E and B modes of the CMB y-type distortions: polarised kinetic Sunyaev-Zeldovich effect from the reionisation and post-reionisation eras
我们研究了再电离和再电离后时期，源自自由电子横向特有速度（微扰论中的二阶）的宇宙微波背景（CMB）的E和B模式极化。有趣的是，这种极化动力学Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应的光谱可以分解为黑体部分和y型失真。y失真部分可与主E和B模式以及透镜B模式区分开。此外，它还可以与其他y型信号区分开，例如热SZ效应，这些信号是非偏振的。我们表明，这个信号是敏感的再电离的历史，特别是如何快速再电离发生。Y型畸变的E和B模式提供了一种击败宇宙主CMB各向异性方差的方法，并且是宇宙学参数的独立探测器。pkSZ效应的黑体分量将是张量标量比$r \lesssim 3\times10^{-5}$的原始张量模式的重要前景。
2022-10-25 astro-ph.CO
Cosmology from the kinetic polarized Sunyaev Zel'dovich effect
在大尺度结构中，散射自由电子的宇宙微波背景（CMB）光子诱导线性极化模式，该模式与在电子静止坐标系中观察到的远程CMB温度四极成比例。相关的黑体偏振各向异性被称为偏振Sunyaev Zel'dovich（pSZ）效应。相对论修正远程四极场引起的非黑体极化各向异性的平方成比例的横向特有的速度场，这是动力极化的Sunyaev Zel'dovich（kpSZ）的效果。在本文中，我们预测未来的CMB和星系调查，以检测kpSZ效应的能力，发现一个统计上显着的检测是在计划的实验范围内。我们进一步介绍了一个二次估计的平方的奇特的速度场的基础上的星系调查和CMB偏振。最后，我们概述了kpSZ效应是如何探测宇宙双折射和原始非高斯性的，预测了未来实验的范围。
2022-10-11 astro-ph.CO
Future Steps in Cosmology using Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
自从90年代中期COBE/FIRAS的测量以来，我们知道在平均温度T0~2.726K范围内，宇宙微波背景（CMB）的能谱非常接近理想黑体的能谱。然而，一些早期宇宙过程预计会造成CMB光谱失真-平均CMB能谱偏离黑体-在当今技术范围内的水平。这为研究CMB光谱失真的物理学提供了强大的动力，并询问这些小信号可能能够告诉我们关于我们所生活的宇宙的信息。在这次演讲中，我将对最近的理论和实验发展进行粗略的概述，解释为什么未来对CMB的光谱测量将为早期宇宙和粒子物理学打开一扇未经探索的新窗口。我将介绍不同类型的扭曲，它们如何演变和热化，并强调一些可能导致它们的物理过程。我希望能够说服你，CMB光谱扭曲可以在CMB宇宙学中开辟一条令人兴奋的新道路，这是对计划和正在进行的原始B模式偏振信号搜索的补充。因此，作为今后几十年活动的一部分，应非常认真地考虑频谱失真问题。
2018-06-07 astro-ph.CO
GRB110721A: An extreme peak energy and signatures of the photosphere
GRB 110721 A由费米伽马射线太空望远镜使用其两个仪器--大面积望远镜（LAT）和伽马射线暴监测器（GBM）观测到。爆发包括一个持续约24.5秒的主要发射事件（在GBM中），峰值通量为5.7 \pm 0.2 x 10 ^{-5} erg/s/cm ^2。时间分辨的发射光谱最好用带函数和黑体光谱的组合来建模。带分量的峰值能量最初为15 \pm 2 MeV，这是在伽玛射线暴中探测到的最高值。通过将GBM/BGO数据与LAT低能事件相结合，实现了连续的10 - 100 MeV覆盖，从而使这种测量成为可能。峰值能量随后随时间按幂律下降，指数为-1.89 \pm 0.10。黑体分量的温度也从~80 keV开始降低，并且衰变在~2秒后显示出显著的中断。该光谱对标准同步加速器模型提供了强有力的约束，表明替代机制可能会引起这些能量的发射。
2012-07-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Heliosheath Model for the Origin of the CMB non-Monopole Spectrum
本文提出了CMB低阶多极子和相关异常的非宇宙学起源。我们讨论的可能性，这些功能的功率谱起源于终止激波（TS）地区的日鞘，围绕太阳系。如果本征CMB光谱被假定为纯的等离子体（2.73K），则TS区域的椭圆形等离子体区域内发生的热过程可能会将观察到的低阶多极子及其对齐（所谓的“exil轴”）印在该背景CMB上。该模型的一个关键要求是，TS等离子体的特点是作为一个光学薄灰体与非LTE扰动解释黑体和非黑体异常。非热TS过程也进行了讨论。TS同步辐射被认为是ARCADE 2 CMB畸变的可能原因。磁声振荡和日鞘湍流被认为是CMB高阶多极矩的可能来源。正在进行的旅行者任务的数据对这项研究至关重要。研究问题确定为今后的工作，以更好地验证这里提出的启发式模型。
2009-06-15 astro-ph.CO astro-ph.SR
Measuring $μ$-Distortions from the Thermal Sunyaev-Zeldovich effect
本文预测了通过 CMB 巡天测量的星系团 tSZ 频谱畸变对原初 $μ$ 畸变单极子的约束，发现计划实验的灵敏度可达或优于现有约束，但控制前景和系统误差是关键。
2023-05-17 astro-ph.CO
Analysis of residual spectra and the monopole spectrum for 3 K blackbody radiation by means of non-extensive thermostatistics
我们分析了3 K黑体辐射（CMB）的剩余光谱使用非广延热统计参数q-1。界限|Q-1| <1.2 × 10 ^{-5}，温度波动|delta T| <（1.6-4.3）× 10 ^{-5}的范围比Tsallis等人的范围小。此外，用一个包含化学势μ的公式分析了电子能谱，得到了极限值|Q-1| <2.3x10^{-5}且|mu| <1.6x10^{-4}。|Q-1|与Sunyaev-Zeldovich效应y相当。
2012-10-22 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech hep-ph
Science with CMB spectral distortions
COBE/FIRAS的测量表明，CMB光谱非常接近于理想黑体。然而，在早期宇宙中有许多过程应该会造成光谱扭曲，其程度在当今技术的范围内。在这次演讲中，我将简要概述最近的理论和实验发展，解释为什么未来对CMB光谱的测量将为早期宇宙和粒子物理打开一扇未探索的窗口，可能会有非标准的惊喜，但也有几个保证的信号在等待着我们。
2014-05-27 astro-ph.CO hep-th
Forecasts for CMB μ- and i-type spectral distortion constraints on the primordial power spectrum on scales 8 < k < 10^4 Mpc^-1 with the future Pixie-like experiments
红移为1.5 x 10^4 < z < 2 x 10^6的丝绸阻尼消除了对应于同向波数8 < k < 10^4 Mpc^-1（10^5 < \ell < 10^8）尺度上的CMB各向异性。这种耗散的能量被CMB吸收，在μ型和i型CMB光谱中产生黑体畸变。我们研究，使用Fisher矩阵，我们可以从测量这些频谱失真的原始功率谱从未来的实验，如Pixie的约束，以及这些约束如何改变，因为我们改变的频率分辨率和灵敏度的实验。我们表明，额外的信息的形状的$i$型失真，结合μ型失真，使我们能够打破这些尺度上的功率谱的幅度和谱指数之间的简并性，并导致更严格的约束。考虑到y型畸变的部分简并度和CMB黑体部分的温度，我们量化了μ型畸变和i型畸变中包含的信息。我们还计算了原始功率谱的约束时，光谱失真的信息相结合的CMB各向异性测量的WMAP，SPT，ACT和普朗克实验。
2013-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Mixing of blackbodies: entropy production and dissipation of sound waves in the early Universe
不同温度的黑体混合会产生光谱畸变，在最低阶，这是一种y型畸变，与由星系团中的热电子散射CMB光子产生的热y型畸变无法区分。这个过程发生在辐射压主导的早期宇宙中，当原始扰动激发驻波声波进入声音视界时。来自不同相位的声波的光子，具有不同的温度，通过电子-重子等离子体扩散并混合在一起。这种扩散，其长度由汤姆逊散射限定，消散声波并在CMB中产生频谱失真。在总耗散能量中，2/3提高了光谱黑体部分的平均温度，而1/3产生y型失真。众所周知，在红移10^5< z< 2x10^6时，康普顿化会迅速将y扭曲转变为玻色-爱因斯坦光谱。玻色-爱因斯坦光谱的化学势也是我们得到的值的1/3，如果所有耗散的能量都注入黑体光谱，但没有额外的光子加入。我们研究了黑体光谱的混合，强调热力学的观点，并确定熵产生的光谱失真。这使我们能够以一种非常简单的方式获得与早期宇宙中声波耗散有关的主要结果。我们还表明，一般的黑体混合，特别是声波的耗散，导致熵的产生。
2012-07-10 astro-ph.CO
Constraining dark photon model with dark matter from CMB spectral distortions
标准模型（SM）的许多扩展都包括一个暗扇区，它可以通过一个亮介质与SM扇区相互作用。我们探索的可能性，探测这样一个黑暗的部门，通过研究的扭曲的CMB光谱的黑体形状，由于弹性散射之间的暗物质和重子通过隐藏的光介质。我们特别关注的模型，其中暗扇区规范玻色子动力学混合与SM和目前的未来实验前景的PIXIE样实验，以及它的比较，现有的边界从互补的地面实验。
2017-04-24 astro-ph.CO hep-ph
Universe opacity and CMB
本文提出了一个新的宇宙学模型，其中的宇宙微波背景（CMB）是星系际尘埃的热辐射，而不是大爆炸的残余辐射。该模型表明，一个几乎透明的局域宇宙在红移$z > 2-3$处变得相当不透明。这种不透明性在Ia型超新星的数据中很难检测到，但用类星体的数据证实了这一点。不透明度随着红移的增加而急剧增加，这是因为在前一个纪元中星系际尘埃的固有密度很高。星系际尘埃的温度随着$(1+z)$的增加而增加，正好补偿了红移引起的波长变化，因此尘埃辐射看起来就像是单一温度的黑体辐射。预测的尘埃温度为$T^{D} = 2.776 \, \mathrm{K}$，与CMB温度相差仅1.9%，预测的CMB总强度与EBL强度之比为13.4，与观测值的12.5接近。宇宙微波背景辐射的温度波动是由宇宙中的星系团和空洞产生的电子边界层波动引起的。与温度各向异性相关的CMB的极化异常是由在团簇和空洞周围的大尺度磁场排列的针状导电尘埃颗粒的极化热发射引起的。$z > 4$光度密度的强烈下降被解释为宇宙高度不透明的结果，而不是在高红移时全球恒星质量密度下降的结果。
2018-04-18 astro-ph.CO
CMB Spectral Distortions: A Multimessenger Probe of the Primordial Universe
本文回顾CMB谱畸变研究的关键科学目标，提出结合下一代实验与引力波、21厘米宇宙学等互补探针，可实现对奇异物理场景的模型区分，为原初宇宙研究提供新的多信使探测路径。
2024-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Leverage on small-scale primordial non-Gaussianity through cross-correlations between CMB $E$-mode and $μ$-distortion anisotropies
多场暴胀模型和非Bunch-Davies真空初始条件都预测了宇宙微波背景（CMB）黑体的相当大的非高斯原始扰动和各向异性$μ$型光谱畸变。虽然CMB各向异性允许我们探测波数$k\simeq 0.05\,{\rm Mpc^{-1}}$处的非高斯性，但$μ$失真各向异性与具有大得多的波数$k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}}$的原始扰动模式的非高斯性有关。通过CMB和$μ$ -失真各向异性之间的互相关，人们因此可以阐明上述通货膨胀模型。我们调查的能力，未来的CMB卫星成像仪，如LiteBIRD测量$μT$和$μE$交叉功率谱之间的各向异性$μ$ -失真和CMB温度和$E$模式的偏振各向异性的前景的存在下，并获得LiteBIRD预测${f_{\rm NL}^μ(k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}})}$。我们发现，在前景的存在下，与CMB偏振的$μE$互相关对$f_{\rm NL}^μ$提供了比$μT$互相关更多的约束力，并且$μT$和$μE$观测量的联合组合进一步增加了对小尺度原始非高斯性检测的杠杆作用。我们发现LiteBIRD在去除前景后能在$5σ$显著性上检测${f_{\rm NL}^μ}=4500$，并通过结合CMB温度和偏振在68% CL下实现最小误差${σ(f_{\rm NL}^μ=0) \simeq 800}$。由于CMB和$μ$失真各向…
2022-02-22 astro-ph.CO
Constraining CMB temperature evolution with Sunyaev-Zel'dovich galaxy clusters from the Atacama Cosmology Telescope
当宇宙微波背景（CMB）辐射被星系团中的热气体散射时，Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应引入了一种特殊的黑体光谱畸变。当CMB辐射是绝热演化时，畸变的频率依赖性仅与团簇红移无关。使用370个星系团的红移范围内的$0.07\lesssim z\lesssim1.4$从最大的SZ选择的集群样本的日期从阿塔卡马宇宙望远镜，我们提供了新的约束CMB温度演化的偏差从标准模型$α=0.017^{+0.029}_{-0.032}$，其中$T(z)=T_0(1+z)^{1-α}$。这一结果与标准绝热模型无偏差一致。结合它与以前的，独立的数据集，我们得到一个联合约束$α=-0.001\pm0.012$。由于暗能量的衰减导致绝热性的偏离，这一结果限制了它的有效状态方程$w_\mathrm{eff}=-0.998^{+0.008}_{-0.010}$。
2021-11-26 astro-ph.CO
Teasing bits of information out of the CMB energy spectrum
来自黑体的宇宙微波背景（CMB）频谱图--通常被称为频谱失真--编码了早期宇宙（红移z <几x 10 ^6）的热历史信息。虽然信号通常被表征为mu和y型失真，但在中间红移10^4 < z < 3 x 10^5处也可以产生较小的残余（非y/非mu）失真。在这里，我们构造了一组新的观测量，mu_k，它描述了这个残余失真的主要成分。主成分与温度偏移、y型和mu型失真正交，并根据其可检测性进行排名，从而压缩CMB光谱提供的所有有价值的信息。该方法提供了一种有效的方法来分析给定的实验设置的光谱失真，并可以应用到广泛的能量释放的情况。作为一个例子，我们讨论了小尺度声波和衰变/湮灭粒子的PIXIE型实验的耗散所造成的频谱失真签名的分析。我们提供预测的模型参数和检测限在每种情况下的预期测量不确定性。我们还表明，PIXIE型实验原则上可以区分耗散能量释放粒子衰变的一个几乎标度不变的原始功率谱与小运行。因此，未来的CMB光谱学提供了一个独特的探测原始宇宙中的物理过程。
2013-12-20 astro-ph.CO
CMB Spectral Distortions: Status and Prospects
从一个完美黑体得到的宇宙微波背景（CMB）的能谱图探测了宇宙的一个基本性质--它的热历史。目前的上限可以追溯到大约25年前，将这种光谱扭曲限制在百万分之50，并为早期宇宙的热大爆炸模型提供了基础。现代升级到80年代时代的技术背后的这些限制，使三个数量级或更大的改善灵敏度。标准的宇宙学模型提供了令人信服的目标，在这种敏感性，跨越宇宙的历史，从衰变的原始密度扰动重子反馈的作用，结构的形成。充分利用这种敏感性需要同时提高我们对竞争天体物理前景的理解。我们概述了一个程序，使用成熟的技术能够检测最小的预测失真，即使是最坏的情况下的前景。
2019-07-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detecting the cosmological recombination signal from space
CMB的光谱畸变最近受到越来越多的关注。我们的宇宙学一致性模型的一个不可避免的失真信号是由宇宙学复合过程产生的，就在光子最后散射到红移$z\simeq 1100$之前一点。这些宇宙复合线，由氢和氦等离子体发射的，应该仍然是可观察到的微小偏离CMB黑体光谱中的厘米-分米光谱带。在本文中，我们提出了一个预测的可检测性的重组信号与未来的卫星实验。我们认为，认真考虑未来的CMB实验在空间应给予探测光谱失真，特别是，重组线信号。宇宙学复合辐射不仅可以确定标准的宇宙学参数，而且还为我们的宇宙学模型的关键成分之一：宇宙学复合历史提供了直接的观测证实。我们表明，与目前的技术，这样的实验是未来的，但可行的。通过打开这扇通往早期宇宙的新窗口，潜在的回报可能是相当可观的。
2015-03-18 astro-ph.CO
CMB spectroscopy at third-order in cosmological perturbations
在宇宙学扰动中，早期由声波耗散向宇宙微波背景辐射（CMB）注入的能量不仅会使黑体谱产生二阶偏离，而且还会产生三阶偏离。我们计算了这种新的光谱畸变$\mathcal κ$的基础上的三阶宇宙学扰动理论，并表明，$κ$出现的光谱畸变和温度扰动之间的模式耦合的结果。$κ$的系综平均值可以直接来源于（积分的）原始非高斯性。特别地，我们粗略地估计信号为$κ=f^{\rm loc.}_{\rm NL}\times \mathcal O(10^{-18})$，用于局部类型尺度无关非高斯性。信号非常微弱然而，我们认为，它携带一个特定的频率依赖性不同于其他类型的CMB频谱失真。此外，应该注意的是，$κ$对原始双谱的极度压缩形状敏感，该原始双谱不能被CMB各向异性约束。最后，我们评论我们的结果的其他可能的应用。
2019-08-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Sommerfeld Enhancement of DM Annihilation: Resonance Structure, Freeze-Out and CMB Spectral Bound
在过去的几年里，人们对WIMP暗物质模型产生了一些兴趣，该模型具有通过索末菲增强机制的速度依赖截面，索末菲增强机制是由于暗区中的大质量玻色子引起的非相对论效应。在本文的第一部分中，我们找到了三种不同模型势，库仑势，球势和球锥势的助推因子的解析表达式，并与Yukawa势的数值解进行了比较。我们发现，所有的潜力的共振模式可以被铸造成相同的普遍形式。在文章的第二部分中，我们通过数值求解玻尔兹曼方程，对索末菲增强模型的暗物质遗迹密度进行了详细的计算。我们计算预期的扭曲的CMB黑体光谱从WIMP湮灭，并比较这些由FIRAS设置的界限。我们的结论是，只有一小部分的参数空间可以排除由FIRAS的意见。
2011-01-05 astro-ph.CO hep-ph
Distinguishing different scenarios of early energy release with spectral distortions of the cosmic microwave background
宇宙微波背景（CMB）频谱与纯黑体的偏离讲述了一个关于我们宇宙热历史的令人兴奋的故事。在本文中，我们将说明如何以及未来的CMB测量可能会破译这个故事，设想一个PIXIE样的光谱仪，这可以改善与COBE/FIRAS约20年前获得的失真约束至少三个数量级。这打开了一个巨大的发现空间，为粒子和早期宇宙物理学提供了深刻的见解，这些机会不应该再被忽视。具体来说，我们考虑的情况下，湮灭和衰变的遗迹粒子，以及原始的小尺度功率耗散的签名。PIXIE可以潜在地排除不同的早期宇宙场景，而且在许多考虑的情况下将允许明确的检测，正如我们在这里展示的那样。我们还讨论了稍微更未来的实验，提高了几倍的灵敏度，以突出这个新窗口的巨大潜力的预复合宇宙。
2013-10-01 astro-ph.CO
CMB spectral distortions from continuous large energy release
精确计算宇宙微波背景辐射（CMB）的光谱畸变是约束红移$z\gtrsim 10^3$能量释放的前提。现有的文献集中在对背景黑体光谱的小扰动的失真上。在高红移（$z\gtrsim 10^6$）下，这个假设可能会被打破，CMB光谱至少在其宇宙演化的部分过程中会被显著扭曲。在本文中，我们进行了精确的热化计算，在一般的，完全非线性的方式发展扭曲的CMB光谱，一贯占时间依赖性的注入过程中，修改哈勃膨胀率和相对论性康普顿散射。具体来说，我们研究单能量注入和衰变粒子的情况下，讨论这些情况下的约束。我们解决热化问题，使用两个独立的数值方法，现在可在{ \tt CosmoTherm}作为专用的设置计算CMB频谱失真的大失真制度。新的非线性效应在低频率进一步强调，表明这些值得更严格的研究。这项工作消除了一个长期存在的简化CMB光谱失真的计算，这也开辟了道路，以更严格的治疗引起的扭曲高能粒子级联，软光子注入和原始黑洞附近。
2021-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-th
Foreground Bias From Parametric Models of Far-IR Dust Emission
我们使用简单的玩具模型的远红外尘埃排放的准确性估计的宇宙微波背景的偏振可以恢复使用多频拟合，如果参数形式选择的拟合尘埃模型不同于实际的尘埃排放。常用的近似的远红外尘埃光谱产生CMB残差可比或大于下一代CMB任务的预期灵敏度，尽管拟合的组合CMB +前景排放的精度为0.1%或更好。对尘埃光谱的瑞利-金斯近似使拟合的尘埃光谱指数偏置Δ beta_d = 0.2，使暴胀B模振幅偏置Δ r = 0.03。如果真实的尘埃光谱包含多个温度分量，则在单个温度下将尘埃拟合到修改的黑体使最佳拟合CMB偏差Δ r > 0.003。一个13参数的模型拟合两个温度分量减少了这种偏见的数量级，如果真正的尘埃光谱实际上是一个简单的叠加在不同温度下的排放，但失败的水平Δ r = 0.006的尘埃的光谱指数随频率而变化。将观测频率限制在前景最小值附近的一个狭窄区域，可以减少某些尘埃光谱的偏差，但会增加其他光谱的偏差。在太赫兹频率周围的灰尘排放的峰值的数据可以减轻这些偏差，同时提供了一个直接确定的灰尘温度分布。
2016-07-07 astro-ph.CO
Constraining $μ$ and $y$ distortions in the Cosmic Microwave Background with COBE/FIRAS Data
本文提出新方法，利用COBE/FIRAS数据通过黑体辐射反演技术约束CMB的$\mu$和$y$畸变，得到更精确的测量结果，与先前值一致。
2024-11-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Prospects for an independent measurement of $\boldsymbol{\ell}$=1,2,3 CMB anisotropy multipoles using the anisotropic Sunyaev-Zel'dovich effect
Astro-Space Center of P.N. Lebedev Physical Institute（普尔科沃天文台列别捷夫物理研究所天体空间中心）；HSE University（高等经济大学）
本文提出利用各向异性Sunyaev-Zel'dovich效应独立测量CMB多极子，并改进分离方法以克服宇宙方差问题。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
Vacuum Polarization, Geodesic Equation and Sachs-Wolfe Effect
3 Department of Physics；Astronomy, Texas A\&M University, College Station, TX 77843, USA 10
本文研究带电标量场量子涨落引起的真空极化如何改变光子测地线，并估计其对CMB功率谱和μ畸变的频率依赖修正。
2026-10-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
CMB spectral distortions as solutions to the Boltzmann equations
在宇宙学扰动理论框架下，计算了宇宙微波背景~（CMB）黑体谱的畸变。显式求解了二阶Boltzmann方程，考虑了谱$y$畸变和与频率无关的二阶温度扰动。我们还系统地求解了高阶玻尔兹曼方程，发现了电子低能极限的新型光谱畸变。作为一个例子，我们具体地构建了一个解决方案的三阶玻尔兹曼方程，并表明，它可以由三个参数：一个三阶温度扰动和两种不同类型的三阶光谱失真。一个新的线性Sunyaev-Zel'dovich效应，其频率依赖性是不同于通常的$y$失真也讨论了次领先阶Kompaneets项的存在下，我们表明，高阶谱失真也产生的扩散过程中的一个结果，在高阶宇宙学扰动理论的框架。我们还评论说，产生的光谱$μ$失真不能解释在这个框架中，即使在二阶。
2018-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Velocity reconstruction with the cosmic microwave background and galaxy surveys
动力学Sunyaev Zel'dovich（kSZ）效应和动透镜效应是对宇宙微波背景（CMB）的次级贡献，它们依赖于大尺度的奇特速度场，因此携带着重要的宇宙学信息。以前的工作确定了一个很有前途的方法提取这个宇宙学的信息，使用一组二次估计的径向和横向分量的速度场。这些估计是基于统计各向异性的组件之间的互相关的CMB和示踪剂的大尺度结构，如星系红移调查。在这项工作中，我们评估的各种前景和系统的CMB和星系调查，以及在二次估计的偏见所带来的速度重建程序的挑战。要做到这一点，我们进一步发展的二次估计形式主义，并实现了一个数值代码计算适当的相关光谱的CMB的所有组件（主要/次要黑体组件和前景）和光度红移调查，与相关的红移误差，允许准确的预测。我们创建了一个模拟框架，用于生成正确相关的CMB地图和红移分仓星系数计数的实现，假设基础场是高斯的，并使用它来验证速度重建管道和评估基于地图的系统学，如掩蔽。我们强调速度重建，其中包括与偏见相关的最重大的挑战：建模误差，表征红移误差，以及我们过去的光锥上的宇宙学领域的粗粒化。尽管存在这些挑战，速度重建的前景是相当乐观的，我们使用我们的重建管道，以确认这些技术将是可行的，与近期的CMB实验和光度星系红移调查。
2021-11-22 astro-ph.CO gr-qc
Early-Universe Constraints on Dark Matter-Baryon Scattering and their Implications for a Global 21cm Signal
我们提出并比较了几个宇宙学约束的横截面之间的弹性散射暗物质（DM）和重子，横截面的范围内的幂律依赖于DM重子相对速度$v$，特别是专注于$σ\propto v^{-4}$的情况。我们研究了宇宙学历史上跨越广泛的时代，从预复合扭曲的黑体光谱和各向异性的宇宙微波背景（CMB），修改星系际介质温度和由此产生的21厘米信号的约束，并讨论了允许的信号在后者的渠道从前者的约束。我们改进了以前的限制DM重子散射的CMB各向异性，通过主成分分析表明，对CMB的影响可以写为一个简单的函数DM质量，并绘制出红移占主导地位的信号。我们表明，给定的高红移的限制DM重子散射，$v^{-4}$标度的截面轻DM将足以解释深21厘米的吸收槽最近声称的EDGES实验，如果100%的DM与重子散射。对于millicharged DM模型提出来解释的观察，只有一小部分的DM相互作用，我们估计，PIXIE样的未来实验测量CMB光谱失真可以测试相关的参数空间。
2018-03-26 astro-ph.CO hep-ph
Spectral Distortions of the CMB as a Probe of Inflation, Recombination, Structure Formation and Particle Physics
在20世纪90年代早期COBE的开创性观测之后，对宇宙微波背景（CMB）的研究集中在温度和偏振各向异性上。CMB光谱扭曲-CMB能谱与完美黑体的微小偏离-提供了第二个独立的基础物理探测，深入原始宇宙。近年来，光谱失真的理论基础取得了重大进展，突出了这一新兴领域的巨大潜力。光谱畸变探测宇宙的一个基本性质--它的热历史--从而提供了对宇宙学标准模型（CSM）以及新物理学之外的过程的额外见解。光谱扭曲是理解暴胀和暗物质本质的重要工具。他们揭示了新的光的物理学的重组和再电离，在我们的宇宙演化的两个突出阶段，并提供了重要的信息重子反馈过程，除了探测原始关联函数在其他示踪剂无法达到的尺度。原则上，信号的范围是巨大的：通过对CMB能谱的详细观测，可以探索许多数量级的发现空间。几个CSM信号的预测，并提供明确的实验目标，其中一些已经观察到与当今的技术。这些信号的确认将在宇宙从初始阶段演化到目前形式的过程中，在物理尺度上以数量级的方式扩展CSM的范围。这些信号的缺失将构成一个巨大的理论挑战，立即指向新的物理学。
2019-04-25 astro-ph.CO
CMB spectral distortions revisited: a new take on $μ$ distortions and primordial non-Gaussianities from FIRAS data
宇宙微波背景辐射的黑体光谱能量分布的偏差是对早期宇宙（如与粒子衰变和膨胀有关的过程）和后期宇宙（如再电离和天体物理发射）中活跃的物理过程的精确探测。1990年代初，COBE卫星上的FIRAS仪器进行了开创性的测量，主要是测量其在天空中的平均幅度，此后，在确定这些光谱畸变的特征方面取得了有限的进展。由于目前没有后续任务计划更新的FIRAS测量，在这项工作中，我们重新分析的FIRAS数据，并产生一个地图的$μ$型光谱失真的天空。我们提供了一个更新的约束$μ$失真的$|\langleμ\rangle|<47\times 10^{-6}$ $|\langleμ\rangle|<47\times 10^{-6}$在95\%的置信水平，锐化了以前的FIRAS估计的一个因子$\sim 2$。我们还约束原始的非高斯曲率扰动尺度$10\lesssim k\lesssim 5\times 10^4$通过交叉相关的$μ$失真各向异性与CMB温度，并首次从普朗克卫星的全套偏振各向异性。我们得到上限的$f_{\rm NL}\lesssim 3.6 \times 10^6$和它的运行$n_{\rm NL}\lesssim 1.4$是有限的FIRAS的灵敏度，但对银河系和河外前景污染鲁棒。我们回顾了以前类似的分析的基础上的数据的普朗克卫星，并表明，尽管他们显着较低的噪音，他们产生类似或更糟的结果，我们一旦所有的…
2022-06-06 astro-ph.CO hep-ph
Peering Beyond the Veil of Last Scattering: A View of the Universe with CMB Spectral Distortions
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Université Paris-Saclay, CNRS, Institut d’Astrophysique Spatiale（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，天体物理研究所）；Boston University（波士顿大学）；Sapienza Universitá di Roma（罗马第一大学）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所，罗马分部）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；Instituto de Física de Cantabria (IFCA), CSIC-Univ. de Cantabria（坎塔布里亚物理研究所，西班牙高等科学研究委员会-坎塔布里亚大学）；Jodrell Bank Centre for Astrophysics（乔德雷尔银行天体物理学中心）；University of Oxford（牛津大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Max Planck Institute for G（马克斯·普朗克G研究所）
本文综述CMB谱畸变物理，指出其可探测标准ΛCDM中的热历史，并预测TMS、COSMO、BISOU将发现y型畸变，FOSSIL将大幅提升灵敏度。
2026-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Dark matter with excitable levels
本文探讨了暗物质粒子是具有一组可激发能级的物体的可能性，就像弦或鼓一样。激发的变化与光子的吸收或发射相关联，并且这种变化的概率取决于环境光子的能量密度。粒子的质量完全来自于激发。这种具有可激发能级的暗物质（DMWEL）粒子的质量分布在早期宇宙中冻结成现在的形式。在考虑的特定模型中，与普朗克CMB各向异性观测的一致性意味着一组参考参数的第一可激发能级的能量为2至200 eV的谨慎下限。虽然实验室探测看起来需要相当大的增加功率的受控光源，它可能在不久的将来检测或限制DMWEL进一步通过改进各向异性观测，更密切地确定CMB的最大偏差的黑体形状，或从引力探测器的暗物质功率谱。对于某些参数的边界附近的区域允许的CMB各向异性，DMWEL暗物质是冷的，但与截止晕质量许多数量级大于典型的WIMP冷暗物质。
2020-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Did the Universe Reheat After Recombination?
本文研究了复合后重新加热（PRR）宇宙学模型，通过暗物质衰变注入能量增加CMB温度，发现该模型虽能缓解哈勃常数张力，但受重子声学振荡等数据严格限制，仅少量能量注入可能有助于恢复宇宙学一致性。
2023-04-07 astro-ph.CO hep-ph
Using CMB spectral distortions to distinguish between dark matter solutions to the small-scale crisis
早期宇宙中小尺度扰动的耗散使宇宙微波背景光子的黑体光谱发生畸变。在这项工作中，我们建议使用这些扭曲作为探测尺度$1\,\textrm{Mpc}^{-1}\lesssim k \lesssim 10^{4}\,\textrm{Mpc}^{-1}$上的暗物质的微观物理。我们认为，在特定的模型中，暗物质是动力学耦合到中微子或光子，直到不久前重组，并计算光子加热率和由此产生的$μ$ -失真在这两种情况下。我们发现，$μ$参数一般增强相对于$Λ$ CDM与中微子的相互作用，并可能是增强或抑制的情况下，与光子的相互作用。如果$σ_{\textrm{DM}-γ} \gtrsim 1.1\times10^{-30} \left(m_{\textrm{DM}}/\textrm{GeV}\right) \textrm{cm}^{2}$和$σ_{\textrm{DM}-ν} \gtrsim 4.8\times 10^{-32} \left(m_{\textrm{DM}}/\textrm{GeV}\right) \textrm{cm}^{2}$的时间无关的横截面，和$σ^{0}_{\textrm{DM}-γ} \gtrsim 1.8 \times 10^{-40} \left(m_{\textrm{DM}}/\textrm{GeV}\right) \textrm{cm}^{2}$和$σ^{0}_{\tex…
2017-09-12 astro-ph.CO hep-ph
Improved upper limit on degree-scale CMB B-mode polarization power from the 670 square-degree POLARBEAR survey
我们报告了一个改进的测量度尺度宇宙微波背景$B$模式角功率谱超过670平方度的天空面积在150 GHz的POLARBEAR。在原始数据分析中，连续旋转半波片（偏振调制器）的角度测量误差导致了大量数据丢失。通过引入角度校正算法，数据量增加了1.8倍。我们使用更大的数据集报告了一项新的分析。我们发现观测到的$B$模谱与带有银河系尘埃前景的$Λ$ CDM模型一致。我们估计污染的前景互相关我们的数据和普朗克143，217，和353 GHz的测量，其频谱建模为幂律角尺度和修改黑体的频率。在对前景参数进行边缘化之后，我们在95%置信水平下对张量与标量比$r$ < 0.33设置上限。
2022-06-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Taking the Universe's Temperature with Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
宇宙微波背景（CMB）能谱是一个接近完美的黑体。宇宙学的标准模型预测这种形式的光谱会有微小的扭曲，但天空平均CMB光谱的这种扭曲还没有被测量到。我们计算了最大的预期失真，这是由热的，自由电子，称为热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应的CMB光子的逆康普顿散射引起的。我们表明，预测的信号是大约一个数量级低于目前的约束从COBE-FIRAS实验，但可以检测到在巨大的意义（$\gtrsim 1000σ$）的建议原始通货膨胀探测器（PIXIE）。虽然宇宙方差将有效信噪比降低到$230σ$，但这种测量仍然会对可观测宇宙中电子的总热能产生低于百分比的约束。此外，我们表明，PIXIE可以检测到微妙的相对论效应的天空平均tSZ信号在$30σ$，直接探测的光学深度加权的集群内介质电子温度分布的时刻。这些效应打破了平均tSZ信号中电子密度和温度之间的简并性，允许直接推断低红移下的平均重子密度。因此，未来的光谱畸变探测器将以前所未有的精度确定宇宙中电离气体的全球热力学性质。这些测量将对星系形成和宇宙时间内反馈能量注入的模型施加基本的“积分约束”。
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
SPECTER: An Instrument Concept for CMB Spectral Distortion Measurements with Enhanced Sensitivity
本文提出名为SPECTER的新型仪器概念，通过独立设置频段与绝对温度校准，在边缘化前景后以约5σ显著性探测CMB μ-畸变，并高精度测量y-畸变及其相对论修正。
2025-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Spectral distortion constraints on photon injection from low-mass decaying particles
宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变（SD）是研究粒子物理的有力工具。在这里，我们计算的失真信号从衰变粒子直接转换成光子在宇宙历史的不同时期，专注于注入能量$E_\mathrm{inj}\lesssim 20\,\mathrm{keV}$。我们提供全面的SD解决方案库，可用于研究各种粒子物理场景。我们使用{ \tt CosmoTherm}来计算SD信号，包括对宇宙电离历史和不透明度的影响。我们还考虑了黑体引起的受激衰减的影响，这可以修改注入历史显着。然后，我们使用COBE/FIRAS和EDGES的数据来约束衰变粒子的性质。我们探讨的情况下，这些提供了一个暗物质（DM）的候选人或仅构成DM的一小部分。我们补充SD约束与CMB各向异性约束，突出新的影响，在非常低的光子能量（$hν\lesssim 10^{-4}\,\mathrm{eV}$）注入。我们的模型无关的约束表现出丰富的结构，在寿命-能量域，包括注入能量$E_\mathrm{inj}\simeq 10^{-10}\mathrm{eV}-10\mathrm{keV}$和寿命$τ_X\simeq 10^5\,\mathrm{s}-10^{33}\mathrm{s}$。我们讨论了直接转换成两个光子的轴子和类轴子粒子的约束条件，修改了文献中现有的SD约束。我们的限制与其他限制的轴子质量$m_a c^2\gtrsim 27\,\mathrm{…
2022-08-16 astro-ph.CO hep-ph
Impact of Dust on Spectral Distortion Measurements of the Cosmic Microwave Background
宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变对早期宇宙中奇异物理的能量注入非常敏感。提议的原始膨胀探测器（PIXIE）任务具有原始的灵敏度，可以为新物理学提供有意义的限制，但前提是前景发射可以充分建模。我们通过考虑受理论和观测先验约束的一系列粒度分布和成分，量化了星际尘埃对康普顿$y$和$μ$测量的影响（Zelko & Finkbeiner 2020）。我们发现，PIXIE可以边缘化在一个适度的灰尘参数，仍然恢复$y$和$μ$的估计，但增加了不确定性。随着包括更多的前景分量（同步加速器，自由-自由），$y$的估计降低，并且在没有辅助低频前景信息的情况下，有时考虑用于$2\times10^{-8}$的标准$Λ$ CDM的范围内的$μ$的测量变得不可行。另一个问题是CMB防尘罩的灰尘吸收，这是一个必须考虑的微妙影响。我们量化的一种形式的模型差异误差，发现我们的星际介质尘埃模型与修改后的黑体拟合引入的错误是太大的CMB光谱失真是检测。最大的挑战可能是宇宙红外背景（CIB）。我们发现$μ$和$y$对CIB的建模选择非常敏感，并量化了一系列假设的预期偏差。
2021-09-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measuring the CMB spectral distortions with COSMO: the multi-mode antenna system
本文介绍了COSMO实验中用于测量宇宙微波背景y型频谱畸变的两个多模天线阵列的设计制造与基模波束测量，验证了多模馈源喇叭在提升灵敏度方面的可行性。
2024-06-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
