A Monster in the early Universe
Chris J. Willott
迄今发现的最遥远的类星体限制了黑洞的形成机制。它的光谱具有诱人的特征，有望在再电离时代结束之前被观察到。
The most distant quasar yet discovered sets constraints on the formation mechanism of black holes. Its light spectrum has tantalizing features that are expected to be observed before the reionization epoch ended.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Blue Monsters. Why are JWST super-early, massive galaxies so blue?
最近JWST尝试性地发现了一群超早期（红移$z> 10$）、相对质量（恒星质量$M_* = 10^{8-9} M_{\odot}$）和演化（金属丰度$Z \approx 0.1 Z_{\odot}$）的星系，但它们显示出蓝色（$β\simeq -2.6$）光谱和非常小的尘埃衰减（$A_{\rm V} \leq 0.02$），这对我们对这些系统的解释提出了挑战。为了解决这个难题，我们提出了两种解决方案，其中尘埃要么（a）由辐射压力喷出，要么（b）相对于紫外线发射区域隔离。我们澄清了这两种情况适用的条件，并表明，它们可以区分ALMA观测，如最近没有检测到的$88μm$尘埃连续GHZ 2（$z\simeq 12$）有利于尘埃喷射。
The first dusty galaxies across $6 \lesssim z \lesssim 14$: Blue monsters, red monsters, and the bimodality of dust content in early galaxies
研究跨越6≲z≲14的星系尘埃含量双峰性，通过模拟云尺度机械吹散等过程，利用超新星三维流体动力学模拟得出的吸收不透明度，解释紫外明亮尘埃贫乏星系和红色尘埃大质量系统，将红移z≳10的蓝、红怪物与z≈6 - 7的尘埃星系联系起来。
Monsters in the Dark: Predictions for Luminous Galaxies in the Early Universe from the BlueTides Simulation
Oesch等人（2016）利用哈勃和斯皮策的深层观测，在$z \approx 11$发现了一个明亮的（$M_{\rm UV}\approx -22$）恒星形成星系候选者。GN- $z11$的存在意味着数密度$\sim 10^{-6}\,{\rm Mpc^{-3}}$，大约比基于较低红移外推的预期值高一个数量级。利用前所未有的体积和高分辨率的BlueTides宇宙流体动力学模拟，我们研究了发光稀有天体在$z > 10$的人口。蓝潮中的光度函数意味着大质量星系的数量增加，这与GN-$z11$的观测结果一致。我们发现大约30个星系在$M_{\rm UV}\approx -22$在$z = 11$的蓝潮体积，包括一些对象约1.5等亮。在Oesch等人（2016）探测的体积中观测到GN-$z11$的概率为$\sim 13$ %。蓝潮中$z = 11$的罕见亮星系的预测性质与从GN-$z11$观测中推断的性质非常吻合。BlueTides预测，在观测到的SED中，微弱AGN的贡献可以忽略不计。WFIRST观测的体积的巨大增加将提供对$\sim1000$星系的观测，其$M_{\rm UV} < -22$超过$z = 11$，达到$z = 13.5$。
Monster in the Dark: The Ultraluminous GRB 080607 and its Dusty Environment
我们提出了明亮的伽马射线暴GRB 080607的早期光学通过红外测光，开始只有6秒后，在休息帧的初始触发。通过我们以前发表的光谱学补充，这个高质量的光度数据集使我们能够解决红移3.036视线的消光特性，可能是迄今为止我们本地组之外任何视线的紫外连续吸收特性的最详细信息。任何普通的消光模板（包括银河系、大麦云云和小麦哲伦云的平均曲线）都不能充分模拟这种消光特性，部分原因是2175埃的特征（虽然存在）比在当地类似情况下看到的要弱大约两倍。然而，光谱能量分布可以精确地用更一般的费茨帕特里克和马萨（1990）的本群消光参数化来拟合，将其与一些特殊的银河系消光曲线放在同一个家族中。在修正了这种（相当大的，A_V = 3.3 +/- 0.4等）消光之后，GRB 080607被揭示为有史以来观测到的光学上最明亮的事件之一，可以与裸眼爆发GRB 080319 B相媲美。它的早期峰值时间（t_rest < 6 s）表明有一个高的初始洛伦兹因子（Gamma > 600），而极端的亮度可以部分地解释为一个大的环爆流密度。只有因为它早期的高光度，GRB 080607的余辉才能被如此详细地研究，尽管衰减很大，距离很远，使这次爆发成为了解其他高度模糊的河外天体的一个很好的原型，特别是“黑暗”GRB。
Role of Massive Radiation Pressure in the Early Universe
宇宙中物质的特征分布及其可观测的视加速膨胀是宇宙演化早期历史事件--大质量恒星爆炸对氢环境中漂移粒子辐射压力的结果。
On Some Properties of the Neutrino in The Early Universe
早期宇宙中中微子的性质已经被研究，并在早期宇宙的质量密度的一个小的不均匀性。在研究中微子的平均自由程和质量束缚时发现了对这个因子的依赖性。用一个自由波包来描述中微子的时间过程，研究了中微子味的振荡，得到了一些有趣的结果。
Dilution of baryon asymmetry in the early universe due to primordial blackhole decay
宇宙形成初期的原初黑洞在物质主导时代衰变产生光子，从而导致重子不对称性的稀释和宇宙标度因子的演化。在考虑瞬时衰变近似、宇宙膨胀的现实模型和原始黑洞的对数正态谱的情况下，对这一过程进行了检验和计算。
Magnetic Field of Cosmic Strings in the Early Universe
宇宙弦是一种拓扑缺陷，它可以在早期宇宙中由自发对称性破缺的相变形成。本文分析了在大统一能量标度（GUT标度）下，早期宇宙中的宇宙弦在解除禁闭相变结束后立即产生磁场的可能性。研究发现，在由带电π介子组成的赝标物质的真空中，弦周围会感应出一个沿弦方向的环形电流和磁场。我们还研究了早期宇宙中环绕弦的磁通量管（弦磁层）与宇宙等离子体的相互作用。分析了弦周围的宇宙等离子体由于与弦磁场相互作用而磁化的可能性。
Ion chemistry in the early universe: revisiting the role of HeH+ with new quantum calculations
HeH+的作用已经在新计算的速率的帮助下进行了新的评估，该速率完全使用从头算方法，从而使我们能够更准确地计算早期宇宙全球化学网络中的相关丰度。与类似的作用的离子分子LiH+的比较。采用我们的新程序，基于负虚势方法，对HeH+与H原子的气相反应进行了量子计算。给出并讨论了在早期宇宙化学一般条件下得到的积分截面和反应速率系数。在新的反应速率下，早期宇宙中HeH+的丰度比以往的研究大了一个数量级以上。我们更准确的发现进一步支持了检测HeH+宇宙学特征的可能性。
Structure Formation in the Early Universe
宇宙结构形成的标准理论认为，宇宙今天丰富的结构是通过引力放大其早期历史中产生的微小物质密度波动而发展起来的。最近对宇宙微波背景、大尺度结构和遥远的超新星的观测非常精确地确定了宇宙的能量含量和初始密度场的基本统计数据。它已经成为可能，从早期到现在的时代结构的形成和非线性增长作出准确的预测。本文综述了宇宙结构形成理论的最新进展。我们专注于第一个宇宙学物体的形成。从国家的最先进的数值模拟结果。最后，我们讨论了第一代恒星和星系的未来观测前景。
CMB constraints on the early universe independent of late time cosmology
本文利用CMB透镜经验测量与弱先验，实现早期宇宙参数约束几乎独立于晚期宇宙学，并用Planck PR4数据提供稳健约束，验证了方法的有效性。
Glimpses into the early Universe
这篇文章简要概述了我们目前对早期宇宙的理解所依据的理论思想。将早期宇宙模型的预测与宇宙学观测，特别是宇宙微波背景波动的观测相对照，将提高我们对原始宇宙物理学的认识。
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。
Primordial Black Holes: sirens of the early Universe
原始黑洞（PBH）通常是在早期宇宙中形成的轻黑洞。有许多形成机制，包括大密度扰动的坍缩、宇宙弦环和气泡碰撞。形成的PBH的数量受到其蒸发和透镜效应以及动力学效应的严格限制。因此，PBH是早期宇宙物理学的一个强有力的探测器，特别是暴胀模型。它们也是潜在的冷暗物质候选者。
Dark Matter from Evaporating Primordial Black Holes in the Early Universe
本文研究早期宇宙中占主导的原初黑洞在核合成前蒸发产生暗物质的冻结机制，考虑两种形成机制下的连续质量谱，并给出该场景解释极早期暗物质产生的条件。
Enigmatic Aspects of the Early Universe: Possibility of a 'Pre-Big Bang Phase'!
在这篇论文中，我们提出，在早期致密宇宙中粒子之间的相互引力相互作用可以导致一个“前大爆炸”的场景，粒子质量大于普朗克质量意味着宇宙的加速阶段，然后当质量下降到普朗克质量以下时进入辐射阶段。在各种统一理论中，这种大质量粒子（即普朗克质量的倍数）的状态塔的存在，在早期宇宙中提供了快速的加速，类似于通常的暴胀场景，但在这里，当温度低于普朗克温度时，膨胀率“平滑”地过渡到辐射主导的宇宙。
Black Hole Remnants in the Early Universe
我们考虑了早期宇宙中原始微黑洞（MBH）残余物的产生。这些物体导致宇宙在暴胀开始之前处于物质主导的时代。这样一个时代的CMB功率谱的影响进行了讨论和计算分析和数值。通过与WMAP合作组的最新观测数据的比较，我们发现我们的模型能够解释CMB功率谱的四极异常。
Micro black holes formed in the early Universe and their cosmological implications
粒子的高能碰撞可能在早期宇宙中产生了微小的黑洞，由于霍金辐射，这些黑洞可能会留下稳定的残余物，而不是完全蒸发。如果再加热的温度足够接近基本引力标度（这可能与通常的普朗克标度不同，取决于空间额外维度的存在和性质），那么形成速率可能足够高，因此这些残余物可以解释宇宙中整个冷暗物质。
Cosmological Imprints of a Generalized Chaplygin Gas Model for the Early Universe
我们提出了一个早期宇宙的唯象模型，其中有一个早期的“精髓”阶段和辐射主导的时代之间的平稳过渡。物质的含量是由一个适当修改的Chaubergin气体为早期宇宙。我们通过将标量扰动的原始功率谱映射到WMAP7的最新数据来观测约束模型。我们也计算了原始引力波的频谱，就像今天测量的那样。我们表明，频谱的高频区域取决于模型的自由参数，最重要的是，这一区域的频谱可以在未来的引力波探测器的范围内。
Connecting QGP-Heavy Ion Physics to the Early Universe
我们讨论了早期宇宙中夸克-胶子等离子体的性质和演化，并与实验室重离子实验进行了比较。我们描述了物质和反物质如何从夸克和胶子的原始汤中出现。我们集中讨论早期宇宙和实验室实验之间的相似性和差异。
Dark matter and the early Universe: a review
暗物质是目前宇宙学和粒子物理学中的一个突出问题。在这篇综述中，我们讨论了可能的解释暗物质和实验观测值，最终可以导致发现的暗物质及其性质，并证明早期宇宙的宇宙学性质和观测值之间的密切相互作用，用于约束暗物质模型的背景下，新的物理学超越标准模型。
Chiral Tensor Particles in the Early Universe - Present Status
在这项工作中，手征张量粒子在宇宙历史中的宇宙学作用和位置的更新。讨论了一个推广的手征张量粒子模型。研究了这些粒子对早期宇宙演化的影响。也就是说，在这个扩展的模型中的额外的粒子所造成的宇宙膨胀率的增加进行了计算，他们的特征与热宇宙等离子体的粒子的相互作用进行了研究和相应的时间的创建，散射，湮灭和衰变估计为接受的值，其质量和耦合，根据最近的实验约束。这些粒子在宇宙演化中大量存在的时期是确定的。
Ferromagnetic properties of charged vector bosons condensate in the early universe
考虑了早期宇宙中的玻色-爱因斯坦凝聚。本文研究了带电矢量玻色子凝聚体的磁性，表明它形成了铁磁态。因此，原始等离子体可以在宏观上大的畴内自发磁化，并且可以产生原始磁场。
Positron Signal from the Early Universe
该研究提出极早期宇宙爆发产生的正电子湮灭可形成可探测的软X射线信号，探测该信号将为早期宇宙爆发假说提供关键证据，呼吁开展相关搜寻工作。
The Influence of the Shear on the Gravitational Waves in the Early Anisotropic Universe
利用早期各向异性Bianchi I型宇宙的展开，研究了类时和零测地线的同余的奇异性。在这篇文章中，我们集中讨论了早期宇宙中类时和零测地同余的剪切的影响。在一定的自然条件下，我们推导出Raychaudhuri型方程的膨胀和剪切相关的方程。近年来，在激光干涉引力波天文台（LIGO）上工作的科学家们展示了观测原始引力波背景辐射各向异性的多种可能性。我们推导出的演化方程的剪切，可能是负责这些观测结果。
Exploring the Early Universe with Gaia and THEIA
最近有人指出，盖亚是能够检测到一个随机的引力波背景之间的脉冲星定时阵列和LISA的频率的灵敏度带。我们认为，盖亚和THEIA具有巨大的潜力，早期宇宙学，因为这样的频率范围是理想的探测相变在不对称暗物质，SIMP和宇宙学QCD过渡。此外，还有可能探测到在这种早期宇宙过渡期间产生的太阳质量范围内的原始黑洞，并将它们与QCD时代预期的黑洞区分开来。最后，我们讨论了潜在的盖亚和THEIA探测拓扑缺陷和盖亚的能力，可能揭示最近的NANOGrav结果。
On A Cosmological Invariant as an Observational Probe in the Early Universe
k-本质标量场模型通常被认为具有${\mathcal L}=-V(ϕ)F(X)$形式的拉格朗日量，其中$F$是$X=\nabla_μϕ\nabla^μϕ$的某个一般函数。在某些条件下，这个拉格朗日量在早期宇宙的背景下可以采取振荡器的形式，其频率依赖于时间。在宇宙学的情况下，依赖于时间的振荡器的Ermakov不变量，然后导致一个不变的二次形式，涉及哈勃参数和对数的比例因子。原则上，这个不变量可以导致对早期宇宙的进一步观测探测。此外，如果这样一个不变量可以被观测证实，那么暗能量的存在也将被间接证实。
Flavor Violating Axions in the Early Universe
违反味道的轴子耦合可以在复合之前起作用，它们可以用额外的辐射成分填充早期宇宙。工作在一个模型独立的框架内，我们认为一个有效场论的轴子场和量化轴子生产。目前的宇宙学数据已经排除了一小部分可用的参数空间，未来的CMB-S4调查将显着改善边界。值得注意的是，我们发现未来的宇宙学边界将与我们在地球实验室中获得的边界相当，甚至更强。
Resolving conclusions about the early Universe requires accurate nuclear measurements
核物理实验给出了反应速率，通过建模和与原始丰度的比较，限制了宇宙学参数。关键反应\dpg的误差线在2020年收紧，暴露了不同分析之间的差异，并要求对其他反应进行更准确的测量。
Trans-Planckian Censorship Conjecture and Early Universe Cosmology
我回顾了“跨普朗克审查猜想”（TCC）及其对宇宙学的影响，特别是对暴胀宇宙的情况。虽然暴胀情景受到TCC的严格限制，但其他早期宇宙情景并不受限制。
Non-Gaussianities, early Universe, and GRBs. Tracing the primeval state of the Universe with number counts of Gamma-Ray Bursts
我们研究了太初宇宙中的太初非高斯性对重子结构形成过程的影响。通过将高斯和非高斯情形下的宇宙恒星形成率与高红移再电离源的可探测性相联系，我们得到了不同模型下的预期伽马射线暴率。我们发现，高红移伽马射线暴的计数可以作为非高斯性的宇宙学探针，它们是区分早期非高斯效应的合适候选者。
Hadronic Matter in the Robertson-Walker Metric and the Early Universe
本文给出了早期宇宙中Robertson-Walker度规下强子物质的Friedman方程。我们考虑强子相，它是在夸克-胶子等离子体强子化之后形成的，这意味着时间从10^{-6}s到1 s。推导出一组方程，并考虑一个近似的解析解的系统的行为进行了研究。
How Slowly can the Early Universe Expand?
当宇宙的膨胀是由状态方程参数$w$和声速$c_s$满足$w = c_s^2 \le 1$的理想流体控制时，哈勃参数$H$和时间$t$满足$Ht \ge 1/3$ .最近，人们对使用$Ht < 1/3$的“超慢”膨胀定律（有时称为“快速膨胀”模型）产生了兴趣。我们研究了各种可以产生超慢膨胀的模型：具有负势的标量场、正压流体、膜世界模型或早期宇宙中的游荡阶段。超慢膨胀的标量场模式和正压模式对向$w = 1$或$w \rightarrow \infty$的演化不稳定，对向$w \rightarrow \infty$的演化不稳定。膜世界模型可以产生超慢的膨胀，但需要超出标准弗里德曼方程的膨胀定律。游荡的早期宇宙模型可以在早期宇宙中产生准静态膨胀阶段，但需要一个奇异的负密度分量。这些结果表明，呼吁在早期宇宙中的超慢膨胀阶段应该谨慎对待，尽管游荡的早期宇宙可能值得进一步研究。这些结果不适用于超慢收缩模型。
Fermionic decay of a massive scalar in the early Universe
我们得到了一个弯曲的空间推广的标量费米子衰变率与汤川耦合在扩大弗里德曼-罗伯逊-沃克宇宙。这是使用弯曲时空中量子场的完整理论和加总跃迁概率方法完成的。研究发现，在膨胀的宇宙中，通常的闵可夫斯基衰变率在早期有相当大的变化。对于共形耦合标量，衰变率被一个与质量的倒数成正比并与宇宙膨胀率相关的正加性项修正。我们比较和对比我们的结果与以前的研究标量到标量衰变，并发现，在一般情况下，衰变通道到费米子是在非常早期的宇宙衰变的主要渠道。
Limitations of an Effective Field Theory Treatment of Early Universe Cosmology
假设超弦理论是在量子水平上统一自然界所有力的基本理论，我认为有效场论技术在描述早期宇宙宇宙学中的适用性存在关键限制。
Introduction to Early Universe Cosmology
观测宇宙学正处于它的“黄金时代”，有大量关于宇宙中物质和光分布的最新数据。这些数据可以用来探索早期宇宙的理论。正是小振幅的宇宙学涨落编码了关于极早期宇宙的信息，并将其与当前的数据联系起来。因此，在这些讲座的中心议题是“理论的宇宙学扰动“，该理论描述了产生的不均匀性在非常早期的宇宙和他们的演变，直到目前的时间。我将把这个理论应用于非常早期宇宙的三类模型。第一个是“暴胀宇宙学”，这是目前理解宇宙早期演化的范式。我将回顾暴胀宇宙学的成功，但也将重点放在暴胀宇宙学所面临的一些概念上的挑战，这些挑战促使人们寻找可能的替代方案。我将介绍两种可供选择的方案，“物质反弹”模型和“弦气体宇宙学”，我将讨论如何宇宙学波动，可以解释目前的数据在这些模型中产生。
Fundamental Physics, the Swampland of Effective Field Theory and Early Universe Cosmology
宇宙暴胀并不是唯一符合当前观测数据的早期宇宙情景。我将讨论一个成功的早期宇宙宇宙学的标准，比较几个提出的方案（通货膨胀，弹跳宇宙学，和{ \it紧急}方案），重点是未来的观测数据将如何能够区分它们。我将论证，为了理解早期宇宙，我们需要超越有效场论，而超弦理论的原理将产生一种非奇异的宇宙学。
The realistic QCD equation of state in relativistic heavy-ion collisions and the early Universe
强相互作用物质的现实物态方程已成功地应用于RHIC相对论性重离子碰撞中强子产生的流体力学研究中。与简单的理想气体状态方程得到的结果进行了比较。现实的状态方程描述的是夸克-胶子等离子体和强子物质之间的交叉而不是一级相变。我们的数值计算表明，在这种交叉过程中，早期宇宙中强相互作用物质的小不均匀性是适度阻尼的。
Chiral fermions and torsion in the early Universe
在罗伯逊-沃克几何和早期宇宙的背景下，考虑了广义相对论的爱因斯坦-嘉当公式中由费米子物质引起的挠率。一个模棱两可的方式扭曲所产生的热费米子物质的手征模型应实施的突出和讨论。在一种解释中，手性模型中的化学势可以对弗里德曼方程做出贡献，并且对能量密度做出负贡献。
Cosmology of the Very Early Universe
在这些讲座中，我专注于早期宇宙模型，可以解释目前观察到的大尺度结构。我首先对暴胀宇宙学进行了概述，暴胀宇宙学是理解我们今天所观察到的宇宙起源的当前范式。我将讨论暴胀宇宙学的一些进展和问题，然后再描述两种可供选择的方案--物质反弹和弦气体宇宙学。所有早期的宇宙模型都通过宇宙学扰动的演化与观测相联系--这个主题将在这些讲座中详细讨论。
The Higgs field and early universe cosmology: a (brief) review
我们回顾和讨论最近的工作，探索早期宇宙宇宙学的希格斯场的影响，反之亦然。根据所考虑的模型，希格斯粒子可能是决定宇宙演化和命运的几个标量场之一，或者希格斯粒子场可能与具有复杂动力学的标量模量丰富的扇区有关。特别是，我们研究了希格斯场对暴胀及其预测、标准模型真空的（Meta）稳定性以及景观中动态选择机制的存在的潜在后果。
Early-Universe-Physics Insensitive and Uncalibrated Cosmic Standards: Constraints on $Ω_{\rm{m}}$ and Implications for the Hubble Tension
为了进一步阐明预重组模型是否可以解决哈勃张力，我们探索了对早期宇宙物理不敏感的宇宙背景演化的约束。宇宙微波背景（CMB）各向异性的分析一直被认为高度依赖于早期宇宙物理学。然而，我们表明，事实上，在重组的声音视界接近年底的拖曳时代是不敏感的早期宇宙物理。这使我们能够将两个视界的绝对大小联系起来，并将它们视为自由参数。CMB峰值角尺寸、重子声学振荡（BAO）和Ia型超新星可以共同作为“早期宇宙物理学不敏感和未校准的宇宙标准”，用于测量从复合到今天的宇宙历史。它们可以对复合后的宇宙背景，特别是用$Ω_{\rm{m}}=0.302\pm0.008$（$68\%$ C.L.）假设在重组之后是平坦的$Λ$ CDM。当我们将这些与其他非局部观测相结合时，我们得到了对$H_0$的几个约束，这些约束对早期宇宙物理的敏感性显著降低。这些都比基于造父变星的局部测量结果更符合普朗克2018结果。这意味着复合后的非局域观测和局域测量之间存在着张力，而这种张力无法通过修改复合前的早期宇宙物理学来解决。
String Theory and the Early Universe: Constraints and Opportunities
本文面向怀疑弦理论的宇宙学家，概述弦理论在早期宇宙学中的重要性，涵盖暴胀、CMB张量模式、扩展动能时期及再加热。
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