$β_\text{s}$与观测范围一致。合并率由具有辐射主导时代产生的$\mathcal{O}(10)$ $M_{\odot}$质量的PBH拟合。那么跑步的跑法应该是$β_\text{s} \sim 0.025$，可以通过以后的观察来检验。另一方面，如果适当实现一组运行参数，则暗物质的整体丰度与早期物质主导时代产生的具有小行星质量的PBH（$\mathcal{O}(10^{-17})~M_{\odot}$）一致。
2018-11-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Interpolating the Stage of Exponential Expansion in the Early Universe: a possible alternative with no reheating
在标准的宇宙图景中，暴胀宇宙处于过冷状态，并以一个短时间、大尺度的再加热期结束，之后宇宙进入辐射主导阶段。本文提出了一种替代方案，其中辐射能量密度在类似暴胀的阶段期间平滑地减小，并且没有间断地进入随后的辐射主导阶段。在辐射和真空能量密度同时存在的情况下，从标准Friedmann宇宙学计算标度因子。一个大类的解决方案证实了上述确定的制度的非再加热类暴胀行为的观测一致的膨胀因子和不太大的下降，在辐射能量密度。没有再加热的这种膨胀的一个动态实现来自暖膨胀类型的情景。然而，这里找到的解是爱因斯坦方程的性质，具有超越慢卷暴胀场景的一般性。解也可以从非再热型行为连续地内插到指数膨胀的标准过冷极限，从而给出在这两个极端之间的所有中间类暴胀行为。计算了各种情况下宇宙的温度和膨胀因子。重子成因的影响进行了讨论。这种非再加热、类似暴胀的状态似乎也具有介于近似平坦和开放之间的宇宙的一些自然特征。
1996-12-18 astro-ph gr-qc hep-ph
Cardassian Expansion: a Model in which the Universe is Flat, Matter Dominated, and Accelerating
弗里德曼罗伯逊沃克方程的修改提出了宇宙是平坦的，物质占主导地位，并加速。另一项只包含物质或辐射（没有真空贡献），在宇宙晚期成为膨胀的主要驱动力。在新项占主导地位的时期，宇宙加速;我们称这个加速时期为卡达西时代。宇宙可以是平坦的，但只由物质和辐射组成，并且仍然与观测兼容。闭合宇宙所需的能量密度比标准宇宙学中的小得多，因此物质足以提供平坦的几何形状。可能会出现所需的新术语，例如，这是我们可观测的宇宙作为一个三维膜生活在一个更高维度的宇宙中的结果。卡达西模型经受住了几次观测检验，包括宇宙背景辐射、宇宙年龄、星团重子分数和结构形成。
2002-06-18 astro-ph gr-qc hep-ph
Full higher-dimensional analysis of moduli oscillation and radiation in expanding universe
本研究针对紧致化在$S^2$上的6维时空，提出追踪时空演化的方法分析模振荡与辐射的影响，发现模稳定过程无法用4维有效理论描述时，模振荡主导总能量密度的时间远长于传统结果，且稳定模也可能因额外维压力振荡。
2022-12-29 hep-ph hep-th
Topological defects: A problem for cyclic universes?
我们研究宇宙弦网络在收缩宇宙中的行为，并讨论它们可能产生的一些后果。我们注意到，在膨胀宇宙和收缩宇宙的缺陷网络演化之间存在着基本的时间不对称性。具有可忽略回路产生和小尺度结构的弦网络在坍缩阶段将渐近地表现为辐射流体。在现实网络中，这两个效应很重要，使得这个解只是近似的。我们推导出描述这种效应的新缩放解，并通过高分辨率数值模拟对其进行测试。收缩宇宙中的弦网络，连同它所产生的引力辐射背景，可以在局部和全局上显著影响宇宙的动力学。网络可以是辐射、熵和不均匀性的重要来源。我们讨论了这些研究结果的反弹和循环宇宙模型的可能影响。
2003-08-31 astro-ph gr-qc hep-ph
Evolution of a global string network in a matter dominated universe
我们通过数值模拟的方式在物质主导的宇宙中演化全球弦网络。标度解的存在被确认为在辐射主导的宇宙中，但标度参数$ξ$取一个稍小的值，$ξ\simeq 0.6 \pm 0.1$，它被定义为$ξ= ρ_{s} t^{2} / μ$与$ρ_{s}$的能量密度的全球字符串和$μ$每单位长度的字符串张力。$ξ$从辐射宇宙到物质支配宇宙的变化与Albrecht和Turok利用单尺度模型得到的结果一致。我们还研究了环的分布函数，发现它可以很好地拟合与预测的单尺度模型，其中数密度$n_{l}(t)$的环的长度$l$是由$n_{l}(t) = ν/[t^2 (l + κt)^2]$与$ν\sim 0.040$和$κ\sim 0.48$。因此，在物质支配的宇宙中，整体弦网络的演化可以像在辐射支配的宇宙中一样，用单尺度模型很好地描述。
2000-01-14 astro-ph hep-ph
Solar neutrino spectrum, sterile neutrinos and additional radiation in the Universe
SNO、Super-Kamiokande和Borexino实验的最新结果并没有显示出低能量下事件能谱（比率$R \equiv N_{obs}/N_{SSM}$）的预期上升。与此同时，宇宙学的观测也证明了早期宇宙中可能存在额外的相对论自由度：$ΔN_{eff} = 1 - 2$。这些事实加强了非常轻的无菌中微子$ν_s$的情况，它具有$Δm^2_{01} \sim (0.7 - 2) \cdot 10^{-5}$ eV $^2$，它与活性中微子弱混合。质量本征态$ν_1$中的$ν_s$混合由$\sin^2 2α\sim 10^{-3}$表征，可以解释没有上升。本征态$ν_3$中的$ν_s$与$\sin^2 β\sim 0.1$的混合导致了通过宇宙中的振荡产生$ν_s$，并在大爆炸核合成之前和之后产生了额外的贡献$ΔN_{eff} \approx 0.7 - 1$。这种混合可以在即将进行的大气中微子实验以及未来的加速器长基线实验中进行测试。它对超新星中微子的转换有着重要的影响。
2011-02-01 astro-ph.SR hep-ex hep-ph
