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
The effect of universe inhomogeneities on cosmological distance measurements
本文根据Y.B.院士的观点，利用聚焦方程，导出了宇宙学角径距离的方程。Zel'dovich，即，在小角度的物质分布是不均匀的，光锥是接近空的。我们提出了一些方法来测试的方法测量的角直径的距离，并表明，所提出的方法导致的结果，更好地符合实验数据比通常的方法得到的。
2016-04-05 astro-ph.CO gr-qc
Hubble tension and matter inhomogeneities: a theoretical perspective
本文从理论上研究局部密度扰动对哈勃张力的影响，通过含时空依赖势的扰动FLRW度量模拟局部空洞并计算受扰动光度距离，结果表明ΛCDM及Λ(ω)CDM均无法解决哈勃张力。
2023-08-08 astro-ph.CO
Study of cosmic backreaction on the future evolution of an accelerating universe using multiple domains
我们调查的影响，由于不均匀性对目前的宇宙的演化考虑宇宙被分割成多个领域内的Buchert框架。以观测到的宇宙当前的加速度作为基本输入，我们研究了不均匀性对未来演化的影响。我们发现，从不均匀性的反作用导致的加速度减慢，在未来的初始配置和模型参数的范围内，甚至在某些情况下，导致未来的减速时代的出现。我们考虑了两种不同的宇宙划分，并对这两种情况下宇宙的加速和反作用的行为进行了比较分析。
2013-07-18 astro-ph.CO
Cosmological backreaction and the future evolution of an accelerating universe
我们调查的影响，由于不均匀性的逆反应对目前宇宙的演化在Buchert框架内。我们的分析表明，在宇宙事件视界的存在下，来自不均匀性的反作用如何导致宇宙当前的加速度在未来减慢，甚至在某些情况下导致未来减速时代的出现。
2013-06-12 astro-ph.CO
Effects of local cosmic inhomogeneities on the gravitational wave event rate
本研究分析局部宇宙不均匀性对引力波事件率的影响，发现由于探测器分辨率低且灵敏度随距离平滑下降，该效应被抑制，对致密双星并合事件率的影响至多6%。
2024-11-07 astro-ph.CO gr-qc
Angular distribution of cosmological parameters as a probe of space-time inhomogeneities
本文发展了一种基于宇宙学参数在天空中的角分布来探测大尺度结构和宇宙加速度的不均匀性的方法。我们证明了这种方法的最大的Ia型超新星（SN）的数据集，迄今为止，由联合光曲线分析（JLA）合作汇编，因此，考虑影响光度距离的宇宙学参数。我们把超新星样本分成等表面积的像元，并估计出使每个像元中距离模的卡方拟合最小的宇宙学参数，从而产生宇宙学参数图$\{Ω_{M}, Ω_Λ, H_{0}\}.$。在采样差的像元中，测量到的波动主要是由于SN巡天的不均匀覆盖;相比之下，在良好采样的像素中，测量结果足够稳健，足以表明真实的波动。我们还测量各向异性的参数通过计算功率谱的相应地图的参数高达$\ell=3.$对于一个分析玩具模型的非均匀合奏的均匀像素，我们推导出反向反应项的减速参数由于整个天空的波动$H_{0}$和测量它是为了$10^{-3}$倍的相应平均在没有反向反应的像素。我们的结论是，考虑玩具模型，逆反应是不是一个可行的动力学机制，以模仿宇宙加速。
2016-07-12 astro-ph.CO
Averaging inhomogeneities in scalar-tensor cosmology
在标量-张量引力的背景下研究了非均匀性对宇宙动力学的反作用。由于类Brans-Dicke标量场的非正则有效能量张量中的不确定符号项，可以产生对宇宙加速的额外贡献。Brans-Dicke引力和度规f（R）引力作为具体例子给出。这些理论所特有的形式主义的某些代表性问题被指出。
2009-10-02 astro-ph.CO gr-qc
Angular distribution of cosmological parameters as a probe of inhomogeneities: a kinematic parametrisation
我们使用的光度距离的运动学parametrisation测量的角度分布在天空中的时间导数的比例因子，特别是哈勃参数H_0，减速参数q_0，和加加速度参数j_0。我们应用最近发表的一种方法，通过宇宙膨胀中的不均匀性来补充探测大尺度结构的不均匀性。这种参数化是独立的宇宙状态方程，这使得它足以测试宇宙加速替代宇宙学常数的解释。对于同质像素的非同质系综的相同分析玩具模型，我们推导出由于{H_0，q_0}的波动引起的j_0中的反反应项，并测量出它是在没有反反应的情况下像素上的相应平均值的10^{-2}倍。与使用Lambda CDM参数化的光度距离计算的结果一致，对q_0的逆反应效应保持在检测阈值以下。虽然对j_0的反反应效应大约是对q_0的10倍，但它也低于检测阈值。因此，在q_0和j_0中都不能观察到逆反应。
2016-07-12 astro-ph.CO
Effects of inhomogeneities on apparent cosmological observables: "fake" evolving dark energy
利用具有非零宇宙学常数$Λ$的Lemaitre-Bondi-Tolman精确解，我们研究了在真实时空完全均匀和各向同性的假设下，局部球对称不均匀性的存在如何影响由光度距离导出的表观宇宙学观测量，如减速参数或暗能量（DE）的有效状态方程.发现局部欠密度的存在产生DE的明显幻影行为，而局部过密度区域导致明显的精华行为。我们认为相对较小的大规模的不均匀性，今天是不是线性的，可以播种原始曲率扰动兼容CMB界限。我们的研究表明，在一个不均匀的$Λ$ CDM宇宙与初始条件兼容的暴胀开始，如果解释下的均匀性的错误假设，可以导致错误的结论“假”的演变暗能量的存在，而不是$Λ$。
2012-12-03 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Inhomogeneities with Bose-Einstein Condensate Dark Matter
当暗物质是一个经过玻色-爱因斯坦凝聚的标量场时，我们考虑了宇宙学扰动对暗物质能量密度的增长。我们在牛顿引力和广义相对论的框架内研究这些不均匀性，牛顿引力的计算和结果更加透明。我们采取的方向是推导解析表达式，可以在小压力极限下获得。在整个过程中，我们将我们的结果与标准宇宙学的结果进行比较，其中暗物质被假设为无压的，使用我们的分析表达式来展示精确的差异。我们发现，与标准宇宙学相比，玻色-爱因斯坦凝聚体暗物质导致了一个比例因子，引力势和密度对比度以更快的速度增加。
2012-01-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Systematic error due to isotropic inhomogeneities
通常各向同性不均匀性的影响在宇宙学参数的确定中没有被认真考虑，因为哥白尼原理的声明是，我们不生活在宇宙中的特权域。但是哥白尼原理还没有得到足够精确的观测证实，我们的宇宙中可能存在不可忽略的大尺度各向同性不均匀性。本文研究了各向同性不均匀性对宇宙学参数确定的影响，并指出了非哥白尼各向同性不均匀性误导我们相信的可能性，例如，状态方程的幻影能量，$p=wρ$与$w<-1$，即使在$w=-1$是真值的情况下。
2015-05-11 astro-ph.CO gr-qc
Influence of Small-Scale Inhomogeneities on the Cosmological Consistency Tests
目前的宇宙学暗区（暗物质加上暗能量）正在挑战我们对宇宙中发生的物理过程的理解。最近，一些作者试图证伪这种暗物质-暗能量范式的基本假设。在这封信中，我们表明，过度简化的测量过程可能会产生假阳性的任何一致性测试的基础上，全球均匀和各向同性的LCDM模型和它的扩展历史的基础上的距离测量。特别是，当考虑到由于聚集物质或空隙引起的局部不均匀性效应时，似乎存在明显违反基本假设（“哥白尼原理”）的情况。相反，偏差的幅度也探测到的可靠性程度的现象学戴尔-罗德程序面临的预测与弱透镜的方法的准确性。最后，提出了一种新的方法来重建LCDM模型中的不均匀性效应，并讨论了如何区分不同宇宙学中的团簇效应（或空洞效应）的一些建议.
2012-07-20 astro-ph.CO gr-qc
Magnetized LambdaCDM inhomogeneities and the cosmic dark ages
在磁化LambdaCDM方案的扰动方程的精确解。它们适用于黑暗时代，更具体地说，在重子从光子的拖曳中释放出来之后。磁化增长率的物质扰动的增长指数得到的一致性范式和假设下，暗能量不集群的红移窗口范围从时代的再电离阶段的暗能量占主导地位。从这个分析中得出的约束是定性互补和定量竞争的边界所产生的扭曲图案的分析磁化绝热模式的温度和偏振各向异性的宇宙微波背景。
2011-07-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Evolution of Primordial Neutrino Helicities in Cosmic Gravitational Inhomogeneities
来自大爆炸的残余中微子主要在螺旋本征态中与热等离子体解耦。它们随后通过宇宙引力不均匀性的传播改变了狄拉克和马约拉纳中微子的螺旋度，从而提供了一个独立的宇宙演化探测器。我们在这里确定的概率，遗迹中微子翻转其螺旋度，在宇宙微波背景测量的密度不均匀性的频谱。我们发现，对于狄拉克中微子，如果中微子磁矩是标准模型中预测的量级，那么引力螺旋度的修改介于磁场的影响和如果磁矩是与XENON1T实验中看到的低能电子事件的过量相一致的尺度，那么引力螺旋度的修改就会产生更大的影响。我们给出简洁的推导，在广义相对论中，在膨胀的宇宙中，一个旋转的粒子对弱引力场的半经典响应，并估计由太阳的引力引起的太阳发射的中微子的螺旋度修改。
2021-10-28 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Cosmic inhomogeneities in the early Universe: A numerical relativity approach
宇宙暴胀可以说是早期宇宙最受欢迎的范式。它假定了一个快速的早期阶段，几乎是指数级的，加速的扩张。暴胀模型能够解释今天宇宙在大尺度上的整体平坦性和均匀性。尽管这些模型被物理学界广泛接受，但也不乏批评。在标量场暴胀中，开始暴胀的一个必要条件是宇宙由场的势支配，这意味着标量场动力学的次支配贡献。这起源于大量关于自然性的科学辩论和文献，以及对通货膨胀初始条件的可能微调。另一个有争议的问题是关于暴胀的结束，以及在暴胀后产生热的大爆炸等离子体需要预热机制的事实。在这篇论文中，我们提出了完整的广义相对论模拟来研究这两个问题，特别关注Starobinsky和希格斯模型的通货膨胀。首先，我们考虑在单场情况下，从一个高度动态和非均匀的“预膨胀”时代开始通货膨胀的微调问题。在我们的第二个研究中，我们接近预膨胀的多场范式，一起和一贯的，预热阶段。这些研究证实了这些暴胀模型对一般初始条件的鲁棒性，同时证明了预热过程中不可忽略的引力效应。在文章的最后，我们讨论了数值模拟在宇宙学中的潜在应用，包括我们对原始黑洞形成的初步研究。
2022-11-07 astro-ph.CO
The gravitational wave background induced by nonlinear interactions between isotropic inhomogeneities and anisotropic inhomogeneous density perturbations
通常，我们假设在我们在宇宙中的位置方面不存在各向同性的不均匀性。这个假设还没有得到足够精确的观测证实，我们需要考虑一种方法来更强地限制各向同性不均匀性。如果宇宙中存在各向同性的非均匀性，则引力波背景是由各向同性的非均匀性与各向异性的非均匀密度扰动之间的非线性相互作用引起的。本文通过计算这种引力波背景的功率谱和相对能量密度来讨论其可观测性。我们表明，在去耦时间，这个引力波背景的相对能量密度是可比的原始暴胀引力波背景的张量标量比为0.001，如果6%的水平各向同性偏离均匀存在。因此，利用未来的宇宙微波背景观测计划，有可能观测到这种引力波背景，并限制各向同性不均匀性。
2018-07-13 astro-ph.CO
Can small-scale baryon inhomogeneities resolve the Hubble tension? An investigation with ACT DR4
在重组附近的重子密度的小尺度不均匀性已经被提出来作为哈勃常数的局部和全局确定之间的紧张关系的解决方案。这些重子聚团模型对小角尺度下的宇宙微波背景各向异性功率谱作出了不同的预测。我们使用阿塔卡玛宇宙望远镜的最新数据来验证这些预测。没有证据表明重子聚集，假设一系列的参数化的时间无关的重子密度概率分布函数。推断出的哈勃常数在SH0ES测量中仍然存在很大的张力。
2021-08-10 astro-ph.CO
Quantifying effects of inhomogeneities and curvature on gravitational wave standard siren measurements of $H(z)$
对于平坦的$Λ$ CDM宇宙，可以利用光度距离的偶极来测量哈勃参数。这里表明，这是不是在更一般的情况下，曲率和宇宙反作用是允许的。这意味着使用这种偶极光度距离数据获得的$H(z)$测量值与从例如宇宙计时器获得的“真实”/实际$H(z)$数据之间的不一致是曲率和/或宇宙反作用的信号。\newline \indent通过考虑通过偶极光度距离获得的哈勃参数的模拟未来引力波测量，它表明，$1\%$曲率原则上可以勉强出现在测定中。然而，对于使用具有多达5 \%曲率的模型的真实模拟数据生成，参数估计不产生虚假$H(z)$测量值与$H(z)$的真实测量值之间的不一致性的可靠测量。与此同时，即使宇宙反作用构成了当前宇宙中“能量预算”的$10\%$，也很难探测到，即使考虑一个误差很小的高度理想化的情况。关于逆反应的结果是基于特定的“缩放解决方案”的逆反应问题和研究表明，通过偶极的光度距离检测到的信号的逆反应的可能性强烈依赖于特定的逆反应模型。
2022-09-09 astro-ph.CO
Response function of the large-scale structure of the universe to the small scale inhomogeneities
为了推断小尺度物理学对宇宙大尺度性质的影响，我们使用一系列宇宙学$N$ -自引力物质不均匀性的体模拟来测量，第一次，这样的系统的响应函数被定义为非线性功率谱相对于其线性对应物的函数导数。它的测量形状和振幅被发现是在很好的协议与微扰理论的预测，除了从小到大尺度扰动的耦合。后者被发现是显着阻尼，以下的洛伦兹形式。这些结果揭示了微扰理论计算的有效性，为解析模拟中小尺度效应的正则化提供了有用的指导。最重要的是，我们的结果表明，宇宙的大尺度结构的统计特性是显着不敏感的小尺度物理，天体物理或引力的细节，铺平了道路，推导出强大的估计理论不确定性的确定宇宙学参数从大规模的调查观测。
2016-09-20 astro-ph.CO
The effect of inhomogeneities on dark energy constraints
对宇宙后期加速模型的约束假设了大尺度上的均匀性和各向同性的宇宙学原理。然而，小尺度的不均匀性可以改变观测和动力学关系，影响推断的宇宙学参数。对于暗能量性质的精确约束，重要的是评估这些不均匀性所产生的潜在系统效应。在这项研究中，我们使用的Ia型超新星的星等红移关系来约束的不均匀性所描述的Dyer-Roeder距离关系和它们对暗能量状态方程（$w$）的影响，以及来自宇宙微波背景和重子声振荡的功率谱的测量的最新结果的先验。我们发现，参数描述的不均匀性（$η$）与$w$。最佳拟合值$w = -0.933 \pm 0.065$和$η= 0.61 \pm 0.37$与$< 2 σ$水平的同质性一致。假设同质（$η=1$），我们发现$w = -0.961 \pm 0.055$，表明$w$只有很小的变化。对于含时的暗能量状态方程，$w_0 = -0.951 \pm 0.112$和$w_a = 0.059 \pm 0.418$，要与均匀情况下的$w_0 = -0.983 \pm 0.127$和$w_a = 0.07 \pm 0.432$进行比较，这也是很小的变化。目前的数据不足以约束致密天体中暗物质（DM）的比例，$f_p$位于95 $\%$ C.L.，然而，在68 $\%$ C.L. $f_p < 0.73$。未来的超新星调查将改善对$η$和$f_p$的限制，将$\sim$提高10倍。
2018-06-27 astro-ph.CO
Corrections to the apparent value of the cosmological constant due to local inhomogeneities
超新星观测强烈支持宇宙学常数的存在，但它的值，我们称之为表观的，通常是在假设宇宙可以用均匀模型精确描述的情况下确定的。即使在存在宇宙学常数的情况下，我们仍然不能排除存在一个小的局部不均匀性，它可能影响宇宙学常数的表观值。忽略不均匀性的存在实际上会引入对宇宙学数据的系统性误解，导致宇宙学常数的表观值和真实值之间的区别。我们建立了计算宇宙学常数表观值修正的理论框架，通过用$ΛLTB$解模拟局域不均匀性。我们的假设是在一个球对称的不均匀物质分布的中心，对应于有效地计算我们周围的大尺度不均匀性的贡献，我们预计这将是主要的，因为其他观测支持我们周围的宇宙的高水平的各向同性。通过执行一个本地泰勒展开，我们分析的独立自由度的数量，确定的局部形状的不均匀性，并考虑中心平滑的问题，显示如何相同的校正可以对应于不同的不均匀性配置文件。与以前尝试使用大空隙模型拟合数据相反，我们的方法是相当普遍的。对宇宙学常数的表观值的修正实际上存在于任何大小的局部不均匀性中，在理论上和观测上都应该适当地加以考虑。
2011-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Apparent Dark-Energy Evolution from Cosmic Inhomogeneities
University of Oxford（牛津大学）
研究通过三种方法表明，宇宙不均质性可能使暗能量演变与观测数据一致，暗示宇宙常数主导的宇宙模型。
2026-01-28 astro-ph.CO gr-qc
Analyzing the cosmic variance limit of remote dipole measurements of the cosmic microwave background using the large-scale kinetic Sunyaev Zel'dovich effect
由于宇宙的变化，我们不能从原始宇宙微波背景（CMB）中了解更多关于大尺度不均匀性的信息。大尺度上的更多信息对于解决CMB中的大角度尺度异常是必不可少的。在这里，我们考虑交叉相关的大规模动力学Sunyaev Zel'dovich（kSZ）的影响和探针的大尺度结构，一种技术称为kSZ层析成像。互相关的统计各向异性分量编码CMB偶极子，如整个可观测宇宙中的自由电子所见，提供有关长波长不均匀性的信息。我们计算大角度尺度的功率不对称性，构造适当的传递函数，并估计宇宙方差限制的信号噪声的各种红移仓配置。在大范围的功率多极子和仓数上，信噪比是显著的。我们提出了一个简单的模式计数参数表明，kSZ断层扫描可以用来估计更多的模式比主CMB可比的规模。一项基本预测表明，第一次探测可以通过下一代宇宙微波背景实验和星系巡天进行。本文激发了一个更系统的调查如何接近宇宙方差极限，它将有可能得到与未来的观测。
2017-02-22 astro-ph.CO
Can we remove the systematic error due to isotropic inhomogeneities?
通常，我们假设，就我们在宇宙中的位置而言，不存在各向同性的不均匀性。这个假设还没有被观测证实足够的准确性，我们需要考虑的可能性是，在我们的宇宙中存在不可忽略的大尺度各向同性不均匀性。大尺度各向同性不均匀性的存在影响了宇宙学参数的确定。特别是，由于宇宙学参数的模糊性，仅从距离-红移关系，我们不能区分非均匀各向同性宇宙模型和均匀各向同性宇宙模型。本文考虑了距离-红移关系、宇宙微波背景辐射（CMBR）的涨落谱和重子声学振荡（BAO）的尺度三个观测量，并在两个宇宙模型中对这些观测量进行了比较;一种是非均匀各向同性单轴对称，另一种是暗能量不为宇宙学常数的均匀各向同性宇宙模型。我们证明，这两个宇宙模型不能预测所有三个观测值的相同的观测数据，但只有两个相同的三个观测值，只要扰动是绝热的。如果微扰是绝热的，原则上我们可以通过适当的三个观测量来区分非均匀各向同性宇宙和均匀各向同性宇宙。
2017-03-03 astro-ph.CO gr-qc
Mimicking the cosmological constant for more than one observable with large scale inhomogeneities
假设反演问题（IP）定义为不同宇宙学模型下宇宙学观测量的低红移展开式中各项的精确匹配，在没有宇宙学常数的LTB空间和一般$ΛCDM $模型下，我们求解了$D_L(z)$的IP和中心观测者的红移球壳质量密度$mn(z)$.我们表明，IP的解决方案是唯一的，对应于一个物质密度分布，这是不光滑的中心，可以达到相同的结论，扩大自洽的任何顺序的所有相关的数量。与单个可观测反演问题的情况相反，当将两个函数$k(r)$或$t^b(r)$中的一个设置为零时，不可能求解$mn(z)$和$D_L(z)$两者的IP（LTB对$Λ$ CDM），甚至允许不平滑的物质轮廓。我们的结论是一般性的，因为它们完全是基于直接比较红移空间中的物理观测量，而不依赖于任何特殊的解释或限制的功能定义的LTB模型。
2010-11-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Large-scale structure with superhorizon isocurvature dark energy
标准的宇宙学模型假设一个均匀和各向同性的宇宙作为大尺度上的背景时空，称为宇宙学原理。然而，一些观测表明，在大尺度下，宇宙可能是不均匀和各向异性的。在本文中，我们研究了一个在非常大的尺度上具有随机不均匀性和各向异性的宇宙模型，其动机是Nan等人的超曲率暗能量模型[Phys. Rev. D 99，103512（2019）]。在这个模型中，作者引入了一个在比当前视界尺度（超视界尺度）足够大的尺度上具有$\mathcal{O}(1)$不均匀性的标量场，并且标量场的势能解释了加速膨胀，与宇宙学原理略有偏差。我们的目的是澄清该模型中物质组分的大尺度结构（LSS）的理论预测。基于Nan和Yamamoto [Phys.Rev.D105，063518（2022）]关于超视界尺度涨落（超视界模）的工作，我们导出了LSS的微扰分量所服从的方程，作为宇宙学扰动理论的推广，求解该方程以发现暗能量不均匀性对LSS形成的影响.最后，我们通过比较由模型的数值解预测的$σ_8$与由Planck和SDSS等观测指示的$σ_8$，表明模型可以与观测一致。
2022-07-07 astro-ph.CO
Big Bounce and inhomogeneities
本文以含引力波的真空宇宙时空（Gowdy时空）量子化为例，用圈量子宇宙学方法研究了非均匀宇宙的动力学.在有效层面进行的分析显示：（一）初始大爆炸奇点被取代（如在均匀宇宙模型的情况下）由一个大反弹，加入确定性的两个大宇宙，（ii）在反弹的宇宙大小至少是相同的数量级的背景均匀宇宙，（iii）为每一个引力波模式，当不均匀性强烈地支配反弹动力学时，在非常早和非常晚的时间处的幅度的差异具有消失的统计平均值，而当动力学处于近真空状态时，该平均值为正，从而统计上放大了不均匀性。
2009-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
TASI Lectures on Cosmic Acceleration
在这一系列的讲座中，我们回顾了宇宙加速和暗能量的观测证据和理论研究。注释分为四个部分。首先，我回顾了基本的宇宙学形式主义来描述宇宙的膨胀历史和如何定义距离措施。第二部分涵盖了从宇宙距离测量中得到的宇宙加速的证据。第3节讨论了解释宇宙学观测的理论途径，第4节讨论了不均匀性的增长和大尺度结构观测如何帮助我们确定宇宙加速的理论起源。
2010-03-24 astro-ph.CO
Effects of inhomogeneities on the expansion of the Universe: a challenge to dark energy?
目前宇宙学的标准模型，即LambdaCDM模型，是基于爱因斯坦方程的齐次FLRW解，其中加入了一些微扰来解释大尺度下CMB的特征和结构形成。这个模型相当符合观测结果，假设宇宙95%的能量密度预算应该是未知的物理性质，即暗物质和暗能量。现在，宇宙学模型的目的不仅仅是再现观测结果，而且要对我们生活的宇宙进行物理理解。此外，即使同质性假设在大尺度上似乎或多或少是有效的，但它似乎与中间尺度（介于非线性结构形成的尺度和结构维里化的尺度之间）的观察相矛盾。这就是为什么在过去的十年里，形成了一个研究团体，其目的是寻找最好的方法来考虑宇宙中所见的不均匀性的影响，并构建精确的宇宙学模型，从而可能摆脱黑暗成分。这项工作仍处于初期阶段，目前正在取得可喜的成果。在文献中可以找到两种类型的方法：标量的空间平均和使用广义相对论的精确非齐次解。我们将在这里简要报告第二个。
2012-03-13 astro-ph.CO
Evolving Dark Energy from the Back-Reaction of Cosmological Perturbations
McGill University（麦吉尔大学）
研究从宇宙学微扰反作用演化暗能量，通过解析计算与数值模拟结合，利用弗里德曼方程平均形式导出状态方程，发现不同处理方式下暗能量时间依赖性不同，其符号不变，对暗能量行为研究有重要意义。
2026-07-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological perturbations from an inhomogeneous phase transition
本文讨论了暴胀模型中产生度规扰动的一种机制。在退耦扇区中，光标量场的长波长不均匀性会引起低能有效作用量中耦合和质量的超视界涨落。宇宙学上的相变可能会在空间中不同时发生，但在不同的哈勃斑片中会有时间滞后，这是由长波长的不均匀性引起的。这里考虑了一个有趣的模型，其中宇宙学扰动可能在电弱相变中产生。结果表明，相变可能是非高斯性的一般来源。
2009-04-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Effect of inhomogeneities on high precision measurements of cosmological distances
我们研究了在精确的相对论性瑞士奶酪模型的宇宙中的距离测量的不均匀性的影响，专注于距离模量。该模型具有LCDM背景动力学，并且“洞”是由Szekeres度量描述的非对称结构。爱因斯坦方程的Szekeres精确解，这是不均匀和各向异性的，使我们能够捕捉潜在的相关影响光传播由于非平凡的演变结构在一个精确的框架。以不同方式穿过单个Szekeres结构的光束可以经历放大或缩小，这取决于特定的路径，并且我们探索了由于结构的时间演化而产生的小的附加效应。我们研究了不同红移的光源在不同Swiss-cheese结构中的$Δμ=μ_{LCDM}-μ_{SC}$的概率分布，其中光束通过大量具有随机碰撞参量的随机取向的孔。我们发现$Δμ$的色散$0.004\le σ_{Δμ} \le 0.008$ mag源的红移$1.0\le z \le 1.5$，这是小于本征色散，例如，大小的Ia型超新星。我们从瑞士奶酪结构中得到的分布形状是特殊的，因为它们并不像宇宙学模拟中的透镜分析那样总是向缩小侧倾斜，这反映了这些结构的局限性。这可能是由于爱因斯坦方程在整个时空拼接中的连续性，这就要求补偿过密壳层必须伴随着洞中的欠密空隙区域。探索这些结构的其他用途以规避这一限制并导致不同统计数据的可能性仍然是开放的。（节录）
2015-01-05 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological inhomogeneities, primordial black holes, and a hypothesis on the death of the universe
本文研究宇宙膨胀对黑洞等致密天体的影响，提出宇宙可能终结于“完全稀释”状态，并基于 Majumdar-Papapetrou 几何给出经典演化模型，同时讨论量子现象对宇宙最终命运的可能决定作用。
2024-10-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Reevaluating the cosmological redshift: insights into inhomogeneities and irreversible processes
本研究采用协变方法重新计算宇宙学红移，指出仅在宇宙演化可逆时平均局部体积膨胀与背景膨胀一致，不可逆过程中熵产生等效于动力学暗能量，无需引入新物理。
2024-07-15 astro-ph.CO gr-qc
Can the cosmological constant be mimicked by smooth large-scale inhomogeneities for more than one observable?
作为暗能量的另一种说法，有人认为我们可能处于爱因斯坦场方程的勒梅特-托尔曼-邦迪（LTB）解所描述的非均匀各向同性宇宙的中心。为了检验这样一个假设，我们计算的低红移膨胀的光度距离$D_L(z)$和红移球壳质量密度$mn(z)$的中心观察者在LTB空间没有宇宙学常数，并显示他们如何不能拟合的观测隐含的$ΛCDM $模型，如果施加的条件，以避免一个弱的中心奇点，即如果物质分布是光滑的。我们的结论是有效的任何值的宇宙学常数，而不仅仅是$Ω_Λ>1/3$所暗示的$q^{app}_0$必须是积极的，在一个光滑的LTB空间的基础上，只考虑光度距离。光滑LTB物质主导模型的观测特征与$ΛCDM $模型的观测特征有着根本的不同，这不仅是因为它不可能再现负的表观中心减速$q^{app}_0$，而且是因为它们的时空几何结构存在更深的差异，这使得当考虑多个观测时不可能出现反演问题，并且出现在任何红移，而不仅仅是$z=0$。
2010-05-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Inhomogeneities in the universe
星系形成的标准模型预测，物质分布是统计均匀和各向同性的，其特征在于（i）r<10 Mpc/h的空间均匀性，（ii）相对有限大小的小振幅结构（即，r<100）Mpc/h和（iii）对于r > r_c ~ 150 Mpc/h的反相关（即，没有尺寸大于R_c的结构）。观测到的星系分布是否被解释为与这些预测相兼容，取决于用于表征数据的统计方法中编码的先验假设和用于解释结果的后验假设。我们提出的策略来测试最常见的假设，我们发现的证据表明，在现有的样本中，星系分布是空间不均匀的r<100 Mpc/h，但统计均匀和各向同性。我们的结论是，观察到的不均匀性构成了一个根本性的挑战，宇宙学的标准图片，但他们也代表了一个重要的机会，可能会打开许多宇宙学难题的新方向。
2011-06-15 astro-ph.CO
Renyi entropy as a measure of cosmic homogeneity
提出了一种利用Renyi熵检验三维空间分布均匀性的方法。我们应用所提出的方法从宇宙学N体模拟和蒙特卡罗模拟的齐次泊松点过程的数据。我们表明，该方法可以有效地表征的不均匀性，并确定任何过渡尺度的均匀性，如果存在于这样的分布。该方法可用于当前和未来星系红移巡天中宇宙均匀性的研究。
2020-12-27 astro-ph.CO
The Black Hole Window on Cosmic Inflation
在这篇论文中，我们发展的原则，在其早期阶段的通货膨胀，我们的宇宙的原始不均匀性的生产。作为一条线索，我们要问的是，在暴胀期间，什么样的物理现象会导致如此大的扰动，以至于它们形成了足够多的黑洞，成为暗物质。我们从最简单的单场慢卷暴胀模型开始，它不能产生原始的黑洞暗物质，然后逐渐解除它的假设。在发展了暴胀的有效场论之后，我们强调了单时钟条件在控制非均匀性方面的重要性。超越单钟暴胀，我们首先要看到一种性质不同的暴胀场景，称为超慢滚，最后要理解暴胀过程中希格斯场的物理学。
2020-12-17 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological exploitation of cosmic void statistics - New numerical tools in the CosmoBolognaLib to extract cosmological constraints from the void size function
我们提出了新的数值工具来分析宇宙虚空目录，实现内CosmoBolognaLib，一个大型的开源C++/Python数值库。CosmoBolognaLib为宇宙学计算提供了一个通用的数值环境。这项工作扩展了这些图书馆，增加了新的算法，用于宇宙空洞的宇宙学分析，覆盖了理论和观测之间的现有差距。我们实施了新的方法来模拟宇宙空洞的尺寸函数，在观测和模拟的暗物质和偏置示踪剂的样本。此外，我们提供了新的数值工具来构建明确的无效目录。后者被设计为独立于空隙探测器，以便在比较独立结果时具有高度的通用性。实现的开源软件可在GitHub存储库https://github.com/federicomarulli/CosmoBolognaLib上获得。我们还提供了一个完整的doxygen文档和一些示例代码，解释如何使用这些库。
2017-11-21 astro-ph.CO
Cosmic variance of the local Hubble flow in large-scale cosmological simulations
确定哈勃参数的精度越来越高，达到了一个百分比的水平，在这个水平上，物质分布的不均匀性引起的大规模宇宙流变得不可忽略。在这里，我们使用大规模的宇宙学N体模拟研究统计特性的本地哈勃参数测量的本地观察员。我们发现，局部哈勃参数的分布不仅取决于尺度的不均匀性，但也取决于如何定义的观测者在宇宙网络中的位置和使用什么参考系。位于随机暗物质晕中的观测者测量到的平均膨胀率低于空间中随机位置或宇宙空洞中心的观测者，并且与CMB静止框架相比，晕静止框架的这种效应更强。我们比较预测的本地哈勃参数与观测约束的基础上Ia型超新星（SNIa）和CMB观测。由于宇宙的变化，位于随机晕的观察者，我们表明，从附近的SNIa确定的哈勃常数可能不同于从CMB测量的0.8%，在1sigma统计显著性。这种分散太小，不能显著减轻最近声称的假设平坦LCDM模型的电流测量之间的差异。然而，对于位于标准LCDM模型所允许的最大空洞中心的观测者，我们发现SNIa的哈勃常数测量值将偏高5%，从而使这种张力在这种极端情况下不存在。
2013-12-23 astro-ph.CO
Scalar perturbations in cosmological models with quark nuggets
在本文中，我们考虑宇宙在其演化的后期阶段和内部的均匀性细胞。在这些尺度下，宇宙充满了不均匀分布的离散结构（星系，星系群和星系团）。假设有一小部分有色天体逃脱了强子化，以夸克胶子块（QNs）的形式存在，并考虑辐射的影响，我们研究了由于尘埃物质的不均匀性以及QNs和辐射的涨落引起的FRW度规的标量扰动.特别是，我们证明了非相对论性引力势的定义的尘埃状物质和QN的不均匀性/波动的分布。因此，QN可以分布在重子不均匀性周围（例如，星系），以这样的方式，它可以解决的问题，平坦的旋转曲线。我们还指出，辐射的涨落是由星系形式的不均匀性和夸克胶子块金的涨落引起的。因此，如果QN存在，CMB各向异性也应该包含来自QN的贡献。此外，辐射涨落的空间分布由引力势定义。所有这些结果在物理上看起来都是合理的。
2014-08-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic spherical void via coarse-graining and averaging non-spherical structures
非均匀宇宙学模型能够在没有暗能量的情况下拟合宇宙学观测，前提是假设我们生活在一个非常大规模的低密度区域的“中心”附近。大多数通过非均匀性拟合观测的研究也假设球对称，因此位于（或非常接近）中心可能意味着位于一个非常特殊和不太可能的观测点。我们认为，这种球形空隙应被视为只有一个粗略的第一近似配置，从一个合适的平滑出的非球形部分的不均匀性的角度尺度。在这封信中，我们提出了一个支持上述声明的玩具结构。该构造使用了Szekeres模型的一部分，该模型是不均匀和各向异性的，因此它也解决了球形不均匀性的限制。通过使用薄壳近似（这意味着Israel-Darmois连续性条件在壳之间不满足），我们构建了一个演化的宇宙结构模型，包含几个细长的超星系团状结构，它们之间有欠密区域，这共同提供了一个合理的宇宙结构的粗粒度描述。虽然这种配置不是球对称的，其适当的体积平均值产生的球形空隙轮廓为250 Mpc，大致同意与观察。此外，通过考虑非球形不均匀性，“中心”位置的定义变得更加细致，因此通过拟合观测对我们相对于该位置的位置的约束变得不那么严格。
2011-02-02 astro-ph.CO gr-qc
Inhomogeneities from quantum collapse scheme without inflation
在这项工作中，我们考虑的宇宙结构的种子的出现在Hollands和Wald提出的非暴胀模型的框架内的问题。特别是，我们考虑修改的建议，旨在占打破对称性的初始量子态，导致生成的原始不均匀性。这种新的成分被描述在一个自发减少的波函数。我们调查在何种条件下，可以恢复一个基本上无标度的原始不均匀性的频谱，以及哪些是占主导地位的偏差，在模型中出现的结果，引入的量子态的崩溃到该方案。
2015-03-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Relativistic Cosmological Perturbation Theory and the Evolution of Small-Scale Inhomogeneities
它表明，一阶相对论微扰理论的开放，平坦或封闭的Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker宇宙承认一个，只有一个，规范不变的量，它描述的扰动的能量密度，并成为等于通常的牛顿能量密度在非相对论性限制。粒子数密度的微扰也是如此。这些事实排除了以前理论中用来描述密度扰动的规范不变量的所有定义。利用这两个新的量，一个明显的协变和规范不变的宇宙学扰动理论，适用于非正压状态方程的压力，已经发展。新的理论是有效的所有尺度，因为度量梯度不发生在最终的发展方程。新理论有一个精确的非相对论性极限和一个与时间无关的牛顿势。通常的牛顿微扰理论不足以研究密度微扰的演化。在辐射主导的时代，粒子数密度的扰动与总能量密度的扰动引力耦合，而与粒子的性质无关。这意味着只有在物质和辐射解耦之后，结构才能开始形成。在物质和辐射密度的退耦之后，微扰非绝热地演化，即，它们与环境进行热交换。微扰的这种热损失可能会提高其质量的增长率，足以解释早期宇宙中的恒星形成，这是一种尚未理解的现象，如果没有冷暗物质存在的额外假设。这种理论观察是本文的主要结果。
2014-03-24 astro-ph.CO gr-qc
Constraining cosmological ultra-large scale structure using numerical relativity
宇宙暴胀是早期宇宙加速膨胀的一个阶段，它可以在与可观测宇宙相当或更大的距离尺度上产生大振幅的超大尺度不均匀性。最大角尺度上的宇宙微波背景（CMB）各向异性对这种不均匀性很敏感，可以用来限制超大尺度结构（ULSS）的存在。我们数值演化的非线性不均匀性，在充分的广义相对论的膨胀开始评估CMB四极约束的初始波动的幅度和可观测宇宙的大小相对于长度尺度表征的ULSS。为了获得一个统计上显着数量的模拟，我们采用了一个玩具模型，其中不均匀性注入沿一个首选的方向。我们计算的似然函数的CMB四极包括ULSS和标准的量子涨落在暴胀过程中产生的。我们计算后所观察到的CMB四极杆，发现当包括引力非线性，ULSS曲率扰动的顺序统一的数据是允许的，即使在长度尺度上不太大，比可观测宇宙的大小。我们的研究结果说明了数值相对论在约束早期宇宙学中的实用性和重要性。
2017-07-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Limits on primordial black holes from $μ$ distortions in cosmic microwave background
如果原始黑洞（PBH）直接形成于早期宇宙的不均匀性，那么质量范围$10^5 -10^{12}M_{\odot}$中的数量受到宇宙微波背景（CMB）中$μ$扭曲上限的严重限制。这是因为这些尺度上的不均匀性将被红移区间$5\times 10^4\lesssim z\lesssim2\times 10^6$中的Silk阻尼所消散。如果给定质量尺度上的原始涨落具有高斯分布，并且PBH形成于高$σ$尾部，就像在最简单的场景中一样，那么$μ$约束排除了在这个质量范围内的PBH发挥任何有趣的宇宙学作用。只有当涨落是高度非高斯的，或者是通过某种与原始涨落无关的机制形成的，才能排除这个结论。
2018-02-24 astro-ph.CO gr-qc
Phenomenological constraints on Lemaitre-Tolman-Bondi cosmological inhomogeneities from solar system dynamics
首先，我们解析地计算出在非均匀Lemaitre-Tolman-Bondi（LTB）模型的宇宙学潮汐效应引起的局部费米坐标系中运动的试验粒子轨道上的长期（即在一个轨道旋转上平均）扰动。LTB解决方案最近引起了人们的注意，除其他事项外，作为一种可能的解释所观察到的宇宙加速，而不诉诸暗能量。然后，我们用不同的太阳系数据唯象地约束了费米坐标系中LTB度规的参数K_1 = - \ddot R/R和K_2 = - \ddot R ^'/R^'。最近用天文历表估算的内行星近日点的标准牛顿/爱因斯坦岁差的修正值$Δ\dot\varpi$与我们的预测值相比，得出K_1 =（4+8）10^-26 s^-2，K_2 =（3+7）10^-23 s^-2。将卡西尼号上的地球-土星距离的残差与数值积分的LTB距离信号进行比较，可以得到K_1/2 = 10^-27 s^-2。根据对太阳系偏远地区彗星簇射的观测结果，奥尔特云中一个典型天体的轨道相对于普遍接受的牛顿图像的LTB畸变指向K_1/2 <= 10^-30-10^-32 s^-2。这些数字必须与从宇宙学数据中推断出的数量级为K1 \approx K2 = -4 10^-36 s^-2的数字进行比较。
2010-05-13 astro-ph.CO astro-ph.EP gr-qc
Effect of peculiar velocities of inhomogeneities on the shape of gravitational potential in spatially curved universe
我们研究了不均匀性的特殊速度和宇宙的空间曲率对引力势形状的影响。为此，我们考虑FLRW度量的标量扰动。引力势满足一个亥姆霍兹型方程，该方程由线性化的爱因斯坦方程组导出。我们得到了这个方程的解析解的情况下，开放和封闭的宇宙，充满冷暗物质的存在下的宇宙学常数。我们证明，第一，奇特的速度显着影响引力相互作用的屏蔽长度，第二，引力势的形式取决于空间曲率的符号。
2022-05-31 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Interpretation of the Hubble diagram in a nonhomogeneous universe
在标准宇宙学框架中，哈勃图是通过假设标准蜡烛发出的光在空间均匀和各向同性的时空中传播来解释的。然而，来自“点源”的光--如超新星--在均匀性原理不再有效的尺度上探测宇宙。不均匀性预计会导致哈勃图的偏差和分散。这是通过考虑一个瑞士奶酪宇宙学模型来研究的，该模型（1）是爱因斯坦场方程的精确解，（2）在小尺度上是强非均匀的，但（3）具有与严格均匀和各向同性宇宙相同的膨胀历史。通过模拟哈勃图在这样的模型中，我们量化的不均匀性对测量的宇宙学参数的影响。虽然在一般情况下是显著的，但对于一个由宇宙学常数支配的宇宙来说，这种影响会急剧减少。
2013-07-01 astro-ph.CO gr-qc
Constraining the Hubble parameter with the 21 cm brightness temperature signal in a universe with inhomogeneities
该研究在非均匀宇宙学模型中，利用Buchert平均形式论结合MCMC校准有效物质密度，发现不同哈勃常数值会导致21厘米亮度温度信号出现显著差异，为解决哈勃张力提供新视角。
2025-08-26 astro-ph.CO gr-qc
A covariant and gauge invariant formulation of the cosmological "backreaction"
利用我们最近提出的定义规范不变的平均值，我们给出了一个一般的协变制定所谓的宇宙学的“反反应”。我们有效的协变方程使我们能够以明确的规范不变形式描述经典或量子不均匀性影响宇宙平均演化的方式。
2010-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The effect of inhomogeneities on the distance to the last scattering surface and the accuracy of the CMB analysis
对CMB数据的标准分析假设到最后一个散射面的距离可以用弗里德曼模型中的距离-红移关系来计算。然而，在非均匀宇宙中，即使<δρ> =0，距离关系也与未微扰宇宙中的距离关系不同。这可能是严重的后果，因为距离的变化会影响CMB温度波动到角功率谱的映射。此外，如果距离的变化相对均匀，则不会产生新的温度波动。因此，这是一种不同于引入额外CMB各向异性的透镜效应或ISW效应的效应。本文表明，宇宙微波背景辐射分析的准确性可能会受到宇宙学模型中距离计算准确性的影响。由于这种效应以前没有得到充分的研究，为了测试不均匀性如何影响距离红移关系，我们研究了几种方法：Dyer-Roeder关系，透镜近似和非线性Swiss-Cheese模型。在所有情况下，到最后一个散射表面的距离与假设均匀性时不同。差异可以低至1%，高至80%。排除极端情况，距离变化约20- 30%。由于到最后散射表面的距离由CMB峰的位置设置，因此为了具有良好的拟合，需要调整距离。在修正了距离之后，宇宙学参数发生了变化。因此，没有正确估计到最后散射表面的距离可能是系统学的主要来源。本文指出，如果在计算距离时考虑非均匀性，那么具有正空间曲率和Ω_Λ~ 0.8-0.9的模型是优选的。在大多数情况下，ΛCDM模型与当前数据不一致。
2011-01-17 astro-ph.CO gr-qc
Unraveling Cosmological Anisotropies within Stochastic Gravitational Wave Backgrounds
本研究针对探测器灵敏度有限及天体物理前景干扰的难题，通过Fisher分析结合两类SGWB模板，论证了多个即将开展的引力波实验可有效探测宇宙学随机引力波背景的各向异性。
2023-07-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
