Constraining regular primordial black holes with isocurvature gravitational waves
通过等强度引力波约束超轻常规原初黑洞种群,考虑其寿命差异及引力波生成强度。
2025-12-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Planck isocurvature constraint on primordial black holes lighter than a kiloton
School of Physics, Korea Institute for Advanced Study(韩国高等科学研究院物理学院);Department of Science Education, Ewha Womans University(梨花女子大学科学教育系);Asia Pacific Center for Theoretical Physics(亚太理论物理中心);Department of Astronomy and Astrophysics and Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学天文学与天体物理学系及引力与宇宙研究所);Cosmology, Gravity and Astroparticle Physics Group, Center for Theoretical Physics of the Universe, Institute for Basic Science(基础科学研究院宇宙理论物理中心宇宙学、引力和高能粒子物理组);Department of Science Education, Gwangju National University of Education(光州国立教育大学科学教育系);Department of Physics Education & Research Institute of Natural Science, Gyeongsang National University(庆尚国立大学物理教育系及自然科学研究所)
该研究利用普朗克卫星的宇宙微波背景各向异性数据,推导了轻于10^9克的原初黑洞丰度的新上限,这类黑洞蒸发于原初核合成前,可引发显著等曲率扰动。
2026-08-10 astro-ph.CO hep-ph
Baryon isocurvature constraints on the primordial hypermagnetic fields
在粒子物理学的标准模型中,人们已经指出,在电弱对称性破缺时的超磁螺旋度衰变可能通过手征反常产生了所观测到的宇宙重子不对称性。尽管完全螺旋磁场并不能解释费米卫星所推测的星系际磁场的起源,但螺旋和非螺旋原始磁场的混合可以同时解释重子形成和星系际磁场。我们首先表明,这样的情况是排除了由原始磁场,以避免在大爆炸核合成的氘过量生产所产生的重子等曲率扰动的振幅的约束。然后,我们表明,任何试图解释星系际磁场的起源在电弱对称性破缺之前的原始磁成因不工作,由于上述限制,无论螺旋度和重子机制。
2020-12-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Gauge Dependence of Gravitational Waves Induced by Primordial Isocurvature Fluctuations
本文研究原初等曲率涨落诱导的引力波在辐射主导和动能主导时期的规范依赖性,推导解析解并比较同步、牛顿和均匀曲率三种规范下的能量谱,发现同步规范按η^8、均匀曲率规范按η^4增长而牛顿规范收敛,揭示规范选择对计算结果和观测解释的重要性。
2025-05-07 astro-ph.CO gr-qc
One-loop corrections to the primordial tensor spectrum from massless isocurvature fields
我们研究了无质量旁观者物质场引起的原始宇宙学中张量扰动的两点关联函数的单圈修正。利用宇宙学扰动理论中的Schwinger-Keldysh形式,采用维数正则化和截断正则化方法,研究了在FRW时空中自由传播的无质量标量场、费米子场和阿贝尔规范场的等曲率场在单圈处的有限量子修正.对于所有的情况,我们发现一个对数运行的形式$\frac{C}{q^3} \, \frac{H^4}{M^4_p} \log \left( \frac{H}{μ} \right)$其中$C$是一个负常数相关的β函数,$H$是哈勃参数在视界出口和$μ$是重整化尺度。
2020-10-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Gravitational waves from dark matter isocurvature
大尺度上的原始涨落是绝热的,但在较小尺度上则不一定如此。在这里,我们推导出一般的分析框架来计算小尺度上的原始冷暗物质等曲率起伏诱导的随机引力波背景。我们发现,大的等曲率波动可以产生一个可观察到的引力波信号,与绝热扰动引起的频谱不同,我们第一次提供了精确的解析表达式的内核计算这个信号所必需的。然后,我们预测了未来的引力波探测器的约束力在小尺度上的暗物质等曲率,并发现他们将显着改善现有的限制。
2022-03-21 astro-ph.CO gr-qc
Infrared Behavior of Induced Gravitational Waves from Isocurvature Perturbations
本文研究等曲率标量扰动诱导引力波的红外谱行为,推导其谱斜率的对数依赖表达式,并指出其可用于区分等曲率与绝热原初扰动。
2025-01-17 astro-ph.CO gr-qc
Constraints on primordial isocurvature perturbations and spatial curvature by Bayesian model selection
我们提出了广义宇宙学模型的后验似然和贝叶斯模型选择分析,其中原始扰动包括相关的绝热和冷暗物质等曲率分量。我们进行嵌套采样与平面,并首次,弯曲的空间几何形状的宇宙,使用数据从宇宙微波背景(CMB)各向异性,联盟超新星(SN)的样品和综合测量的萨克斯-沃尔夫(ISW)的效果。在平坦和弯曲的情况下,单独的CMB有利于3%(正相关)的等曲率贡献。在弯曲情况下,在98%CL下,对所观察到的CMB温度变化的非绝热贡献为0 <α_T < 7%。在平坦的情况下,将CMB与SN数据相结合人为地使结果偏向于纯绝热LCDM一致性模型,而在弯曲的情况下,所有数据组合的非绝热性的有利水平保持在3%的水平。然而,贝叶斯因子的比率或Delta ln(证据)超过5个点,有利于平坦绝热LCDM模型,这表明当前数据不支持包含弯曲等曲率模型的5个额外参数。结果是非常敏感的CMB温度角功率的第二和第三声峰区域:因此,这些数据的仔细校准将需要得出决定性的结论,原始扰动的性质之前。最后,我们指出,与弯曲绝热模型相比,平坦非绝热模型的几率是1:3。这可能表明,扩展具有4个等曲率自由度的协调模型的动机并不比研究空间弯曲绝热模型的动机小得多。
2009-12-02 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on neutrino density and velocity isocurvature modes from WMAP-9 data
我们使用WMAP 9年和其他CMB数据来约束宇宙学模型,其中原始扰动具有绝热和(可能相关的)中微子密度(NDI),中微子速度(NVI)或冷暗物质密度(CDI)等曲率分量。对于NDI和CDI,我们使用的现象学方法,其中原始扰动参数化的振幅在两个尺度,和一个慢卷两个字段的通货膨胀的方法,其中慢卷参数作为主要参数。对于NVI,我们只使用现象学的方法,因为很难想象它与通货膨胀的联系。我们发现,在NDI和NVI的情况下,更大的等曲率分数允许比相应的模型与CDI。对于不相关扰动,原始NDI(NVI)分数的上限在k = 0.002 Mpc^{-1}时为24%(20%),在k = 0.01 Mpc^{-1}时为28%(16%)。对于最大相关(与扰动相关)扰动,NDI分数的上限为3.0%(0.9%)。对于NDI(NVI)模,非绝热对CMB温度变化的贡献可以高达10%(-13%)。贝叶斯模型比较有利于纯绝热初始模式的混合原始绝热和NDI,NVI,或CDI扰动。与纯绝热模型相比,混合模型(不相关NDI)的赔率最多为1:3.4。对于现象学的一般相关混合模型,几率约为1:100,而慢滚方法导致1:13(NDI)和1:51(CDI)。
2013-07-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black hole formation from massless scalar isocurvature
本文数值研究了辐射主导宇宙中无质量标量场在超哈勃尺度上的等曲率扰动下的原初黑洞形成。作为第一步,我们进行模拟的球对称配置。对于初始条件,我们采用了空间梯度展开,并提供了在这种展开中直到二阶都有效的生长模式解的一般形式。假设初始标量场分布是高斯分布,具有特征共动波数$k$ ; $\sim\exp(-k^2R^2)$,其中$R$是径向坐标。我们发现,PBH是形成一个足够大的振幅的标量场配置文件。然而,我们发现,引力坍缩的后期行为是由流体的动力学,而不是由标量场,这是类似的PBH形成的绝热扰动辐射占主导地位的宇宙。
2022-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Probing Primordial Black Hole Formation from Domain Wall Isocurvature Perturbations: Constraints and Implications
研究通过域墙扰动机制探讨原始黑洞形成,发现Z2对称性模型因原始黑洞过量而被排除,且ZN对称性模型受严格约束。
2025-12-07 astro-ph.CO hep-ph
Can we distinguish the adiabatic fluctuations and isocurvature fluctuations with pulsar timing arrays?
本研究利用最新NANOGrav数据,通过贝叶斯模型比较评估脉冲星计时阵列能否区分原初等曲率与绝热扰动,发现现有数据无法确凿区分,需增强观测能力。
2025-02-04 astro-ph.CO gr-qc
Hunting for Isocurvature Modes in the CMB non-Gaussianities
我们研究新的形状的本地原始非高斯性的CMB。允许原始的等曲率模式以及主要的绝热模式,角双谱一般是六种不同形状的叠加:通常的绝热项,一个纯粹的等曲率分量和四个额外的组件,产生的绝热和等曲率模式之间的相关性。我们提出了一类早期的宇宙模型,其中这六个组件之间的各种层次可以得到,同时满足目前的上界的功率谱中的等曲率分数。值得注意的是,即使有这个限制,可检测的非高斯性可以产生等曲率模式。最后,我们讨论了普朗克卫星探测这些新形状的前景。
2012-04-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
BBN constraints on dark radiation isocurvature
在早期宇宙中,与标准模型完全解耦的暗辐射的存在为相关的暗辐射等曲率模式留下了可能性。我们表明,暗辐射等曲率的存在下,导致空间变化的原始丰度的氦和氘由于空间变化的$N_{\rm eff}$在大爆炸核合成。我们使用的结果来限制存在这样的isocurvature模式的规模下降到$\sim 1$兆个人电脑规模。通过测量不同星系中原始氦氢比和氘氢比的超额方差,在95%的置信度下,我们将星系平均等曲率的方差限制在小于$0.13/Δ\bar{N}_{\rm eff}$。这里,$Δ\bar{N}_{\rm eff}$是由于额外的暗辐射分量而导致的$N_{\rm eff}$的空间平均增加。
2020-10-08 astro-ph.CO hep-ph
Isocurvature-induced features in multi-field Higgs-$R^2$ inflation
Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa(墨西哥自治大学伊斯塔帕拉帕分校)
研究多场Higgs-R²膨胀中非最小动能混合对原初扰动的影响,发现Higgs非最小耦合ξ_h控制的动力学 regime,导致原初曲率功率谱中的局部特征。
2026-05-20 astro-ph.CO hep-ph
Correlation of isocurvature perturbation and non-Gaussianity
我们探讨了原始非高斯性和等曲率扰动之间的相关性。我们素描的曲率扰动和互相关功率谱的双谱之间的一般关系的暴胀子和另一个光场之间的显式耦合的存在下,引起等曲率扰动。使用一个具体的模型的Peccei-Quinn型场与一般的引力耦合,我们明确地说明了原始的双谱相关的互相关功率谱。假设结果为fnl ~ O(1),我们发现相关性的形式主要取决于暴胀模型,而仅弱地取决于轴子参数,尽管fnl本身确实严重依赖于轴子参数。
2015-07-24 astro-ph.CO hep-ph
Signatures of non-gaussianity in the isocurvature modes of primordial black hole dark matter
原始黑洞(PBH)是可能在早期宇宙的辐射主导时代很早就形成的黑洞。我们在这里提出了一种方法,通过这种方法,原始黑洞密度的大尺度扰动可以用来对非高斯性进行严格的约束,如果PBH占暗物质(DM)。局域型非高斯性的存在被认为对原始黑洞的丰度有显著的影响,并且来自所观察到的CMB尺度模式的模式耦合可以显著地改变在宇宙的不同区域内形成的PBH的数量密度,其表现为DM等曲率模式。使用最近的\emph{Planck}等曲率扰动的约束,我们表明,PBH被排除在DM候选人,即使是非常小的本地型非高斯,$|f_{NL}|\approx0.001$和显着的约束$g_{NL}$几乎一样强。如果DM由PBH组成,则甚至小的非高斯性也被排除。如果在CMB尺度上检测到局部非高斯性,那么对坍缩成PBH(质量足够大,尚未蒸发)的宇宙部分的约束将变得更加严格。
2015-05-05 astro-ph.CO
Gravitational waves from primordial black hole isocurvature: the effect of non-Gaussianities
本研究探讨原初非高斯性对超轻原初黑洞成团性的影响,发现局域型非高斯性会产生振幅与非高斯参数平方成正比的双峰诱导引力波信号,该信号可被未来引力波探测器探测,为探测原初非高斯性提供新途径。
2024-12-16 astro-ph.CO gr-qc
Extended analysis of CMB constraints on non-Gaussianity in isocurvature perturbations
我们研究了一般类型的等曲率扰动对非高斯性的CMB约束。具体来说,我们研究CDM/中微子等曲率扰动是不相关的或完全相关的绝热的。利用WMAP在V和W波段的7年观测数据,得到了绝热扰动和等曲率扰动的非线性参数的最优约束。我们的结果表明,原始扰动是一致的高斯在2 σ左右的水平,上述等曲率模式。
2012-12-25 astro-ph.CO hep-ph
CMB lensing forecasts for constraining the primordial perturbations: adding to the CMB temperature and polarization information
我们预测如何当前({ \planck })和未来({ \prism })宇宙微波背景(CMB)实验约束绝热模式及其混合物与原始等曲率模式,使用测量的重构CMB透镜势和透镜诱导CMB B模式偏振各向异性结合CMB温度和E模式偏振各向异性。我们首先研究了绝热模和等曲率模的CMB温度谱、偏振谱和透镜谱的特性。然后,我们考虑如何透镜诱导的B-模式偏振和透镜潜在的信息可以改善约束的混合物的绝热和三个相关的等曲率模式。我们发现,CMB透镜谱提高了等曲率模式的约束最多10%的{ \planck }和{ \prism }实验,有限的改善结果的低幅度的等曲率透镜谱和这些谱之间的抵消,使它们只能轻微检测。如通过{ \prism }测量的,使用透镜诱导的CMB B模式偏振光谱有更大的增益,其中相对于CMB温度和E模式偏振约束,对等曲率模式振幅的约束提高多达40%。透镜化和透镜化诱导的B模式偏振信息两者的添加将等曲率模式振幅约束在百分之几水平或更好,在绝热模式与一个或两个相关等曲率模式的混合物的情况下,具有百分之一水平约束或更好的可能。我们调查的依赖,我们的结果在我们的分析中的各种假设,如列入暗能量参数,CMB温度透镜相关性,和存在的原始张量模式,并发现这些假设并没有显着改变我们的主要结果。
2014-11-28 astro-ph.CO
Isocurvature perturbations and tensor mode in light of Planck and BICEP2
利用Planck和BICEP 2合作报告的宇宙微波背景(CMB)观测结果,研究了等曲率扰动和原初引力波的简并性.我们表明,在普朗克和BICEP 2之间的张量-标量比$r$上的束缚张力可以通过引入反相关等曲率扰动来解决。定量地,我们发现在68% C. L.的条件下,Planck和BICEP 2对$r$的约束是一致的。
2014-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Scalar-induced gravitational waves including isocurvature perturbations with lattice simulations
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)(中国科学院理论物理研究所);School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)(中国科学院大学物理科学学院)
本文通过格点模拟研究标量诱导引力波,探讨等曲率扰动对引力波谱的影响,发现其与纯等曲率和混合初始条件下的结果一致,并揭示早期物质主导时期引力波特性与主导场微物理性质的关系。
2026-03-23 astro-ph.CO gr-qc
Spectral index and running of $g_{NL}$ from an isocurvature scalar field
原始非高斯性可能由高阶项支配,例如由$g_{NL}$而不是$f_{NL}$设置的项。本文从单等曲率标量场导出了$g_{NL}$的谱指数和游程。如果等曲率场的质量与暴胀期间的哈勃参数相比不太小,则非高斯参数的尺度依赖性是可检测的。此外,我们还将所得结果应用于具有近二次势的曲率模型。
2011-04-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB hemispherical asymmetry from non-linear isocurvature perturbations
我们研究了在宇宙微波背景(CMB)中,暴胀引起的非绝热扰动是否会在大角度尺度上产生非对称的温度各向异性分布。我们使用一个广义的非线性$δN$形式主义计算的原始密度和等曲率扰动的非高斯性,由于存在非绝热的,但近似尺度不变的多场膨胀过程中的场波动。这种局域型非高斯性导致了比我们可观测视界更大的极长波长不均匀性与辐射和物质密度的较小尺度波动之间的相关性。物质等曲率扰动主要有助于低CMB多极,因此可以导致大角度尺度上的半球形不对称,在较小尺度上可以忽略不计的不对称。在曲率模型中,物质等曲率扰动与原始密度扰动部分相关,我们无法在大角度尺度上获得显着的不对称性,同时尊重当前对所观察到的四极子的观测约束。然而,在轴子模型,其中的物质isocurvature和原始密度扰动是不相关的,我们发现它可能会获得一个显着的不对称性,由于isocurvature模式在大的角度尺度。这种半球不对称的等曲率原点自然会在大尺度上引起CMB偏振的独特不对称。
2014-10-29 astro-ph.CO hep-th
Landscape tomography through primordial non-Gaussianity
在本文中,我们展示了如何可能探测到的结构的原生宇宙的景观潜力的原始密度扰动的性质负责的起源的宇宙微波背景各向异性和大尺度结构我们的宇宙。等曲率场--与暴胀轨道正交的场--可能在暴胀期间穿过分隔景观势局部极小值的障碍而波动。我们分析了这个过程如何影响原始曲率扰动的演变。如果典型的距离分隔连续极小的景观潜力和高度的势垒小于哈勃膨胀率参数化的通货膨胀,概率分布函数的isocurvature领域成为非高斯由于外观的颠簸和下降相关联的结构的潜力。我们表明,这种非高斯性可以转移到原始曲率扰动的统计,如果等曲率场耦合到曲率扰动。曲率扰动分布中出现的非高斯结构类型不能用多谱的标准方法完全探测;相反,需要概率分布函数。后者是通过对所有的$n$点关联函数求和而获得的。为了证实我们的主张,我们提供了一个具体的模型组成的axionlike isocurvature扰动与正弦电位和isocurvature和曲率场之间的线性导数耦合。在该模型中,曲率扰动的概率分布函数由高斯函数组成,并具有反映等曲率轴子势的小的叠加振荡。
2018-10-17 astro-ph.CO hep-th
Gravitational waves induced by matter isocurvature in general cosmologies
Leibniz University Hannover(汉诺威莱布尼茨大学);Institute for Theoretical Physics, Leibniz University Hannover(汉诺威莱布尼茨大学理论物理研究所);Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut(马克斯·普朗克引力物理学研究所,阿尔伯特·爱因斯坦研究所)
本文研究了由物质等幅波动在早期宇宙中诱导的引力波,通过分析其谱形和振幅,探讨了方程状态参数对早期宇宙物理的影响。
2025-12-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fundamental Uncertainty in the BAO Scale from Isocurvature Modes
与主导绝热模式相关的等曲率扰动的一小部分被证明是一个重要的原始系统的未来重子声学振荡(BAO)调查,扭曲的标准标尺距离加宽和移动的峰值在星系关联函数。未经处理的系统导致的偏见,可以超过$10σ$的暗能量参数,即使是普朗克水平的等曲率约束。考虑到等曲率模式校正了这种偏差,但将暗能量品质因数降低了至少50%。BAO数据反过来又为原始扰动的性质提供了极其强大的新约束。因此,未来的大型星系巡天除了有助于确定暗能量的性质外,还将是对宇宙最早期的有力探测。
2010-06-24 astro-ph.CO
Non-Gaussian Stochastic Gravitational Waves from Phase Transitions
在原始宇宙中,宇宙相变会产生类似于宇宙微波背景的各向异性随机引力波背景。对于绝热扰动,GWB中的涨落遵循CMB中的涨落,但如果原始涨落携带等曲率分量,则这不再是真的。结果表明,在非最小的通货膨胀和再加热的设置,原始等曲率可以生存在GWB和表现出显着的非高斯性(NG)的CMB相比,同时遵守目前的观测范围。虽然探测这种NG GWB在LISA上的可能性最大,但未来提出的探测器(如DECIGO和BBO)的范围要大得多。甚至有可能用引力波探测器而不是CMB或大尺度结构巡天对暴胀时期的NG进行首次观测。
2021-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black hole isocurvature modes from non-Gaussianity
本文通过引入峰值理论和压实度形成判据,重新计算了非高斯性对原初黑洞等曲率模式的约束,发现二次模型约束基本不变而三次模型约束显著变差,并给出了暗物质全为原初黑洞时非高斯性参数的允许范围。
2023-10-27 astro-ph.CO
Revealing the Structure of the Inflationary Landscape through Primordial non-Gaussianity
在这篇论文中,我们展示了如何通过原初密度扰动来探测原初宇宙的景观势的结构,这些扰动是造成宇宙微波背景各向异性和宇宙大尺度结构的原因。等曲率场可能在暴胀期间跨越分隔景观势的局部极小值的障碍而波动。我们分析了这个过程如何影响原始曲率扰动的演变。如果典型的距离分隔连续极小的景观潜力和高度的势垒小于哈勃膨胀率参数化的通货膨胀,概率分布函数的isocurvature领域成为非高斯由于外观的颠簸和下降与潜在的结构。我们表明,这种非高斯性可以转移到原始曲率扰动的统计。曲率扰动分布中出现的非高斯结构类型不能用多谱的标准方法完全探测;相反,需要概率分布函数。为了证实我们的主张,我们提供了一个具体的模型组成的等曲率扰动与正弦电位和线性导数之间的耦合等曲率和曲率场。这一结果被推广到任意的潜力和简要研究超越一阶微扰理论。最后,我们进行了研究的原始非高斯的本地类型,在那里我们使用我们的结果来重建和约束的形状的景观潜力的帮助下,由普朗克望远镜的宇宙微波背景观测和探索的前景,可观察到的数量在我们的宇宙的大尺度结构对约束其原始统计。
2019-09-24 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial Clocks within Stochastic Gravitational Wave Anisotropies
早期宇宙中的一阶相变可以给出一个可观测的随机引力背景(SGWB),它在整个天空中必然具有原始各向异性。在多场暴胀的情况下,这些各向异性可能具有与绝热涨落非常不同的显著等曲率分量,为暴胀尺度下的高能物理提供了另一种发现渠道。在这里,我们考虑经典的振荡重领域在通货膨胀,可以印独特的标度不变性打破功能的功率谱的原始各向异性。虽然这样的功能是高度限制在宇宙微波背景,我们表明,它们的振幅可以是相当大的等曲率SGWB,尽管探测类似的通货膨胀时期。在所需的水平,$\ell \sim {\cal O}(10-100)$,测量SGWB多极,将是技术上的挑战。然而,我们预计,一个强的各向同性SGWB的早期检测,和各向异性的保证,将刺激下一代探测器的发展具有足够的灵敏度,角分辨率,和前景的歧视。
2022-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Isocurvature modes in the CMB bispectrum
我们研究了角双谱的本地类型所产生的(可能相关的)组合的原始绝热模式与等曲率之一。一般地,该双谱可以被分解成六个基本双谱。我们估计如何精确CMB数据,包括偏振,可以使我们能够测量或限制六个相应的振幅,分别考虑四种类型的等曲率模式(CDM,重子,中微子密度,中微子速度)。最后,我们讨论了如何将双谱上的模型无关约束结合起来,得到多场暴胀模型的参数约束。
2012-10-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Isocurvature perturbations in extra radiation
最近的宇宙学观测,包括CMB各向异性和原始氦丰度的测量,表明在宇宙中存在一种超出标准三种中微子的额外辐射成分。本文探讨了额外辐射具有等曲率涨落的可能性。在混合暴胀-曲率系统中,额外辐射是由两个标量场的衰变产生的,本文给出了计算额外辐射中等曲率扰动的一般形式。我们还推导出额外的辐射和其等曲率扰动量的丰度的约束。目前的观测资料支持额外辐射分量的存在,但并不表明它具有等曲率扰动。这些约束条件被应用到一些粒子物理动机的模型。如果未来的观测在额外辐射中检测到等曲率扰动,它将给我们一个额外辐射起源的提示。
2012-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Non-Gaussian isocurvature perturbations in dark radiation
我们研究了暗辐射中等曲率扰动的非高斯性质,其中包括活跃的中微子和额外的轻物种,如果存在的话。我们首先推导出的原始扰动的曲率和暗辐射等曲率扰动的混合物的双谱的表达式。我们还讨论了在我们的模型中产生的CMB双谱,并预测CMB约束的非线性参数的基础上的Fisher矩阵分析。提出了一些具体的粒子物理模型,其中可能产生额外轻物质的大等曲率扰动和/或中微子密度等曲率扰动及其非高斯性。因此,在暗辐射等曲率扰动的非高斯检测将给我们一个机会,以确定额外的轻物种和轻子不对称性的起源。
2012-07-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological signatures of tilted isocurvature perturbations: reionization and 21cm fluctuations
我们研究了功率谱为蓝倾且谱指数为2<p<4的不相关等曲率微扰的宇宙学特征。这样的等曲率功率谱可以促进小尺度结构的早期形成,特别是暗物质晕和星系,从而可能解决在高红移(z~7-8)星系观测中提出的电离光子短缺问题,但这是在z~10时重新定义宇宙所必需的。我们主要集中在如何形成的暗物质晕可以被修改,并探讨CMB各向异性的光谱形状和再电离光学深度之间的连接作为一个强有力的探针的一个高度蓝色倾斜的等曲率原始功率谱。我们还研究了21厘米线波动的后果,由于中性氢在minihalos。再电离光学深度和21厘米线波动的测量相结合,将提供一个高度蓝色倾斜等曲率功率谱的互补探针。
2013-11-13 astro-ph.CO hep-ph
Kinetic Isocurvature Perturbation
The University of Chicago(芝加哥大学);Ewha Womans University(梨花女子大学);Asia Pacific Center for Theoretical Physics(亚太理论物理中心);The University of Tokyo(东京大学);Chungnam National University(忠南国立大学);Korea Institute for Advanced Study(韩国高等科学研究院);Institute for Basic Science (IBS)(基础科学研究所)
研究提出动能等熵扰动机制,其特征为暗物质密度与光子密度比值恒定,而暗物质动能在空间上波动。该扰动源于非相对论性重场衰变成相对论性暗物质粒子的过程,导致大尺度密度扰动不受宇宙微波背景限制,但影响自由流尺度的空间变化,从而产生物质功率谱的斑块间变化。
2026-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Pushing the Primordial Frontier: Cosmological Collider Signatures at Strong Mixing
University of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学);Universidad de Chile(智利大学);Universidad del Bío-Bío(比奥比奥大学)
研究多场暴胀中原初非高斯性,通过构建修饰传播子等方法,在强混合下推导树级双谱积分表示,得到双谱贡献表达式及标度律,为强混合暴胀相关研究打开新窗口并建立框架。
2026-07-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Resolving primordial physics through correlated signatures
我们讨论了光谱观测值之间的相关性作为一种新的工具,区分模型的原始扰动。我们表明,如果产生在等曲率部门,运行的标量谱指数与非高斯的统计特性。特别是,我们发现一个大的运行将不可避免地伴随着一个大的运行$f_{\rm NL}$和增强$g_{\rm NL}$,与$g_{\rm NL}\gg f_{\rm NL}^2$。如果张量与标量之比很大,那么一个大的负值运行在较小的尺度上必须变成正值。有趣的是,转变的特征尺度可能会区分暴胀子场和等曲率场。
2014-12-18 astro-ph.CO
Compensated isocurvature perturbations in the curvaton model
粒子相对数密度的原始涨落,或等曲率扰动,通常很好地受到宇宙微波背景(CMB)数据的约束。一种较少被探测的模式是补偿等曲率扰动(CIP),这是冷暗物质和重子相对数密度的波动。在曲率模型中,暴胀过程中的次主导场后来设置了原始曲率波动$ζ$。在某些曲率衰变的情况下,重子和冷暗物质等曲率波动几乎抵消,留下一个大的CIP与$ζ$相关。这种相关性可以用来探测这些CIP更灵敏地比不相关的CIP考虑在过去的工作中,基本上通过测量压缩双谱的CMB三角形的最短边是有限的声音地平线。在这里,现有的和未来的CMB实验相关的CIP的敏感性进行评估,着眼于测试特定的曲率衰减的情况。计划的CMB第4阶段实验可以检测曲率场景中可达到的最大CIP,其具有超过3 $σ$的显著性。如果能够有效地去除小尺度CMB极化前景,则可以提高显著性。因此,未来的CMB观测可以区分一些曲率衰变的情况下,重子数和暗物质产生在不同的时期相对于曲率衰变。独立于相关CIP扰动的起源的特定动机,CIP重建与主CMB的互相关可以提高CIP检测的信噪比。对于完全相关的CIP,改善系数为$\sim$ 2 $-$ 3。
2015-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Non-Gaussianities from isocurvature modes
本文讨论了等曲率模式,特别是这些模式产生的局部类型的非高斯性。由于等曲率传递函数不同于绝热传递函数,原始等曲率模与绝热模的共存导致了角双谱的丰富结构,可分解为六个基本双谱。未来对资本市场管理局数据的分析将能够衡量它们的相对权重,或至少限制它们。因此,非高斯性提供了等曲率模式的新窗口。这是特别相关的一些情况下,如在这里提出的,产生等曲率模式的功率谱中的贡献被抑制,目前的数据所要求的,但其在非高斯的贡献可能是占主导地位的和可测量的。
2012-09-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Adiabatic versus Isocurvature Non--Gaussianity
我们研究在何种程度上可以区分原始非高斯(NG)所产生的绝热和等曲率扰动。我们联合分析不同的NG模型的基础上,各种通货膨胀的情况下:本地型和等边型NG从绝热扰动和本地型和二次型NG从等曲率扰动与点源的前景污染。为了研究不同NG分量的信噪比的尺度依赖性及其相关性,我们将CMB温度和偏振图的双谱的Fisher信息用l分离,用于Munshi & Heavens(2009)提出的斜谱估计。我们发现绝热模和等曲率模是强相关的,虽然声学振荡的相位差有助于区分它们。局部型和等曲率型之间的相关性较弱,但两种等曲率模式之间的相关性太强而无法区分。当l>100时,点源污染在一定程度上可以被视为白噪声,几乎可以完全与原始成分分离。考虑到各分量之间的相关性,我们发现WMAP五年观测的NG参数误差增加了20-30%,而Planck观测的NG参数误差增加了5%。
2009-07-02 astro-ph.CO
Primordial Black Hole and Gravitational Wave by Peaked Cosmic Perturbations from Axion Curvaton
The University of Chicago(芝加哥大学);The University of Tokyo(东京大学);Nankai University(南开大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
本文证明轴子场通过暴胀动力学产生中间波数尖峰扰动,经曲率场机制生成引力波与原初黑洞,其谱呈三角形,可解释全部暗物质,并提供多信使检验。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Superhorizon Isocurvature as a Window into Dark Matter Production
PRISMA + Cluster of Excellence & Mainz Institute for Theoretical Physics, Johannes Gutenberg-Universität Mainz(美因茨约翰内斯·古腾堡大学);Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所)
本文研究原初等曲率扰动下超视界曲率演化,提出暗辐射扇区可在无直接相互作用时产生暴胀子等曲率,并展示其能区分冻结入与冻结出暗物质产生机制。
2026-09-09 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Wave Signatures of Primordial Black Hole Reheating in Upcoming Interferometry Missions
本文研究PBH再加热产生的随机引力波背景,结合SNR、Fisher预测与MCMC分析,评估LISA和ET对等曲率及绝热诱导信号的探测能力,并给出可约束的PBH质量范围与宇宙学参数。
2025-09-01 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Perturbations in Einstein-Aether and BPSH Theories
本文研究了爱因斯坦以太理论中单场暴胀阶段产生的原初微扰。暴胀子和以太场的量子涨落产生长波长绝热和等曲率标量扰动,以及横向矢量扰动。在几何上,等曲率模式是以太相对于物质的速度场的势。在一定的参数范围内,这种模式可能会导致可观测宇宙中以太的相当大的随机速度。绝热模式对应于共同运动切片(物质处于静止状态)的曲率扰动。与标准情况相比,它在大尺度上具有非零的各向异性应力。标量和矢量扰动可能在宇宙微波背景上留下重要的印记。我们计算它们的原始光谱,分析它们对温度各向异性的贡献,并制定一些从观测中得出的唯象约束。这些可以用来进一步收紧这类理论的参数的现有限制。标量扇区的结果也适用于Blas,Pujolas和Sibiriakov最近提出的Horava引力的扩展。
2010-03-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Low-Scale Inflationary Magnetogenesis without Baryon Isocurvature Problem
针对电弱尺度以上磁生成模型存在的重子等曲率问题,提出带Chern-Simons耦合的低尺度暴胀磁生成方案,通过数值验证其可产生足够解释观测IGMFs的磁场且规避该问题。
2024-10-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Stochastic Gravitational Wave Backgrounds from a Sharp Feature in Three-field Inflation II: The Inflationary Era
本文研究三场暴胀中尖锐特征诱发的大异曲率瞬变,证明其衰减后仍可留下暴胀时期产生的增强型SGWB,为LISA等探测多场暴胀特征提供新窗口。
2025-03-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Accretion Effects on Primordial Black Hole Reheating Constraints
Bethe Center for Theoretical Physics and Physikalisches Institut, Universität Bonn(波恩大学贝特理论物理中心与物理研究所)
研究吸积对原初黑洞再加热场景的影响,发现吸积能增加黑洞质量并延长早期物质主导时期,通过等曲率引力波约束原初黑洞主导场景,吸积使约束向更小质量与初始丰度转移。
2026-05-15 astro-ph.CO hep-ph
Seeding primordial black holes in multifield inflation
原始黑洞(PBH)的暴胀起源依赖于曲率起伏$ζ$的功率谱$Δ_ζ$在比宇宙微波背景各向异性的波长短得多的波长处的大幅度增强。这通常在模型中实现,其中$ζ$演变而不与额外的(等曲率)标量自由度显著交互。然而,受量子引力启发的模型的特征是具有高度弯曲几何形状的模空间和大量可以与$ζ$强烈相互作用的标量场(如宇宙对撞机图片)。在这里,我们表明,isocurvature波动可以与$ζ$混合,诱导其幅度的大幅增强。每当暴胀轨迹在模型的场空间中经历快速转弯,导致对转弯所扫过的总角度呈指数敏感的放大时,就会发生这种情况,这会在$Δ_ζ$上引起特征性的可观察签名。我们推导出准确的分析预测,并表明PBH所需的大的增强需求的多场系统的行动中的非正则动力学项。
2020-09-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Searching for dark matter isocurvature initial conditions with N-body Simulations
在原始扰动中可能存在小部分等曲率扰动,并与绝热扰动相关。简单地关闭等曲率扰动可能会导致有偏差的结果。我们通过N体模拟研究了暗物质等曲率对结构形成的影响。从最佳拟合值,我们运行四组模拟不同的初始条件和不同的框大小。我们发现,如果暗物质等曲率分数很小,用大尺度观测的方法,不能通过物质功率谱和两点关联函数检测到它的信号。然而,晕质量函数可以给出明显的信号。相对于在物质功率谱上5%的差异,在$z = 3$上的晕质量函数上可以得到37%的差异。这表明未来的高精度团簇计数实验可以对暗物质等曲率扰动给出严格的约束。
2011-07-20 astro-ph.CO
Isocurvature Constraints on Portal Couplings
我们认为门户模型是超弱耦合的标准模型,并面对他们的观测约束暗物质丰度和等曲率扰动。我们假设隐藏扇区包含一个实单重标量$s$和一个通过赝标量汤川项耦合到$s$的无菌中微子$ψ$。在暴胀过程中,产生了由单重标量$s$组成的原始凝聚体,它对等曲率扰动的贡献被印在暗物质丰度上。我们计算了总的暗物质丰度,其中包括来自标准模型扇区的冷凝衰变和非热产生的贡献。然后,我们使用普朗克极限等曲率扰动,推导出一个新的约束连接暗物质的质量和单线态自耦合与膨胀的规模:$m_{\rm DM}/{\rm GeV}\lesssim 0.2λ_{\rm s}^{\scriptscriptstyle 3/8} \left(H_*/10^{\scriptscriptstyle 11}{\rm GeV}\right)^{\scriptscriptstyle -3/2}$。这个约束在大多数与标准模型超弱耦合并包含轻单重标量场的门户模型中是相关的。
2016-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes from Inflation with a Spectator Field
University of Manitoba(曼尼托巴大学);University of Winnipeg(温尼伯大学);Santa Cruz Institute for Particle Physics(圣克鲁兹粒子物理研究所);University of California, Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);Yale University(耶鲁大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
研究探讨了在单场膨胀模型中,观察者场对原初黑洞产生机制的影响,揭示了其通过扰动相互作用维持或增强扰动增长的机制。
2026-10-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
General Constraints on Isocurvature from the CMB and Ly-$α$ Forest
本文针对新物理场景中等曲率功率谱偏离简单幂律形式的问题,考虑四种等曲率模式并采用delta函数和分段幂律进行参数化,利用CMB、BAO、Lyman-$α$森林等数据在广泛尺度上对等曲率功率谱施加了通用约束。
2025-04-01 astro-ph.CO hep-ph
Magnetic Fields from Compensated Isocurvature Perturbations
本研究提出补偿等曲率扰动可通过Biermann电池机制在复合后宇宙中产生磁场,其强度可达标准模型的十倍,可作为星系发电机的潜在种子。
2023-06-02 astro-ph.CO