Effects of a Geometrically Realized Early Dark Energy Era on the Spectrum of Primordial Gravitational Waves
在这项工作中，我们调查的几何产生的早期暗能量时代的原始引力波的能谱的影响。早期的暗能量时代，我们选择它有一个恒定的状态方程参数$w$，是协同产生的适当的$f(R)$重力的存在下的物质和辐射完美的流体。正如我们所证明的，预测信号的$f(R)$原始引力波的能谱放大，可以检测到，对于各种再加热温度，特别是对于大的再加热温度。信号幅度取决于早期暗能量时代的持续时间和状态参数的暗能量方程的值，后者对放大的影响更为关键。具体地，当状态方程参数接近de Sitter值$w=-1$时，发生放大。关于早期的暗能量时代的持续时间，我们发现，最大的放大发生在早期的暗能量时代开始在温度$T=0.85\,$ eV，直到$T=7.8\,$ eV。此外，我们研究了一个类似的情况下，发生放大，早期的暗能量时代开始在$T=0.29\,$电子伏特，并持续到温度增加$ΔT\sim 1.7\,$电子伏特。
2022-06-01 astro-ph.CO gr-qc
Primordial magnetic fields and modified recombination histories
本文针对原初磁场诱导的小尺度重子团块对宇宙复合历史的影响，提出一种线性化处理方法以自洽计算修正后的复合历史，发现团块因子不足以缓解哈勃张力等宇宙学矛盾，但该框架具有普适性并为完整理论描述奠定了基础。
2025-09-19 astro-ph.CO
Primordial electric fields before recombination in the early Universe
本文的工作是对前人关于原始电磁场研究的补充。本文讨论了三个重要问题：原初电场的演化、复合前等离子体中的电孤子和粒子密度孤子以及它们对宇宙微波背景功率谱的影响。详细的计算表明，在大尺度和小尺度上，原始电场都因朗道阻尼效应而耗散，对频谱没有影响。而在复合前，等离子体中存在稳定传播的孤立波，其传播速度明显低于重子声振荡，且只在极小尺度下起作用。另一方面，孤子的振幅很弱，对重子声学振荡的相位贡献很小，所以在谱上只存在关于这种电孤波的信息。总之，作为宇宙学相关专著，忽略电磁场（至少是电场）是计算宇宙微波背景的合理处理方式。然而，质子密度涨落在以稳定孤波传播的同时，表现为KdV方程的形式，这为寻找涨落的起源提供了可能性，从而促进了星系的生成和演化。
2021-02-03 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
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
HyRec: A fast and highly accurate primordial hydrogen and helium recombination code
我们提出了一个国家的最先进的原始重组代码，HyRec，包括所有的物理效应，已被证明显着影响重组。氦复合的计算包括He I 2 1 P- 1 1 S线、He I 2 3 P- 1 1 S线中氢连续谱不透明度的简单解析处理，以及在现场近似下处理这些线之间的反馈。氢复合计算使用有效的多级原子方法，几乎占了无限数量的激发态。我们占双光子跃迁从2s和更高的水平，以及频率扩散莱曼α与完整的辐射转移计算。提出了一种新的方法，使辐射场与能级布居和自由电子分数同时演化。利用描述辐射转移的方程的特殊稀疏模式，加快了计算速度。完整重组历史的计算时间约为2秒。这使得我们的代码非常适合列入蒙特卡罗马尔可夫链的宇宙学参数估计即将到来的高精度宇宙微波背景各向异性测量。
2011-01-21 astro-ph.CO
Eigenmode analysis of perurbations in the primordial medium at and before recombination
宇宙微波背景的各向异性被认为是由于原始介质的扰动，在重组后，导致星系团和星系的形成。目的：我们分析了原始介质的扰动波模式在重组之前，由一个完全电离的重子等离子体，一个强大的黑体辐射领域，和冷暗物质。研究方法：我们使用的相对论运动方程的线性微扰理论，利用一个严格的热力学平衡模型，涉及的辐射能量密度的等离子体温度。结果如下：结果表明，存在一个与重子声波相对应的波模，其相速度接近光速，但暗物质在该波模中的参与很小。相反，暗物质以引力坍缩的形式拥有自己的主导模式，重子等离子体的参与非常少。结论：鉴于重子和暗物质之间的这种非常弱的耦合，计算机模拟大尺度结构和星系形成所假设的初始条件，即假设在重组之后，当星系形成开始时，重子和暗物质密度扰动在分数振幅方面在空间上是一致的，可能是不合理的。此外，在最后一个散射面上重子和暗物质扰动可能的非重合性对分析宇宙微波背景各向异性也有意义。
2022-05-12 astro-ph.CO
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
Primordial non-Gaussianity as a signature of pre-inflationary radiation era
讨论了在暴胀模型中产生的原初非高斯性，其中暴胀之前是辐射时代。结果表明，双谱和三谱的非高斯性由于前暴胀辐射时代的存在而增强。这种情况的一个显著特征是三谱非高斯性大于双谱非高斯性。
2013-02-01 astro-ph.CO
Improved CMB anisotropy constraints on primordial magnetic fields from the post-recombination ionization history
我们研究了复合前产生的原始磁场（PMF）随机背景对宇宙电离历史和宇宙微波背景辐射（CMB）的影响。复合前PMF在复合和再电离过程中通过衰减的MHD湍流和双极扩散耗散。这改变了局部物质和电子的温度，从而影响电离历史和汤姆逊可见度函数。我们使用这种效果来约束由幂律型谱描述的PMF，将我们以前的研究（基于尺度不变谱）扩展到任意谱指数。我们推导出了由于双极扩散和MHD衰减湍流的单独作用以及它们的组合作用而产生的PMF积分振幅的上界。我们发现，双极扩散是相关的$n_{\rm B}>0$，而$n_{\rm B}<0$ MHD湍流是更重要的。在具有锐截止的保偏光纤的积分振幅上的谱指数上边缘化的界限是$\sqrt{\langle B^2 \rangle}<0.83$ nG。我们讨论的阻尼机制和与以前的界限的比较的假设的定量相关性。
2019-02-27 astro-ph.CO
Recombination era magnetic fields from axion dark matter
我们介绍了一种新的机制，产生磁场在复合时代。这种类哈里森机制利用了重子中的涡旋，这种涡旋是通过引力相互作用通过轴子的玻色-爱因斯坦凝聚体产生的。产生的磁场在银河系尺度$\sim 10\,{\rm kpc}$上，并且具有今天的$B\sim10^{-23}\,{\rm G}$量级。该场具有比依赖于二阶微扰理论的其他机制所产生的场更大的幅度，并且足以为电池机制提供种子。
2015-12-21 astro-ph.CO hep-ph
$f(R)$-Gravity Generated Post-inflationary Eras and their Effect on Primordial Gravitational Waves
在这项工作中，我们将考虑一个几何产生的后暴胀时代对原始引力波能谱的影响。具体地说，我们将考虑一个后暴胀常数状态方程时代，产生的协同效应的$f(R)$重力和辐射和物质完美的流体。我们将研究两种有趣的情况，一种是状态方程参数$w=-1/3$，在这种情况下，宇宙既不加速也不减速，另一种是$w=0$，因此是一个早期的物质支配时代。为了评价与引力波能谱计算有关的暴胀观测指标，我们还考虑了常数状态方程参数era对$e$ -折叠数的影响。在$w=-1/3$和$w=0$两种情况下，原初引力波的能谱都被放大，但对于$w=0$情况，这种效应更强。
2022-05-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Amplification of Primordial Gravitational Waves by a Geometrically Driven non-canonical Reheating Era
为了描述广义相对论中的暴胀，必须不可避免地使用标量场，尽管这种描述会遇到各种挫折。另一方面，$f(R)$引力理论和其他修正的引力理论似乎提供了一个统一的描述早期和晚期的动力学，而不诉诸标量或幻影理论。问题是，修正后的引力能直接影响神秘的辐射统治时代吗？解决这个问题是这项工作的重点，我们将考虑的情况下，在辐射支配时代的早期阶段，即在再加热时代，背景状态方程参数是不同的$w=1/3$。正如我们所展示的，在$f(R)$引力的背景下，一个异常的再加热时代可以影响今天的原始引力波能谱。由于未来的干涉仪将准确地探测这个时代，其中包括在辐射支配时代的早期阶段重新进入视界的亚视界模式，这项工作的重点是如何短的异常再加热时代，偏离标准的完美流体模式与$w\neq 1/3$，并产生高阶曲率项，可以影响原始的引力波能谱。使用WKB的方法，我们计算了一个$f(R)$重力产生的异常再加热时代的影响，并作为我们显示的原始引力波频谱显着放大，结果是在广义相对论的情况下，在那里的效果是轻微的。
2022-03-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Primordial black holes formation in a early matter dominated era from the pre-big bang scenario
本文研究前大爆炸情景下早期物质主导时期中由声速变化诱导曲率扰动增强所导致的原初黑洞形成，发现仅在参数空间小范围内可产生与暗物质相关质量的原初黑洞，而轻质原初黑洞可大量产生。
2023-08-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
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
Imprint of a scalar era on the primordial spectrum of gravitational waves
对暴胀引力波（GW）随机背景的研究为探索宇宙在大爆炸核合成之前的演化提供了令人兴奋的可能性。本着这种精神，我们探讨了未来GW观测的敏感性，以广泛的一类超出标准模型的情况下，导致非标准的扩展历史。我们考虑一个新的标量场的相干振荡主导宇宙的能量密度在很早的时候，导致在标准的辐射主导的时代之前的标量时代。这个标量时代在原始GW光谱上的印记提供了一种手段来探测动机良好但难以捉摸的粒子物理模型。我们的工作突出了未来GW观测站在整个可访问频率范围内的互补性。
2019-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Constraints on single entity driven inflationary and radition eras
我们提出了一个模型，试图在一个统一的框架下融合暴胀时代和随后的辐射主导时代，以提供一个平滑的过渡。该模型是基于广义Chaubergin气体的修改。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。
2012-03-09 astro-ph.CO gr-qc
One-loop correction to primordial tensor modes during radiation era
Universität Leipzig（莱比锡大学）；Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Università di Pavia（帕维亚大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）；Università di Trento（特伦托大学）
研究辐射时期原始张量模的一阶修正，通过热等离子体建模计算其功率谱修正，探讨其潜在影响。
2025-12-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A Stiff Pre-CMB Era with a Mildly Blue-tilted Tensor Inflationary Era can Explain the 2023 NANOGrav Signal
本文提出复合前的 stiff 时代结合轻微蓝移张量谱的暴胀时代可以解释 2023 年 NANOGrav 信号，并通过模型无关和 Higgs-axion 模型两种方法验证，预测未来引力波实验可探测相关信号。
2023-11-01 astro-ph.CO gr-qc
Flat Energy Spectrum of Primordial Gravitational Waves vs Peaks and the NANOGrav 2023 Observation
本文提出若干引力与粒子物理模型，通过蓝倾斜谱结合低再加热温度产生原初引力波能量谱，解释 NANOGrav 2023 观测，其中 Higgs-axion 模型预测的峰值谱可被 NANOGrav 和 LISA 探测。
2023-07-30 astro-ph.CO gr-qc
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
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
Effect of Inhomogeneity on Primordial Black Hole Formation in the Matter Dominated Era
我们研究了物质支配时代的不均匀性对原初黑洞形成的影响。在非均匀密度分布的引力坍缩中，如果视视界阻止组态中心区域的信息泄漏，则形成黑洞。由于信息的传播速度不可能超过光速，我们通过考虑有限的信息传播速度来确定黑洞形成的阈值。我们发现，原始黑洞的产生概率$β_{inhom}(σ)$，其中$σ$是在视界入口处的密度波动，显着增强，从以前的工作中，其中的传播速度被有效地视为无限的。对于$σ\ll 1$，我们得到$β_{inhom}\simeq 3.70 σ^{3/2}$，这是由约一个数量级比在早期的工作中推导出的概率假设瞬时传播的信息。
2018-10-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Hints of Primordial Magnetic Fields at Recombination and Implications for the Hubble Tension
Universite de Montpellier（蒙彼利埃大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
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
Radiative transfer effects in primordial hydrogen recombination
高精度宇宙复合历史的计算是近年来人们特别关注的问题，因为它是预测宇宙微波背景各向异性角功率谱的主要理论不确定性因素。莱曼跃迁，特别是莱曼-α线，由于其非常低的逃逸概率，长期以来一直被认为是复合的瓶颈之一。Sobolev近似不能以足够的精度描述莱曼线附近的辐射转移，并且在其他工作中已经计算了几个校正。本文计算了一些以前忽略的辐射转移效应的影响。首先，汤姆逊散射在莱曼α线附近的效果进行评估，使用一个完整的再分配内核纳入辐射转移代码。本文用解析近似法研究了氢线蓝向的光学厚氘莱曼α线产生畸变的反馈效应。结果表明，在宇宙学氢复合过程中，这两种效应都可以忽略不计。其次，高的重要性，非重叠莱曼过渡进行了评估。它示出，从以上的Ly-gamma和Ly-beta和更高的线的频率扩散线逃逸可以忽略不计的准确性损失。第三，一种形式主义概括的Sobolev近似的开发占的重叠的高躺莱曼线，这是导致可以忽略不计的变化的重组历史。最后，探讨了宇宙学氢复合脉泽的可能性。结果表明，在这里提出的纯辐射处理中不存在这样的脉塞。
2010-09-23 astro-ph.CO
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
Effects of a Pre-inflationary de Sitter Bounce on the Primordial Gravitational Waves in $f(R)$ Gravity Theories
在这项工作中，我们研究了暴胀前的德西特反弹对原始引力波能谱的影响。具体地说，我们假设宇宙是由几个演化补丁描述的，开始于de Sitter前暴胀反弹，随后是准de Sitter慢卷暴胀时代，随后是常数状态方程参数异常再加热时代，随后是辐射和物质支配时代和后期加速时代。真空$f(R)$引力可以实现反弹和暴胀时代，$f(R)$引力和完美物质流体的协同作用可以实现异常再加热和晚期加速时代。使用众所周知的重建技术，我们发现，除了从物质和辐射的统治时代，这是实现相应的物质流体的$f(R)$重力可以实现每个演化补丁。相应地，我们计算了原始德西特反弹的阻尼因子，正如我们所展示的，与没有反弹的情况相比，信号只能被一个引力波未来的实验检测到。我们详细讨论了我们的结果的后果和未来的前景。
2022-10-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Polynomial Potential Inflation in the ACT Era: From CMB to Primordial Black Holes
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Hunan Normal University（湖南师范大学）；Beijing Normal University, Zhuhai（北京师范大学珠海校区）
本文研究了多项式势能通胀模型在ACT数据下的可行性，发现五次方模型能同时拟合CMB观测并产生原初黑洞及引力波。
2026-02-26 astro-ph.CO gr-qc
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
Energy injection in pre-recombination era and EDGES detection
我们研究了解释最近的EDGES检测的能量注入在预复合时代的可能性。我们的目的是表明，这种能量注入的剩余部分可以在频率$x_e \equiv hν/(kT) \simeq 10^{-3}$处产生能量密度的增加，这是解释EDGES结果所需要的。我们考虑两种能量注入模型：注入红移固定的高斯分布和非相对论粒子的辐射衰变。我们表明，能量注入应该发生在红移范围内的$z\lesssim 4 \times 10^3$，以防止自由的过程热化注入的能量。注入的能量应接近$x_e \simeq 10^{-3}$处CMB强度的200- 1000倍，以获得所需的残留物。大部分注入的能量被热化，因此使CMB光谱失真。我们计算两种模型的CMB谱失真，并表明CMB能量密度的分数变化，$Δρ_{\rm \scriptscriptstyle CMB}/ρ_{\rm \scriptscriptstyle CMB} \simeq 10^{-6}$，这可能是检测与拟议的实验PIXIE。我们还概述了我们提出的方案的CMB各向异性的影响。
2020-10-19 astro-ph.CO
Mixing of gravitons with photons in primordial magnetic fields
本文讨论在大尺度宇宙磁场中残余引力子向光子的转换。结果表明，转换概率是相当大的后复合时期与相当大的密度形成的光子。产生的电磁辐射对宇宙河外背景光有很大贡献，甚至可以解释宇宙X射线背景过剩。
2013-07-30 astro-ph.CO gr-qc
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
Gravitational waves induced from primordial black hole fluctuations: The effect of an extended mass function
在宇宙学扰动理论中，初始泊松分布的原初黑洞（PBH）的引力势可以诱导出二阶随机引力波背景（SGWB）.这SGWB先前研究的背景下，广义相对论（GR）和修改的重力设置，假设一个单色PBH质量函数。在这里，我们通过研究上述SGWB在物理上更现实的制度，PBH具有不同的质量，在GR的上下文中扩展了以前的分析。特别是，从幂律宇宙学动机的原始曲率功率谱与运行的谱指数，我们提取扩展的PBH质量函数和相关的PBH引力势作为源的标量诱导SGWB。最后，考虑到从PBH驱动的物质时代到辐射时代的过渡过程中PBH引力势的动力学演化，我们提取了相应的GW信号。有趣的是，为了触发一个早期的PBH主导的时代，并避免在BBN的GW的限制，我们发现，我们的原始曲率功率谱的频谱指数$α_\mathrm{s}$的运行应该是在窄范围$α_\mathrm{s}\in[3.316,3.355]\times 10^{-3}$，而在同一时间的GW信号被发现是潜在的LISA检测。
2022-10-29 astro-ph.CO gr-qc
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
A new constraint on the Hawking evaporation of primordial black holes in the radiation-dominated era
在这篇文章中，我们回顾了宇宙历史中原始黑洞（PBH）的蒸发和吸积过程，并将它们进行了比较，看看这两个过程是否对PBH来说是持续活跃的。我们的计算表明，在辐射主导的时代，PBH吸收环境辐射由于吸积，和他们的视视界迅速增长。这种增长导致霍金辐射过程实际上失败，并且所有从PBH作为辐射逃逸的粒子都落回PBH中。然而，我们强调的是，吸积效率因子在这里也起着非常重要的作用，它的准确测定是必不可少的。我们已经证明，对于尚未蒸发的PBH，其质量下限应该近似为$10^{14}g$而不是$10^{15}g$。最后，我们研究了霍金辐射静止在宇宙学中的作用，并拒绝了辐射支配时代基于PBH蒸发的模型。
2022-10-26 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
The CMB bispectrum in the squeezed limit
当三种模式中的一种模式的波长比其他两种模式的波长长得多，并且在复合时处于视界之外时，可以解析地计算复合时由二阶效应产生的CMB双谱。这是在\cite{Creminelli:2004pv}中指出的，在这里我们修正了他们的结果。我们推导出一个简单的双谱公式，$f_{NL}^{loc} = - (1/6+ \cos 2 θ) \cdot (1- 1/2 \cdot d \ln (l_S^2 C_{S})/d \ln l_S)$，其中$C_S$是短尺度谱和$θ$之间的相对取向的长，短模式。这个公式是精确的，并考虑到所有的影响，在重组，包括重组透镜，但忽略了所有的后期效应，如ISW透镜。在压缩极限中，诱导的双谱很小，对普朗克寻找局部原始信号的影响可以忽略不计：这将只受到$f_{NL}^{loc}\approx-0.4$的偏置。上述解析公式包含了任何单场模型的原始非高斯性。它也代表了二阶玻尔兹曼代码的一致性检查：我们发现与CMBquick代码的实质性协议。
2011-11-11 astro-ph.CO gr-qc
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
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
Improved model-independent constraints on the recombination era and development of a direct projection method
最近的实验，如${\it Planck}$的精确性，使我们能够限制标准和非标准物理（例如，由于暗物质湮灭或变化的基本常数）。然而，我们也可以探测宇宙历史的这个时代，使用模型无关的变化的自由电子分数，$X_{\rm e}$，这反过来又影响温度和极化各向异性的宇宙微波背景。在本文中，我们改进了以前的努力，以构建和约束这些广义扰动的电离历史，推导新的优化本征模式的基础上完整的普朗克2015年的似然数据，引入新的模块'FEARec++'。我们开发了一个直接的似然抽样方法来获得的标准和非标准参数的数值导数，并讨论了并发症所产生的稳定性的似然代码。我们改进了这里构造的${\it Planck}$ 2015主成分$μ_1=-0.09\pm0.12$、$μ_2=-0.17\pm0.20$和$μ_3=-0.30\pm0.35$的振幅约束，没有发现偏离标准重组场景的迹象。通过$60\%$减小第三模式误差。我们利用一个有效的特征分析器，保持交叉相关的前三个本征模式$ξ_{μ,μ'}<0.1\%$边缘化后，所有考虑的数据组合。我们还提出了一个新的投影方法估计的非标准重组的参数的约束。使用我们的本征模，这使我们能够重新创建${\it Planck}$约束的双光子衰减率，$A_{\rm 2s1s}=7.60\pm0.64$，给出一个估计的完整MCMC结果的$\simeq 0.05σ$内。对使用${\it Pl…
2020-06-08 astro-ph.CO
Primordial black holes and stochastic gravitational wave background from inflation with a noncanonical spectator field
我们研究了具有与暴胀子动力学耦合的旁观者标量场的单场慢卷暴胀中曲率扰动的增强。与暴胀子的周期函数的耦合项触发观众场扰动的指数增长，这间接放大了曲率扰动，产生了相当丰富的原始黑洞（PBH）。这种情况被认为是不敏感的通货膨胀的背景。我们研究了在这种情况下产生的两种不同的随机引力波背景（SGWB），即，分别由暴胀时期和辐射主导时期的标量扰动引起。在适当选择参数空间的情况下，我们考虑了两个有趣的PBH质量窗。一个是质量为$\mathcal{O}(10^{-12})M_\odot$的多光子带隙体，它可能是暗物质的重要组成部分，并且预测的SGWB的总能谱显示出独特的轮廓，可以通过LISA和太极探测到。另一类是质量为$\mathcal{O}(10)M_\odot$的PBH，它可以为LIGO-Virgo事件提供一致的解释。更有趣的是，来自辐射主导时代的预测引力波信号可能解释了NANOGrav的结果。
2021-10-21 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole formation in the matter-dominated phase of the Universe
我们研究了宇宙中物质主导阶段的原始黑洞形成，其中引力坍缩中的非球形效应起着至关重要的作用。这与辐射主导时代的黑洞形成鲜明对比。应用Zel'dovich近似、Thorne箍猜想和Doroshkevich概率分布，导出了原始黑洞的产生概率$β_{0}$.即使视界入口处的密度涨落$σ$为1阶，所得的数值结果也是适用的。对于$σ\ll 1$，我们找到了一个半解析公式$β_{0}\simeq 0.05556 σ^{5}$，它与Khlopov-Polnarev公式相当.我们发现，对于$σ\lesssim 0.05$，物质主导时代的产生概率远大于辐射主导时代的产生概率，而对于$σ\gtrsim 0.05$，两者具有可比性。我们还讨论了如何$σ$可以写在原始曲率扰动。
2016-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Exploring the Spectral Shape of Gravitational Waves Induced by Primordial Scalar Perturbations and Connection with the Primordial Black Hole Scenarios
人们越来越期望引力波探测器将在未来几年开始探测随机引力波背景。我们探讨了由标量微扰引起的二阶引力波的频谱形状，并推测这些引力波是在早期宇宙中产生的。我们计算了在辐射和动能时代产生的引力波谱以及与之相关的原始黑洞对应物。我们采用功率谱的原始曲率扰动产生的$α$-吸引子和非最小导数耦合膨胀模型以及高斯和δ型形状。我们证明了张量模式的能力，以约束的原始曲率扰动的频谱和区分暴胀模型。引力波的产生也可以通过谱形和振幅来区分。
2021-01-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial gravitational waves and curvature perturbations induced energy density perturbation
本研究计算辐射主导时期高斯曲率扰动与原初引力波诱导的二阶标量和密度扰动，给出源项、核函数及功率谱，表明原初引力波可能显著影响能量密度扰动。
2024-01-29 astro-ph.CO gr-qc
Constraining Primordial Magnetic Fields by CMB Photon-Graviton Conversion
我们重新审视了在外部磁场存在的情况下使用光子-引力子转换机制来探测最后一个散射表面和当前表面之间可能存在的小尺度原始磁场的方法。具体而言，我们调查的转换效率的影响，由于物质的存在，包括等离子体集体效应和原子的极化率。一般来说，这些影响往往会降低转换概率。在这个更符合实际的情况下，根据COBE对宇宙微波背景黑体谱的测量精度，我们找到了复合时原初磁场强度的一个上限，即B <30 G。虽然目前基于光子-引力子转换机制的束缚不如直接利用CMB温度各向异性得到的束缚那么紧，但它仍然提供了对原始磁场和除了复合之外的历元的重要的独立约束。如果CMB黑体光谱测量在未来的实验如PIXIE中变得更精确，则该界限可以显著改善。
2013-09-02 astro-ph.CO
Threshold of Primordial Black Hole Formation against Velocity Dispersion in Matter-Dominated Era
本文研究了在物质主导时代速度色散对原初黑洞~（PBH）形成的影响。速度色散是通过扰动的非线性增长而产生的，并有可能阻碍引力坍缩，从而阻碍PBH的形成。为了使讨论清楚，我们考虑两个不同的长度尺度。较大的一个是引力坍缩发生的地方，这可能导致PBH的形成，和较小的一个是由于非线性相互作用的速度色散的发展。通过比较自由落体时间尺度和粒子穿过坍缩区的时间尺度，我们估计了速度色散对PBH形成的影响。作为示范，我们考虑对数正态功率谱的初始密度扰动的峰值$σ_0^2$在一个规模，对应于较大的规模。我们发现，在视界入口处的密度扰动$\tilde δ_{\rm th}$的阈值为PBH形成标度为$\tilde δ_{\rm th}\propto σ_0^{2/5}$为$σ_0\ll1$。
2023-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Non-Gaussianity in the Cosmic Microwave Background Anisotropies at Recombination in the Squeezed limit
我们解析地估计了压缩极限下复合时刻的二阶宇宙微波背景温度各向异性，并推导出了对原初局域非高斯性的污染。我们发现污染水平对应于f_NL^{con}=O（1），它低于目前实验的灵敏度，也小于最近文献中声称的值O（5）。
2011-09-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
