Constraining Ultra-light Axions with Galaxy Cluster Number Counts
在本文中，我们调查的潜力，目前和即将到来的宇宙学调查约束的质量和丰度的超轻轴子（轴子）宇宙学与星系团数计数。ULA，有时也被称为模糊暗物质，在标准模型之外的许多理论中都有很好的动机，并且可能解决$Λ$ CDM小规模危机。星系团计数为宇宙结构的形成提供了一个强有力的探测。它们的质量和红移分布对基本的线性物质扰动非常敏感。在这篇预测论文中，我们探讨了两种情况，首先是一个排斥限制轴子质量给出了一个无轴子模型，其次是约束的轴子模型。由此我们得到了$m_a \gtrsim 10^{-24}$ eV量级的电子质量下限。然而，这一结果在很大程度上取决于给定调查中最小的可靠可观测集群的质量。像许多其他宇宙学探测器一样，星团计数在质量与丰度参数空间中显示出近似的简并性，这取决于探测器的特性。这些简并对于其他宇宙学探测器是不同的。因此，星系团的计数可能会提供一个补充窗口的性质超轻轴子。
2021-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Axion search with telescope for radio astronomy (ASTRA): forecast for observations between 0.5 and 4~GHz
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Instituto de Física de Cantabria (IFCA, UC-CSIC)（坎塔布里亚物理研究所）；The University of Sydney（悉尼大学）；The University of New South Wales（新南威尔士大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Università degli Studi di Salerno（萨莱诺大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Gruppo Collegato di Salerno - Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所-萨莱诺协作组-那不勒斯分部）
利用5米射电望远镜在0.5-4 GHz频段搜索轴子类粒子，通过改进中子星观测，扩展轴子-光子耦合强度的探测范围，提升探测灵敏度。
2026-03-13 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
Cosmic voids as a probe of the nature of dark matter: simulations and galaxy survey forecasts
University of Toronto（多伦多大学）；King’s College London（伦敦国王学院）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；McMaster University（麦克马斯特大学）
本文研究了轴子作为暗物质模型对空洞结构的影响，通过模拟和观测预测，发现轴子能抑制低质量晕形成，从而改变空洞分布，并通过未来观测提升对轴子参数的约束。
2026-02-26 astro-ph.CO
Novel cosmological bounds on thermally-produced axion-like particles
利用宇宙微波背景谱和重子声学振荡的数据，我们限制了热产生的类轴子粒子（这里是轴子）与光子和胶子的耦合。轴子具有明确的软破缺质量项，它是在早期宇宙中由轴子-光子或轴子-胶子过程热产生的，解释了该领域的最新进展。我们推导出迄今为止在$10^{-4} \lesssim m_a/{\rm eV} \lesssim 100$考虑的质量范围内最严格的轴子-胶子耦合的边界，取代了SN 1987 A的现有边界。轴子-光子耦合的界限与CAST合作的轴子质量$m_a \gtrsim 3\,$ eV的结果具有竞争力。鉴于未来CMB-S4任务的敏感性，我们对预测范围进行了评论。
2022-07-04 astro-ph.CO hep-ph
Measures of non-Gaussianity in axion-string-induced CMB birefringence
本文研究了轴子弦诱导的宇宙微波背景双折射的非高斯性，利用峰度和双谱技术量化了 4 点和 3 点关联函数，指出非高斯性测量有助于区分新物理源并打破轴子-光子耦合与弦网络性质间的简并性。
2023-09-18 astro-ph.CO
Probing Ultra-light Axion Dark Matter from 21cm Tomography using Convolutional Neural Networks
我们目前的预测超轻类轴子粒子（UNOPS）的可探测性从未来的21厘米射电观测周围的时代的再电离（EoR）。我们表明，轴子作为占主导地位的暗物质组分有显着的影响，由于在早期宇宙的小尺度密度扰动的抑制再电离的历史。这种行为强烈地依赖于轴子粒子的质量。通过对大红移范围内中性氢亮温场的数值模拟，我们构造了一组训练数据。该数据用于训练卷积神经网络，该网络可以直接在亮度温度场的空间结构和输入轴子质量之间建立联系。我们构建了未来平方公里阵列调查SKA 1-Low的模拟观测，发现即使存在现实的噪声和分辨率限制，网络仍然能够预测输入的轴子质量。我们发现，轴子质量可以在很宽的质量范围内恢复，精度约为20%，并且作为整个DM贡献，如果轴子质量为$M_X<1.86 \times10^{-20}$ eV，使用SKA 1-Low可以在68%处检测到轴子，尽管如果我们放松我们对天体物理建模的假设，将这些天体物理参数视为讨厌的参数，这可以降低到$M_X<5.25 \times10^{-21}$ eV。
2022-01-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Neutrino and Axion Astronomy with Dark Matter Experiments
敏感的暗物质（DM）实验可以很好地利用超出其指定的目标，允许探索广泛的物理主题。正如我们所讨论的，未来的大型直接DM探测实验构成了令人印象深刻的望远镜，作为传统中微子探测器的补充。这为中微子天文学打开了一扇新的窗户，包括诸如超大质量黑洞的起源和超新星预测等问题。此外，DM实验可以作为多信使天文学的有效工具。这是很好地说明了从瞬态天体物理源（如轴子星爆炸）的相对论性轴子的探索，提供新的签名，以及可能的见解的轴子潜力。
2021-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Physics beyond the Standard Model with the DSA-2000
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Princeton University（普林斯顿大学）
DSA-2000将通过无线电观测探索轴子、暗光子、暗物质次亚结构和中微子质量等超越标准模型的物理现象。
2026-01-05 astro-ph.CO hep-ph
Forecast constraints on cosmic string parameters from gravitational wave direct detection experiments
引力波是宇宙弦的重要特征之一。如果在未来的实验中检测到来自宇宙弦的GWs，不仅可以证实它们的存在，而且可以探索它们的性质。在本文中，我们研究的宇宙弦参数的测定，通过直接检测的GW签名在未来的地基GW实验。我们考虑两种类型的GW，爆发和随机GW背景，这为我们提供了不同的信息宇宙弦属性。通过对宇宙弦的参数进行Fisher矩阵计算，我们发现两种不同类型的GW可以打破其中一些参数的简并性，并提供比每种测量更好的约束条件。这些参数包括控制弦张力的参数$Gμ$、初始环尺寸的参数$α$和重联概率的参数$p$。
2012-06-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Polarized anisotropic spectral distortions of the CMB: Galactic and extragalactic constraints on photon-axion conversion
我们重新审视了宇宙学的限制共振和非共振转换的光子在宇宙磁场的轴子。我们发现，对光子-轴子耦合和原始磁场的约束比以前声称的质量为$m_{\rm a} \lesssim 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$的低质量轴子粒子弱得多。特别是，我们发现，轴子质量范围$10^{-14}\,\text{eV} \le m_{\rm a} \le 5\times 10^{-13}\,\text{eV}$不排除由CMB数据与以前的索赔。我们还研究了银河系磁场中的光子-轴子转换。在大尺度相干银河磁场中的共振转换导致质量范围为$10^{-13}\,\text{eV} \lesssim m_{\rm a} \lesssim 10^{-11}\,\text{eV}$的宇宙微波背景的$100\%$极化各向异性谱畸变。的极化图案的痕迹横向到视线的银河磁场的组成部分，而在银河磁场和电子分布的各向异性印记的光谱失真的特征各向异性图案。我们的结果适用于标量以及赝标量粒子。为了转换为标量粒子，偏振被$90^{\circ}$旋转，使我们能够将它们与伪标量区分开来。对于$m_{\rm a} \lesssim 10^{-14} \,\text{eV}$，我们有非共振转换的小尺度湍流磁场的银河系导致各向异性，但非偏振的光谱失真的CMB。这些独特的签名是对各向同性和非偏振信号的潜在判别，例如主CMB，以及具有…
2018-04-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion production and CMB spectral distortion in cosmological tangled magnetic field
在复合时期之前，由于纠缠磁场中的光子-轴子混合和磁场阻尼而产生的轴子产生可以产生宇宙微波背景（CMB）光谱失真。特别是，这两个过程的贡献CMB $μ$失真的情况下，共振光子轴子混合的研究。假设磁场功率谱近似为幂律$P_B(k)\propto k^n$，谱指数为$n$，结果表明，对于磁场截止尺度$172.5$ pc $\leq λ_B\leq 4\times 10^3$ pc，轴子对CMB $μ$畸变的贡献小于宇宙等离子体中磁场阻尼的贡献.利用COBE上限对$μ$和磁场尺度的$λ_B\simeq 415$ pc进行了研究，发现了DFSZ轴子模型和轴子质量$m_a\geq 2.6\times 10^{-6}$ eV的磁场强度（$B_0\leq 8.5\times 10^{-8}$ G）比其它研究的极限弱10倍，并对PIXIE/PRISM对$μ$的预期灵敏度进行了预测.
2015-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Bounds on QCD axion mass and primordial magnetic field from CMB $μ$-distortion
在大尺度磁场作用下，CMB光子振荡成轴子会引起CMB谱的畸变。利用COBE对$μ$参数的限制和在视界尺度上具有强度为$B\lesssim 3.2$ nG的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型，轴子质量的上限为，$m_a\lesssim 4.8\times 10^{-5}$ eV.另一方面，利用从ADMX实验中得到的被排除的轴子质量$m_a\simeq 3.5\times 10^{-6}$ eV值和束缚在$μ$上的COBE，对于具有当前历元$λ_B\simeq 1.3$ Mpc的相干长度的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型和DFSZ轴子模型分别得到了$B\simeq 46$ nG和$B\simeq 130$ nG.导出了PIXIE/PRISM对$B$和$m_a$的预测对$μ$的预期灵敏度。如果未来的PIXIE/PRISM空间飞行任务能够探测到CMB $μ$畸变，并假设大尺度磁场的强度接近其规范值$B\simeq 1-3$ nG，则质量范围为$2\, μ$ eV - $3\, μ$ eV的轴子将是CMB $μ$ -畸变的潜在候选者。
2015-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion-Induced Patchy Screening of the Cosmic Microwave Background
本研究计算了轴子诱导的CMB斑块状屏蔽对相关函数的贡献，并预测了现有及未来巡天对光子-轴子耦合的灵敏度，表明与unWISE结合可探测至3×10⁻¹² GeV⁻¹，CMB-S4可再扩展近一个数量级。
2024-11-11 astro-ph.CO hep-ph
Symmetries and Selection Rules: Optimising Axion Haloscopes for Gravitational Wave Searches
针对轴子和引力波在电磁场中诱导振荡磁场的现象，推导出决定探测器参数敏感性的选择规则，并应用于 ABRACAD 和 LIGO 实验以优化搜索并最大化灵敏度，揭示了利用对称性增强搜索的方法及实验盲点。
2024-04-29 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Future CMB tests of dark matter: ultra-light axions and massive neutrinos
宇宙微波背景辐射各向异性的测量为暗物质和暗能量的存在提供了强有力的证据。他们还可以测试它的组成，探测不同暗物质和暗能量成分的能量密度和粒子质量。宇宙微波背景辐射的数据已经表明，质量在$10^{-32}~{\rm eV} \to 10^{-26}~{\rm eV}$范围内的超轻轴子（ULA）构成了宇宙学临界密度的一部分$< 0.01$。在这里，建议的CMB阶段IV（CMB-S4）实验（假设1弧分光束和$< 1~μK{\rm-arcmin}$噪声水平超过天空分数为0.4）的ULA和其他暗扇区组件的密度的灵敏度进行评估。CMB-S4的数据应该比单独的普朗克数据对强子能量密度的灵敏度高出$\sim 10$倍，在广泛的强子质量范围内，$10^{-32}< m_{a}< 10^{-23}~{\rm eV}$，并将在大统一尺度上探测$f_{a}\approx 10^{16}~{\rm GeV}$的轴子衰变常数。CMB-S4可以将CMB的质量下限从$\sim 10^{-25}~{\rm eV}$提高到$10^{-23}~{\rm eV}$，接近矮星系丰度和暗物质晕密度分布探测的质量范围。这些改进将允许多$σ$检测在宽质量范围内与CDM的偏离。这种改进在很大程度上是由CMB上的弱引力透镜效应驱动的，这种效应打破了ULA和中微子之间的简并。我们还发现，除了中微子参数并没有显着降低的灵敏度的CMB中微子…
2016-07-27 astro-ph.CO hep-ph
AX-GADGET: a new code for cosmological simulations of Fuzzy Dark Matter and Axion models
我们提出了一个新的模块的并行N体代码P-GADGET 3的宇宙学模拟轻玻色子非热暗物质，通常被称为模糊暗物质（FDM）。FDM的动力学特征是高度非线性的量子势（QP），其抑制小尺度结构的生长。大多数先前的FDM模拟尝试要么发展了抑制的初始条件，完全忽略了QP在整个宇宙演化过程中的动力学效应，要么诉诸于具有挑战性的全波求解器。该代码提供了一个有趣的替代方案，遵循FDM的发展，而不会损害整体性能。这是通过平滑粒子流体动力学（SPH）程序计算QP加速度来完成的，并改进了方案以确保精确和稳定的导数。作为P-GADGET 3代码的扩展，它继承了迄今为止实现的所有附加物理模块，为约束FDM模型和探索其与其他物理现象的简并性提供了广泛的可能性。模拟与分析预测和其他代码的结果进行比较，验证QP作为一个重要的球员在小尺度结构形成。
2018-07-05 astro-ph.CO
Cosmological Bound on the QCD Axion Mass, Redux
我们重新审视的联合约束的混合热暗物质的情况下，热产生的QCD轴子和遗迹中微子都存在。在重新计算宇宙学的轴子丰度通过最近的进展，在文献中，我们改进了国家的最先进的分析，并提供更新的界限上的轴子和中微子的质量。通过避免近似的方法，如瞬时解耦近似，和限制，由于有限的有效性的微扰方法在QCD，被迫人为地划分的约束从轴子-π和轴子-胶子生产渠道，我们找到了强大的和自洽的限制。我们研究了两个最流行的轴子框架：KSVZ和DFSZ。从大爆炸核合成（BBN）轻元素丰度数据中，我们发现KSVZ轴子$ΔN_{\rm eff}<0.31$和轴子质量束缚$m_a < 0.53 $ eV（即，轴子衰减常数$f_a > 1.07 \times 10^7$ GeV的约束），两者都在$95\%$ CL。如果假设宇宙微波背景（CMB）数据中的重子能量密度有先验，则BBN边界可改进为$ΔN_{\rm eff}<0.14$和$m_a< 0.16$ eV（$f_a > 3.56 \times 10^7$ GeV）.相反，当考虑普朗克卫星的宇宙微波背景温度、偏振和透镜的宇宙学观测与大尺度结构数据相结合时，我们在$95\%$ CL发现了$ΔN_{\rm eff}<0.23$、$m_a< 0.28$ eV（$f_a > 2.02 \times 10^7$ GeV）和$\sum m_ν< 0.16$ eV。这大约对应于一个因素$5…
2022-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Parameter Forecasts for a CMB-HD Survey
本文预测CMB-HD巡天对宇宙学参数的约束能力，发现其对暴胀探测灵敏度提升约两倍，可排除轻热粒子，并指出重子效应需边缘化处理，相关代码已公开。
2024-02-05 astro-ph.CO hep-ph
A preliminary forecast for cosmological parameter estimation with gravitational-wave standard sirens from TianQin
天琴是一个基于空间的引力波观测站，计划于21世纪30年代发射。本文对利用天琴引力波标准观测资料进行宇宙学参数估计作了初步的预测。根据天津港建成后5年的观测资料，模拟了天津港的标准海笛资料。在模拟中，我们给出了大质量黑洞双星（MBHB）的三种布居模型，pop III、Q3 nod和Q3 d被认为可以预测MBHB合并的事件数。我们发现：（i）在三个MBHB模型中，Q3 nod模型对宇宙学参数的约束最严格;（ii）天琴的标准海妖观测能有效地打破宇宙微波背景观测中固有的参数简并;（iii）天琴未来的标准海妖观测能显著改善当前主流电磁观测下的宇宙学参数估计。
2020-11-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Forecast constraints on cosmic strings from future CMB, pulsar timing and gravitational wave direct detection experiments
我们研究未来观测约束宇宙弦参数从各种类型的下一代实验：引力波（GW），脉冲星定时阵列的直接检测，和宇宙微波背景（CMB）。我们认为GW突发和随机GW背景搜索地面和空间为基础的干涉仪，以及GW背景检测脉冲星定时实验。我们还考虑了宇宙弦对CMB温度和极化各向异性的贡献。这些不同类型的观测提供了宇宙弦的独立探测器，如果探测到签名，可能使我们能够研究宇宙弦的性质。在本文中，我们评估的权力，未来的实验约束宇宙弦参数，如弦张力Gmu，初始环的大小α，和重联概率p，通过执行Fisher信息矩阵计算。我们发现，结合不同类型的观测信息打破了参数退化，并提供了更严格的参数约束。我们还发现，未来的星载干涉仪独立地提供了一个高度精确的确定参数。
2013-02-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark Radiation and Inflationary Freedom after Planck 2015
最简单的暴胀模型预测了曲率涨落的原始功率谱（PPS），它可以用一个近似尺度不变的幂律函数来描述。然而，已经表明，CMB各向异性的低多极谱可能暗示标量PPS形状中存在一些特征，这些特征可能偏离其正则幂律形式。我们用中微子各向异性、中微子质量、相对论性粒子的有效数和一个无菌中微子或一个热轴子质量研究了这种非标准PPS的可能简并性。当在数据分析中仅包括温度自相关谱测量时，在具有非标准PPS的模型中，对这些附加参数的限制较少。偏振光谱的包含显着有助于减少简并性，导致结果通常显示与具有标准幂律PPS的$Λ$ CDM模型没有偏差。
2016-05-24 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Parameters Degeneracies and Non-Gaussian Halo Bias
通过大尺度非高斯晕偏置效应研究了宇宙学参数不确定性对原初非高斯性测量的影响。虽然这对于标准LCDM模型来说不是一个问题，但对于修改功率谱的大尺度形状的更一般的模型来说可能不是这样。我们认为所谓的本地非高斯模型和预测计划的调查，单独和结合普朗克CMB之前。特别是，我们认为EUCLID和LSST的调查和预测$f_{\rm NL}$和运行的光谱指数$α_s$，暗能量状态方程$w$，暗能量扰动$c^2_s$的有效声速，大质量中微子的总质量$M_ν=\sum m_ν$，和额外的相对论自由度$N_ν^{rel}$的数量之间的相关性。忽略CMB信息的$f_{\rm NL}$和规模$k > 0.03 h$ /Mpc，我们发现，如果$N_ν^{\rm rel}$被假定为已知的，宇宙学参数的不确定性增加了误差$f_{\rm NL}$的10至30%，这取决于调查。因此，$f_{\rm NL}$约束是显着的宇宙模型的不确定性的鲁棒性。另一方面，如果同时从数据约束$N_ν^{\rm rel}$，则$f_{\rm NL}$误差增加$\sim 80%$。最后，未来的调查，提供了一个大样本的星系或星系团的体积可比的哈勃体积可以测量原始的非高斯的本地形式与边缘化的1- $σ$错误的顺序$Δf_{\rm NL} \sim 2-5$，与CMB先验的其余宇宙学参数相结合后。这些结果是具有竞争力的CMB双谱约束实现一个理想…
2010-07-19 astro-ph.CO
Breaking degeneracies with the Sunyaev-Zeldovich full bispectrum
热Sunyaev-Zeldovich（tSZ）效应的非高斯（NG）统计携带不包含在功率谱中的重要信息。在这里，我们进行联合Fisher分析的tSZ功率谱和双谱，以验证有多少全双谱可以有助于改善参数约束。我们超越了类似的研究，这种在几个方面：首先，我们包括完整的功率谱和双谱（自和交叉）协方差分析，计算所有NG的贡献;此外，我们考虑一个多组件的前景的情况下，组件分离的预测模型的影响;最后，我们考虑一组扩展的宇宙学和集群内的介质参数。我们表明，tSZ双谱是非常有效的，在打破参数简并，使其能够产生更强的宇宙学约束比tSZ功率谱：例如，$σ_8$的标准差从$σ^\text{PS}(σ_8)=0.35$收缩到$σ^\text{BS}(σ_8)=0.065$，当我们考虑一个多参数分析。我们发现，这主要是由于不同的三角形类型（如等边和挤压）的模型参数的变化的不同响应。虽然很弱，但这种形状依赖性对于宇宙学参数来说显然是不可忽略的，并且正如预期的那样，对于星团内介质参数来说甚至更强。
2020-08-29 astro-ph.CO
Cosmology with Persistent Homology: a Fisher Forecast
本研究将持续同调应用于Quijote模拟的暗物质晕星表，通过Fisher分析发现其对多数宇宙学参数的约束优于联合功率谱与双谱统计量，二者结合可进一步提升约束能力，为该方法纳入宇宙学数据推断流程提供依据。
2024-08-26 astro-ph.CO hep-th math.AT
Chameleon foreCAST
暗能量模型，如变色龙，宇宙膨胀的加速是由与物质耦合的标量场的动力学引起的，受到第五种力的潜在存在的影响。在太阳系和实验室中，人们已经提出了三种恢复广义相对论的机制，它们分别是爱因斯坦/达穆尔-波利亚科夫效应、万施泰因性质和变色龙屏蔽。在这里，我们建议在实验室中探测变色龙的存在，考虑它们的粒子物理后果。我们设想的共振和非共振生产的变色龙在太阳和他们的回转换成X射线光子的太阳能日光镜管，如一个使用的CAST。探测到这些X射线就表明变色龙的存在。我们专注于太阳磁场的模板模型：一个恒定的磁场在一个狭窄的外壳周围的速跃层。太阳内部产生的变色龙的反向转换获得的X射线光子在日光镜管中具有在sub-keV区域达到峰值的光谱，刚好低于目前轴子日光镜的实际灵敏度范围。然而，它们可以被现在的磁太阳望远镜探测到，比如CAST和Sumico，它们最初是为太阳轴子建造的。我们还提出了一个变色龙通过一个墙的实验，其中X射线光子从同步辐射源可以转换成变色龙内的偶极磁铁，然后通过一个墙，这是不透明的X射线之前被转换成X射线光子在下游的第二个磁铁。我们表明，这可以提供一个直接的签名变色龙粒子的存在。
2012-01-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dark ages, a window on the dark sector. Hunting for ultra-light axions
本文提出利用黑暗时代21厘米强度映射角功率谱的小尺度抑制与大尺度增强效应，预测未来射电阵列对10^-18–10^-22 eV超轻类轴子暗物质质量的约束能力。
2024-03-05 astro-ph.CO
Forecast for cosmological parameter estimation with gravitational-wave standard siren observation from the Cosmic Explorer
第三代地基引力波（GW）探测器宇宙探测器（CE）计划于2030年代开始观测。本文对利用CE的引力波标准观测值进行宇宙学参数估计作了预测。我们利用模拟的GW标准CE警报数据来约束$Λ$ CDM、$w$ CDM和CPL模型。我们将模拟的GW数据与当前的宇宙学电磁观测数据结合起来进行分析，包括普朗克最新的宇宙微波背景各向异性数据、光学重子声学振荡测量和Ia型超新星观测（Pantheon汇编）。我们发现，未来的GW标准海妖观测将在很大程度上改善宇宙学参数的估计，因为未来的GW标准海妖观测可以很好地打破光学观测在各种宇宙学参数之间产生的简并。我们还发现，CE的约束能力的宇宙学参数是略好于同类GW探测器，爱因斯坦望远镜。此外，还讨论了CE的GW标准海笛观测与SKA的21 cm发射观测之间的协同作用。
2020-03-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Forecasts from the Baryon Acoustic Oscillations in 21cm Intensity Mapping
本文利用模板方法从21cm强度映射中提取BAO信号，结合Fisher矩阵与Planck CMB数据，预测了哈勃常数和暗能量参数的约束，并比较了完整APS与仅BAO的约束强度。
2025-10-09 astro-ph.CO
Constraining $M_ν$ with the Bispectrum I: Breaking Parameter Degeneracies
大质量中微子抑制了自由流尺度下结构的生长，并在大尺度结构上留下印记。测量这个印记使我们能够限制中微子质量的总和，$M_ν$，这是标准模型之外粒子物理学的一个关键参数。然而，宇宙学参数之间的简并，特别是在$M_ν$和$σ_8$之间，限制了标准两点聚类统计的约束能力。在这项工作中，我们研究是否可以打破这些退化和约束$\smnu$与下一个高阶相关函数-双谱。我们首先研究了红移空间晕双谱的$800$ $N$体模拟从HADES套件，并证明了双谱有助于打破$M_ν$ -$σ_8$简并。然后，使用22,000 $N$体模拟的Quijote套件，我们第一次量化的全部信息内容的红移空间晕双谱下降到非线性尺度使用费舍尔矩阵预测$\{Ω_m$，$Ω_b$，$h$，$n_s$，$σ_8$，$M_ν\}$。对于$k_{\rm max}{=}0.5~h/{\rm Mpc}$，双谱提供比功率谱严格1.9、2.6、3.1、3.6和2.6倍的$Ω_m$、$Ω_b$、$h$、$n_s$和$σ_8$约束。对于$M_ν$，双谱将1 $σ$约束从0.2968 eV提高到0.0572 eV -比功率谱紧5倍以上。即使使用来自{ \em Planck}的先验知识，双谱也将$M_ν$约束提高了1.8倍。虽然我们保留边缘化一个更完整的一套偏置参数的系列的下一篇文章，这些限制是派生的$(1~h^{-1}{\rm Gpc})^3$框，…
2020-03-18 astro-ph.CO
Constraints on primordial non-Gaussianity from WMAP7 and Luminous Red Galaxies power spectrum and forecast for future surveys
利用最近的宇宙微波背景各向异性和星系聚类数据，我们对原始局部非高斯参数f_NL提出了新的约束条件。我们根据晕模型对星系的功率谱进行建模，并考虑了与fNL/k^2成正比的尺度相关的偏差修正。首先，我们在一个完整的13个参数的分析，其中包括5个参数的晕模型和7个宇宙学参数的约束f_NL。利用WMAP 7 CMB数据和SDSS DR 4星系功率谱，我们得到了在68% C. L.处的f_NL=171 \pm +140。在95% C.L.下-69<f_NL<+492。讨论了fNL与其它宇宙学参数之间的简并性。结合超新星Ia的观测数据和哈勃空间望远镜观测的H_0的先验数据，我们发现了一个更强的边界：-35<f_NL<+479（95% C.L.）。我们还拟合了最近的SDSS DR 7晕圈功率谱数据发现，对于Λ-CDM+f_NL模型，f_NL=-93 \pm 128，在68% C. L.和-327< f_{NL} <+177（95% C.L.）。最后，我们预测的约束f_NL从未来的调查EUCLID和CMB任务普朗克表明，他们的综合分析可以检测f_NL \sim 5。
2010-10-09 astro-ph.CO
Tracing Ultra Light Axions in Post-reionization, Lyman-$α$ and CMB Missions
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）
研究超轻轴子（ULA）作为暗物质候选者，通过预测21-cm强度映射与Lyman-α森林的互相关，以及下一代CMB任务，评估其对物质功率谱的尺度依赖抑制，发现联合分析可将ULA丰度误差降至10^{-4}量级。
2026-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological forecast from the full-sky angular power spectrum and bispectrum of 21cm intensity mapping
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas - CBPF（巴西物理研究中心）；Universidade Federal da Paraíba（帕拉伊巴联邦大学）；Yangzhou University（扬州大学）
本文利用全天空角功率谱和双谱及其Fisher矩阵，预测BINGO和SKA1-MID Band 2射电望远镜对宇宙学参数的约束。研究发现，二级速度贡献在低红移下占总信号的24%，需纳入模型。双谱在ΛCDM和wCDM模型中与功率谱约束相当，但对动态暗能量探测更有效。
2026-03-20 astro-ph.CO gr-qc
On the degeneracies between baryons, massive neutrinos and f(R) gravity in Stage IV cosmic shear analyses
本研究开发了适用于f(R)引力的非线性物质功率谱仿真器REACTEMU-FR，结合重子反馈仿真器开展第四阶段宇宙剪切实验预测，分析了重子、有质量中微子与f(R)引力的参数简并及约束特性。
2023-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Reionization in the dark and the light from Cosmic Microwave Background
我们探讨了普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）数据的再电离历史的约束条件，并推导出未来CMB观测的预测。我们考虑一类单调的历史参数化的再电离的两个额外的参数，相对于在瞬时再电离建模中使用的平均光学深度。我们研究了再电离的历史和标准宇宙学模型的选定扩展之间的简并性。特别是，我们认为与中微子部门的总质量的简并，我们讨论了可能的相关性之间的暗物质湮灭和持续时间的再电离的CMB。我们使用Hazra和Smoot，JCAP 1711，028（2017）中提出的多离子模型的扩展。我们将普朗克2015年数据的约束与未来可能的CMB任务LiteBIRD的预测约束进行了比较，我们还使用了拟议的类似CORE的规格作为更高分辨率的例子。我们发现，平均光学深度和再电离持续时间之间的简并性将基本上被这两个概念所消除。再电离历史与总中微子质量和暗物质湮灭性质之间的简并性也将通过未来的调查得到改善。我们发现，在再电离的时间长的情况下，在更高的分辨率的再电离历史的约束只有边际改善。
2018-07-14 astro-ph.CO
Sensitivity to Axion-like Particle dark matter with very-high-energy gamma-ray observations of Active Galactic Nuclei located behind Galaxy Clusters
CEA Saclay, Université Paris-Saclay（法国原子能和替代能源委员会萨克雷研究中心，巴黎萨克雷大学）；Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen（蒂宾根大学天文与天体物理研究所）
通过高能伽马射线观测活动星系核，研究轴子类粒子与光子相互作用的灵敏度，探索暗物质参数空间。
2026-06-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Beyond thermal approximations: Precise cosmological bounds on Axion-Like Particles
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València（瓦伦西亚大学-CSIC 粒子物理研究所）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Ferrara（意大利国家核物理研究院费拉拉分部）；Faculdade de Ciências e Tecnologia and CFisUC, Departamento de Física, Universidade de Coimbra（科英布拉大学科学与技术学院及CFisUC物理系）；Dipartimento di Fisica “E.R. Caianiello”, Università degli Studi di Salerno（萨莱诺大学“E.R. Caianiello”物理系）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Gruppo Collegato di Salerno - Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究院那不勒斯分部萨莱诺协作组）
本文通过精确相空间处理，推导出对轴子类粒子的宇宙学限制，强调非热谱畸变对有效相对论物种数的影响。
2026-02-11 astro-ph.CO hep-ph
Non-Gaussian statistics in galaxy weak lensing: compressed three-point correlations and cosmological forecasts
Instituto de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理科学研究所）
该研究探讨了通过压缩三阶相关性提升宇宙学约束能力的方法，并发现高阶统计信息在弱透镜效应中具有显著优势。
2026-01-14 astro-ph.CO
A forecast of using fast radio burst observations to constrain holographic dark energy
最近，CHIME/FRB计划已探测到约500个快速射电暴（FRB）。大量的观测数据将使FRB成为未来几年内有希望的低红移宇宙学探测器，因此，在不同的暗能量模型中，需要多少FRB才能精确地估计宇宙学参数是一个值得深入研究的问题。不同于文献中通常考虑的$w(z)$参数化模型，本文首次利用模拟的定域FRB数据作为宇宙学探针，研究了源于量子引力全息原理的全息暗能量（HDE）模型和Ricci暗能量（RDE）模型.我们表明，哈勃常数$H_0$可以限制在约2%的精度在HDE模型与FRB的Macquart关系，使用10000精确定位FRB结合当前CMB数据，这是类似的精度的SH 0 ES值。使用10000个定域FRB与CMB数据相结合，可以实现约6%的约束的暗能量参数$c$的HDE模型，这是严格的比目前的BAO数据与CMB相结合。我们还研究了FRB数据与另一个低红移宇宙学探测器--引力波（GW）标准Siren数据的组合，目的是测量不依赖于CMB的宇宙学参数。虽然FRB和GW中固有的参数简并是相当不同的，我们发现，超过10000 FRB需要有效地改善全息暗能量模型中的约束。
2022-02-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Future CMB constraints on cosmic birefringence and implications for fundamental physics
目前正在建造和提出的CMB偏振实验的主要科学目标是探测原始张量扰动。作为副产品，这些仪器将显着改善对宇宙双折射的约束，或CMB偏振平面的旋转。如果被令人信服地发现，宇宙双折射将是粒子物理学和宇宙学标准模型之外的物理学的戏剧性表现。我们预测了即将到来的地面西蒙斯天文台（SO）和天基LiteBIRD实验，以及“第四代”地面CMB实验（如CMB-S4和中等成本的空间任务PICO）的宇宙偏振旋转（CPR）的界限。我们研究的可检测性的随机各向异性旋转场和各向同性旋转由一个恒定的角度。CPR诱导新的相关性的CMB观测，包括宇称奇型的各向同性CPR的情况下，和模式耦合的各向异性旋转的情况下的相关性。我们发现，LiteBIRD和SO将使各向同性CPR上的1 $σ$结合从当前值30 arcmin分别减少到1.5和0.6 arcmin，而CMB-S4-like和PICO将使其减少到$\sim 0.1$ arcmin。尺度不变CPR谱的幅度上的界限将分别通过LiteBIRD、SO和CMB-S4-like/PICO减小1、2和3个数量级。我们讨论了预测CPR边界的赝标量场，原始磁场（PMF），违反洛伦兹不变性的影响。我们发现CMB-S4-like和PICO可以将标度不变PMF振幅上的1 $σ$束缚从1 nG降低到0.1 nG，同时还探测了银河系的磁场。它们也将显著改善轴子-光子耦合的边界，对弦论轴子施加严…
2019-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Finding the chiral gravitational wave background of an axion-SU(2) inflationary model using CMB observations and laser interferometers
对宇宙微波背景（CMB）各向异性的B模偏振的探测将证实原始引力波背景（GWB）的存在。在暴胀范式中，这将是对暴胀能量尺度的前所未有的探索，因为它与GWB的功率谱成正比。然而，类似的张量扰动可以由暴胀期间存在的物质场产生，打破了这个简单的关系。因此，重要的是能够区分GWB的不同生成机制。本文利用一个新的轴子SU（2）规范场模型的手征尺度相关张量谱，分析了它的可探测性。我们预测的可探测性所产生的CMB TB和EB互相关的LiteBIRD卫星，考虑到残余前景，引力透镜的影响，并首次评估这样的实验的能力，共同检测原始TB和EB光谱和自校准其偏振计。我们发现，LiteBIRD将能够检测到的手性信号与$r_*$表示在峰值尺度的张量-标量比的$r_*>0.03$，和$r_*<0.07$的最大信噪比为$\sim 2$。我们继续考虑一个先进的阶段，像丽莎的使命，并发现，这样的实验将补充CMB的意见，提供灵敏度GWB手征的尺度上无法访问的CMB。我们的结论是，为了使用CMB来区分这个模型从传统的真空波动模型两点统计提供了一些权力，但要实现高的统计意义，我们需要高阶统计，利用该模型的非高斯性。另一方面，如果光谱在非常小的尺度上达到峰值，宇宙微波背景辐射无法探测到，则可以使用天基激光干涉仪进行非常重要的探测。
2018-01-15 astro-ph.CO
Future weak lensing constraints in a dark coupled universe
耦合宇宙学可以预测在低红移的宇宙学参数值，这可能与非相互作用宇宙学的参数值有很大的不同。因此，低红移探测，作为结构的增长和暗物质分布通过星系和弱透镜调查构成了一个独特的工具，以约束相互作用的暗扇区模型。在这里，我们专注于弱透镜预测未来欧几里得和LSST的调查结合正在进行的普朗克宇宙微波背景实验。我们发现，这些未来的数据可能会限制无量纲耦合小于几个$\times 10^{-2}$。耦合参数$ξ$与冷暗物质能量密度$Ω_{c}h^2$和哈勃常数$H_0$之间存在着强烈的简并，如果宇宙中存在暗物质和暗能量扇区之间的相互作用，这种简并可能导致宇宙学参数值的重要偏差.
2011-04-04 astro-ph.CO hep-ph
Anisotropic cosmic birefringence estimates for forthcoming CMB experiments
Università degli Studi di Catania（卡塔尼亚大学）；INFN - Sezione di Catania（意大利国家核物理研究所卡塔尼亚分部）；INAF - Osservatorio Astrofisico di Catania（意大利国家天体物理研究所卡塔尼亚天文台）
本文预测未来CMB实验对各向异性宇宙双折射的灵敏度，通过斑块定位技术重建旋转角，预计可将当前约束改善10-40倍，并给出95%置信水平下的振幅上限。
2026-10-06 astro-ph.CO
Component separation for future CMB B-mode satellites
下一代CMB卫星概念（LiteBIRD、CORE、PIXIE、PICO）被提出用于在天空中的大角度尺度下检测原始CMB B模式偏振，张量-标量比值为${r \lesssim 10^{-3}}$。然而，未被发现的原始CMB B模式将提供由暴胀预测的量子起源的原始引力波的独特特征。我们提出了最近的预测，在天体物理前景和引力透镜效应的存在下，在拟议的CMB空间任务CORE的背景下，对原始CMB B模式的检测。我们还讨论了问题的前景和组件分离的原始B-模式的搜索，并强调在这种情况下的具体挑战：频率范围，频谱退化，前景建模，频谱平均效应。
2018-06-04 astro-ph.CO
Multiprobe cosmology forecasts from halo-occupation-distribution-based forward modeling of galaxy and void statistics
Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；Department of Physics, University of Arizona（亚利桑那大学物理系）；Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心/法国国家核子和粒子物理研究所，粒子与宇宙学中心）；Department of Astrophysical Sciences, Peyton Hall, Princeton University（普林斯顿大学天体物理学系）；Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学天文台，慕尼黑大学物理学院）
本研究结合宇宙空洞与星系的多类统计量，通过含装配偏置的HOD正向建模，预测DESI第5年数据可实现高精度宇宙学参数约束，打破星系-暗晕关联与宇宙学的参数简并。
2026-08-13 astro-ph.CO
Galaxy redshift-space bispectrum: the Importance of Being Anisotropic
我们预测的好处，通过添加双谱各向异性信号的标准，两点和三点，聚类统计分析。特别是，我们预测宇宙学参数的约束，包括双谱高多极项连同星系功率谱（四极加四极）和各向同性双谱（ESPs）的数据向量。为此，提出了协方差分析矩阵模型。这个模板是仔细校准的数值协方差矩阵估计从一组模拟星系目录的众所周知的条款。测试校准后，使用功率谱和各向同性双谱测量从同一组模拟，我们扩展的协方差建模的星系双谱更高的多极。使用这个协方差矩阵，我们继续进行宇宙学参数推断使用适当生成的模拟数据向量。包括双谱多极子的十六极，产生1-D $68\%$可信区域的一组参数$(b_1,b_2,f,σ_8,f_\mathrm{NL},α_\perp, α_\parallel)$更紧密的一个因素为30 $\%$平均为$k_\mathrm{max}=0.09\,h$ /Mpc，显着减少在同一时间的退化存在于后验分布。
2020-06-19 astro-ph.CO
Towards a multi-tracer neutrino mass measurement with line-intensity mapping
本研究探索利用线强度映射（LIM）结合速度层析成像等多示踪分析，并联合CMB-S4和DESI-BAO数据，在未来实现中微子质量总和的高灵敏度（~18-50 meV）测量与高显著性（>5σ）检测。
2024-12-05 astro-ph.CO
A comprehensive forecast for cosmological parameter estimation using joint observations of gravitational waves and short $γ$-ray bursts
本文预测3G引力波探测器与类THESEUS望远镜联合观测BNS并合的GW-GRB事件，表明标准汽笛数据可精确测定H0，并显著改善CBS对暗能量等参数的约束。
2024-06-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Multi-messenger standard-siren cosmology for third-generation gravitational-wave detectors: forecasts considering observations of gamma-ray bursts and kilonovae
Liaoning Key Laboratory of Cosmology and Astrophysics, College of Sciences, Northeastern University（东北大学理学院辽宁宇宙学与天体物理重点实验室）；MOE Key Laboratory of Data Analytics and Optimization for Smart Industry, Northeastern University（东北大学工信部智能工业数据优化与分析重点实验室）；National Frontiers Science Center for Industrial Intelligence and Systems Optimization, Northeastern University（东北大学国家工业智能与系统优化前沿科学中心）
利用引力波多信使观测，通过千新星和伽马射线暴的电磁对应物，可显著提高宇宙学参数约束，尤其是哈勃常数和暗能量方程状态参数。
2026-01-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
LiteBIRD Science Goals and Forecasts. A Case Study of the Origin of Primordial Gravitational Waves using Large-Scale CMB Polarization
本研究以旁观者轴子-SU(2)规范场暴胀模型为案例，分析LiteBIRD卫星B模巡天对原初引力波起源的探测能力，发现其可通过BB功率谱高显著性区分标准单场慢滚模型与该类物质源引力波模型。
2025-03-23 astro-ph.CO gr-qc
The promising future of a robust cosmological neutrino mass measurement
我们预测了35种不同组合的未来宇宙微波背景和大尺度结构数据集对宇宙学参数和中微子总质量的敏感性。我们在保守的假设下工作，考虑到系统学建模中的不确定性。特别是，对于星系红移调查，我们删除了来自非线性尺度的信息。我们使用贝叶斯参数提取模拟似然，以避免Fisher矩阵的不确定性。我们的网格结果允许直接比较不同数据集的灵敏度。我们发现，未来的调查将测量中微子质量具有很高的意义，并不会受到中微子质量之间的潜在参数简并，相对论遗迹的密度，以及可能的时变状态方程的暗能量的影响。
2019-05-06 astro-ph.CO
Joint 21-cm and CMB Forecasts for Constraining Self-Interacting Massive Neutrinos
该研究首次利用宇宙黎明与黑暗时代的21厘米信号约束自相互作用大质量中微子，发现HERA可改进耦合强度约束，联合CMB-S4可打破参数简并，未来月球干涉仪有望实现百分比量级的耦合精度测量。
2025-09-02 astro-ph.CO
Fisher's Mirage: Noise Tightening of Cosmological Constraints in Simulation-Based Inference
本文系统分析了模拟数值导数中的统计噪声对费希尔预测的影响，揭示了噪声如何通过边际化过程人为收紧宇宙学参数约束并降低参数简并性，同时提出了恢复无噪声置信区间的统计方法。
2024-06-10 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.comp-ph
Forecast cosmological constraints from the number counts of Gravitational Waves events
本研究针对爱因斯坦望远镜（ET）提出两种仅利用引力波距离信息的宇宙学参数推断方法，通过模拟验证了方法的一致性及区分恒星形成率模型的潜力，指出ET需结合其他巡天以缓解参数简并问题。
2024-05-14 astro-ph.CO gr-qc
Modified gravity and massive neutrinos: constraints from the full shape analysis of BOSS galaxies and forecasts for Stage IV surveys
本文利用BOSS DR12功率谱全形状分析约束修改引力增长指数与中微子质量，并预测类DESI第四阶段巡天可显著提升$γ$约束。
2023-12-12 astro-ph.CO
