Dark Matter: The evidence from astronomy, astrophysics and cosmology
暗物质已经被引入来解释许多独立的引力效应在不同的天文尺度上，在星系，星系群，星系团，超星系团，甚至整个视界。这篇综述描述了暗物质积累的天文学、天体物理学和宇宙学证据。它是写在一个非专业水平，并打算为观众很少或只有部分知识的天体物理学或宇宙学。
2010-10-18 astro-ph.CO
Neutrinos in Cosmology and Astrophysics
本文简要介绍了中微子物理和天体物理的最新进展，这些进展对核物理前沿研究具有重要意义。我们认为，这些发展以新的方式将核物理与观测宇宙学和天体物理学的令人兴奋的发展联系起来。此外，中微子在稠密物质中的行为本身就是多体量子力学的一个基本问题，在某些方面类似于核物质和原子核中的众所周知的问题，在某些方面则完全不同，特别是因为非线性和量子去相干。自相互作用中微子气体是唯一由弱相互作用驱动的多体系统。
2013-03-15 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Cosmology and Fundamental Physics and their Laboratory Astrophysics Connections
天文学和天体物理学十年调查创建了五个小组，以确定未来十年将定义该领域研究前沿的科学主题。我将描述其中之一，宇宙学和基础物理学小组的结论，并评论它们与NASA实验室天体物理学界本次会议讨论的相关性。
2011-01-14 astro-ph.CO nucl-th
Cosmology and Astrophysics of CP-Violating Axions
本文研究具有CP破坏核子Yukawa耦合的ALP，揭示临界核子密度导致的势结构转变，并提出中子星探测与早期宇宙模型构建应用。
2024-08-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Physics, Astrophysics and Cosmology with Gravitational Waves
引力波探测器已经在令人感兴趣的灵敏度水平上运行，它们有一个升级的路径，到2014年应该会导致安全的探测。我们回顾了引力波的物理学，它们如何与探测器（棒和干涉仪）相互作用，以及这些探测器如何工作。我们研究了最可能的引力波源，并回顾了用于从探测器噪声中提取其信号的数据分析方法。然后我们考虑物理学、天体物理学和宇宙学的引力波探测和观测的结果。
2009-03-02 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Neutrinos in Astrophysics and Cosmology: Theoretical Advanced Study Institute (TASI) 2020 Lectures
我介绍了中微子质量和混合的早期宇宙的稠密环境和天体物理环境中的后果。热效应和物质效应的两个中微子形式主义的背景下进行审查，与方法的扩展到多个中微子。观测到的大中微子混合角对宇宙学轻子（或中微子）不对称性有最强的约束，而新的无菌中微子提供了丰富的可能的新物理，包括轻子不对称性的产生以及暗物质的候选者。本文还综述了宇宙微波背景和大尺度结构对中微子质量和能量密度的限制。最后，我回顾了X射线天文学如何成为中微子物理学的一个分支，在寻找千电子伏级的无菌中微子暗物质辐射衰变。
2021-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Tests of Kinematical Conformal Cosmology in Fourth-Order Conformal Weyl Gravity
在这项工作中，我们分析了运动学共形宇宙学（KCC），一个替代的宇宙学模型的基础上共形外尔引力（CG），并测试它对当前Ia型超新星（SNIa）光度数据和其他天体物理观测。在此基础上，我们修改了SNIa数据的分析，证实KCC可以解释宇宙加速膨胀的证据，而无需使用暗能量或其他外来成分。我们得到一个独立的评价哈勃常数，H_{0} = 67.53公里/秒Mpc，非常接近目前的最佳估计。主要的KCC和CG参数重新评估，其修订值被发现是接近以前的估计。我们还表明，可用的数据作为红移的函数的哈勃参数可以使用KCC拟合，这个模型不受任何明显的年龄问题。总的来说，KCC仍然是一个可行的替代宇宙学模型，值得进一步研究。
2014-12-31 astro-ph.CO gr-qc
The role of sterile neutrinos in cosmology and astrophysics
我们提出了一个全面的概述扩展的标准模型，其中包含三个右手（无菌）中微子的质量低于电弱标度[中微子最小标准模型，（nuMSM）]。我们考虑宇宙的历史，从暴胀时代到今天，并证明，大多数观察到的现象超出了标准模型可以在这个模型的框架内解释。我们回顾了宇宙的重子不对称性的机制在nuMSM和讨论的暗物质候选人，可以是温暖的或寒冷的，并满足所有现有的限制。从粒子物理学的观点，该模型提供了一个解释中微子味振荡。利用现有的实验技术可以验证nuMSM。
2009-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Modified Einstein-Cartan Gravity and its Implications for Cosmology
我们提出了一个修正的Einstein-Cartan引力方程。修正后的宇宙学偏离了小哈勃参数宇宙学的标准模型。一个特征性的哈勃尺度h 0，它与宇宙学常数有着内在的联系，它标志着宇宙学的标准模型和修正宇宙学的有效域之间的边界。对于大的哈勃参数，恢复了宇宙学的标准模型。在小哈勃参数的相反限制下，这是目前的情况，洛伦兹破坏效应将表现出来。其中一个含义是，可能没有必要援引暗物质来解释宇宙质量的差异。
2014-07-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
More is Different: Non-Minimal Dark Sectors and their Implications for Particle Physics, Astrophysics, and Cosmology -- 13 Take-Away Lessons for Snowmass 2021
短语“更多就是不同”经常被用来指新的，意想不到的集体现象，当一个给定系统中的状态数量很大时，可能会出现这种现象。在对Snowmass 2021研究的贡献中，我们描述了13种意想不到的集体现象，这些现象可能在暗区包含大量状态时出现，与通常的假设相反。这13个外卖课程涵盖了暗物质物理学的所有相关领域，包括对撞机签名，直接检测签名，间接检测签名，暗物质互补性的新观点，甚至是意想不到的天体物理和宇宙学现象，超越了那些通常与单组分暗物质场景相关的现象。因此，这些经验教训-以及它们所依据的现象-表明，在考虑与非最小暗区有关的可能特征和理论可能性时，需要保持一种广泛的视角。
2022-03-31 astro-ph.CO hep-ph
Snowmass Computing Frontier: Computing for the Cosmic Frontier, Astrophysics, and Cosmology
本文介绍了宇宙前沿科学的（离线）计算要求和挑战，涵盖了数据管理，分析和模拟等领域。我们邀请贡献，以扩大所涵盖的主题范围，并加强目前的描述。
2013-11-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
SuperNest: accelerated nested sampling applied to astrophysics and cosmology
我们提出了一种方法，以提高嵌套抽样的性能以及其精度。在Chen等人先前工作的基础上，我们表明，后重新分区可用于减少时间量嵌套采样花费在压缩从前到后，如果一个合适的“建议”的分布提供。我们在一个具有高斯后验的宇宙学示例中展示了这一点，并将代码作为LGPL许可的可扩展Python包https://gitlab.com/a-p-petrosyan/sspr发布。
2022-12-04 astro-ph.CO physics.comp-ph
Mitigating Astrophysical Uncertainties in 21-cm Cosmology
本文提出结合多类高红移观测量并采用最小化建模来约束宇宙黎明21厘米信号中的天体物理不确定性，从而提升探测新物理（如毫带电暗物质）的灵敏度。
2024-08-04 astro-ph.CO
News from the Swampland -- Constraining string theory with astrophysics and cosmology
本文综述了弦理论沼泽地判据与宇宙学观测的张力现状，利用最新宇宙学数据集检验暗能量精质模型，发现新数据略微放宽了对沼泽地判据的约束，并揭示了模场与电磁扇区相互作用可能导致的微调问题。
2023-08-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology and Astrophysics Using the Post-reionization HI
讨论了利用中性氢再电离后红移21厘米辐射研究宇宙的前景。本文的主要目的是突出印度科学家在这一领域的努力与SKA铭记。事实证明，SKA的强度映射调查可以帮助获得对暗能量模型的更严格约束。HI强度图与Ly $α$森林数据的互相关也可用于测量BAO尺度。
2016-10-26 astro-ph.CO
Snowmass Theory Frontier: Astrophysics and Cosmology
我们总结了过去十年在理论天体物理学和宇宙学方面取得的进展，以及未来十年的兴趣领域。本报告是作为TF09“天体物理学和宇宙学”专题组摘要为理论前沿编写的，作为Snowmass 2021进程的一部分。
2022-09-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Simulation-Based Inference
Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（Kavli宇宙物理与数学统一研究所（WPI），多伦多大学天体物理与空间研究所，东京大学）
本文探讨了基于模拟的推断（SBI）在天文学和宇宙学中的应用，介绍了后验、似然和比值估计等基本技术，讨论了其诊断方法及在实际场景中的选择指南，并指出了训练预算有限是当前的主要挑战。
2026-05-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Astrophysics and cosmology with a decihertz gravitational-wave detector: TianGO
我们提出的天体物理学的情况下，基于空间的，分赫兹引力波（GW）探测器。我们特别强调的能力，推断源的天空位置，无论是当与地面探测器网络相结合，形成一个长的三角测量基线，并通过自己的合并事件的早期预警。这种精确的位置测量是将GW信号用作限制哈勃常数的标准警报的关键。这类探测器也开辟了可能性，以测试Ia型超新星的祖先假说，通过限制合并率的白矮星双星与超级和亚克拉塞卡质量分别。我们还将讨论其他可以实现的科学成果，包括早期宇宙结构形成的约束，中等质量黑洞的寻找，黑洞自旋的精确测定，双星系统轨道偏心率演化的探测，以及合并双星周围第三质量的探测。
2020-06-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Finite-temperature renormalization of Standard Model coupled with gravity, and its implications for cosmology
本文利用改进背景场法和弯曲背景传播子，将耦合动力学度规的标准模型有限温度单圈重整化归结为恒定有限温度平直时空问题，并探讨其对宇宙学常数与 Hubble 张力的意义。
2025-07-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Solar System, Astrophysics, and Cosmology from the Derivative Expansion
在本文中，我们将展示如何太阳系，银河系和宇宙学的尺度，容纳在一个单一的框架，即在衍生的扩展框架。基于爱因斯坦方程和导数展开方法，我们构造了一个描述沉浸在暗物质和暗能量中的Schwarzschild黑洞的局部惯性静态度规.在膨胀中的首阶度规对应于太阳系，一阶度规对应于星系，二阶度规对应于宇宙学。它显示了这个度规如何捕捉在每个尺度上的主要观测结果：在太阳系中，它平凡地给出了开普勒物理，在星系中，它给出了旋转曲线的平坦部分和重子Tully-Fisher关系，在宇宙学尺度上，它给出了宇宙学红移，加速膨胀，并且在适当的极限和近似下与罗伯逊-沃克时空相吻合。
2021-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
GALLUMI: A Galaxy Luminosity Function Pipeline for Cosmology and Astrophysics
对高红移星系的观测为我们提供了一个丰富的工具来研究再电离时代的物理学。这些天体的光度函数（LF）是控制星系形成的复杂过程的间接示踪剂，包括第一个暗物质结构。在这项工作中，我们提出了一个广泛的分析紫外星系LF在高红移提取宇宙学和天体物理参数。我们提供了一些唯象的方法在模拟的紫外线LF，并考虑到各种来源的不确定性和系统学在我们的分析，包括宇宙方差，尘埃消光，散射的晕星系连接，和Alcock Paczyrobski效应。使用紫外LF测量从哈勃太空望远镜连同外部数据的物质密度，我们推导出的大规模的物质集群振幅为$σ_8=0.76^{+0.12}_{-0.14}$，边缘化后的未知天体物理参数。我们发现，与目前的数据，这一结果是我们选择的天体物理建模，以及校准的基础晕质量函数只有弱敏感。作为交叉检查，我们使用来自IllustrisTNG流体动力学模拟的模拟数据运行我们的分析管道，并找到与其输入宇宙学一致的结果。此外，我们对未来的太空望远镜进行了简单的预测，预计比我们目前的结果提高约30%。最后，我们得到的天体物理参数和这里考虑的模型的晕星系连接的约束。在这项工作中讨论的所有方法都是以通用的似然码GALLUMI的形式实现的，我们将其公开。
2022-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Doppler boosted dust emission and CIB-galaxy cross-correlations: a new probe of cosmology and astrophysics
我们发现了一种新的宇宙学信号，多普勒增强的宇宙红外背景（DB-CIB），产生于星系的特殊运动，其热尘埃发射源的宇宙红外背景（CIB）。这个新的观测是宇宙速度场的独立探测，与著名的运动学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应非常相似。有趣的是，DB-CIB不受“kSZ光学深度简并”的影响，使其免受星系形成的复杂天体物理学的影响。我们预测DB-CIB效应在CCAT-Prime和类CIB-like实验的互相关中是可检测的。我们表明，如果没有适当考虑，它还可以作为新的CMB前景，可能会导致未来kSZ交叉相关性的偏差。
2022-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Bose-Einstein Condensates in Astrophysics and Cosmology: From Quantum Statistics to Cosmic Structures
本文从弯曲时空量子统计出发，研究玻色-爱因斯坦凝聚在致密天体与早期宇宙中的形成条件，揭示临界温度受时空曲率修正，并指出轴子暗物质可形成宇宙尺度BEC，为解释星系暗物质核心-尖点问题提供新视角。
2025-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Origin of bulk viscosity in cosmology and its thermodynamic implications
本文提出宇宙共动膨胀速度梯度导致体黏滞性的新机制，并证明含体黏滞性的宇宙演化自然满足表观视界热力学第一和第二定律，从而确立了黏性宇宙学的热力学对应关系。
2025-04-01 astro-ph.CO gr-qc
Distance measures in gravitational-wave astrophysics and cosmology
我们提出了表征引力波观测站在宇宙学距离上对源的灵敏度的量。特别是，我们介绍和推广的地平线，范围，响应和到达距离。这些量包含了许多重要的效应，包括宇宙学定义的距离和体积、宇宙学红移、宇宙学时间膨胀和速率密度演化。此外，这些量还包含了引力波探测器的独特方面，例如探测器的可变天空灵敏度以及灵敏度与距离的反比。可以使用在线计算器（https：//users.rcc.uchicago.edu/pytholz/gwc/）和python notebook（https：//github.com/hsinyuc/distancetool）来确定GW距离。我们提供了这个问题的答案：“引力波探测器能听到多远？"
2021-01-13 astro-ph.CO
Implications of the Higgs discovery for gravity and cosmology
希格斯玻色子的发现是本世纪最伟大的发现之一。标准模型终于完成了。除了在粒子物理学中的重要意义外，这一发现对引力和宇宙学也有深远的影响。许多涉及标量的微扰量子引力相互作用并不被普朗克质量的幂所抑制。既然引力将任何有质量的物体与任何有质量的物体耦合，那么希格斯粒子必然与自然界中任何其他基本标量强耦合，即使在原始拉格朗日量中没有规范耦合。由于大型强子对撞机的数据表明，希格斯粒子非常类似于标准模型，因此，非标准模型过程（例如，不可见的衰变）的空间非常小。这严重地使任何涉及到希格斯粒子运动学衰变到的足够轻的标量的模型复杂化。最值得注意的是，这些是精粹模型，模型包括轻轴子，轻标量暗物质模型。
2013-09-11 astro-ph.CO gr-qc
Astrophysics, cosmology, and fundamental physics with compact binary coalescence and the Einstein Telescope
目前正在建造的第二代干涉引力波探测器预计将在本十年内进行首次探测。这将坚定地确立引力波物理学作为一门经验科学的地位，并将开辟天体物理学、宇宙学和基础物理学的新纪元。通过第一次探测，我们将能够确定短硬伽马射线暴的性质，明确证实黑洞的存在，以完全独立的方式测量哈勃常数，并首次获得真正的引力强场动力学。因此，现在是时候考虑这个新领域的长期未来了。爱因斯坦望远镜（ET）是第三代引力波天文台的具体概念性提议，它在应变方面的灵敏度将是第二代探测器的10倍。这将使人们能够接触到宇宙学距离上的辐射源，并相应地提高探测率。我给出了ET的科学案例的概述，重点是从合并紧凑二进制文件发出的信号中可以学到什么。第三代天文台将使我们能够将合并率映射到红移z ~ 3，确定中子星和黑洞的质量函数，并对中子星状态方程进行精确测量。ET将使我们能够研究宇宙的大尺度结构和演化，而无需借助宇宙距离阶梯。最后，我将讨论它如何实现强场动态重力的高精度测量。
2013-03-29 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology & Astrophysics of the Dark Dimension with Bulk Majorana Neutrinos
Lehman College, City University of New York（纽约市立大学莱曼学院）；Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院）；American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆）；Harvard University（哈佛大学）
该研究针对含整体马约拉纳中微子的暗维度，提出其马约拉纳质量需≥100 GeV以解决宇宙学中微子灾难，且质量下限的整体中微子或可解释费米伽马射线过量。
2026-10-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Massive and supermassive black holes in the contemporary and early universe and the new problems of cosmology and astrophysics
这是一篇关于大质量原始黑洞的综述的引言、结论和参考文献列表的英文译文，该综述以俄语提交给Uspekhi Fizicheskikh Nauk（物理学-Uspekhi）。如果接受，这篇评论将由《日刊》翻译成英文，并以俄文和稍后的英文发表。本文综述了近年来的天文学资料，这些资料表明大质量原始黑洞在宇宙中所起的作用比人们以前所认为的要重要得多。这对于当代和早期宇宙在红移约为10的情况下都是正确的。本文讨论了1993年提出的在极早期宇宙中产生重和超重黑洞的机制。这种机制预测了原始黑洞的对数正态质量谱，这在过去几年中变得非常流行。提出的机制提出了一个自然的解释，大量的最近的观测数据，这不符合标准的宇宙学和天体物理学。
2017-05-19 astro-ph.CO hep-th
Probing Cosmology and Cluster Astrophysics with Multi-Wavelength Surveys I. Correlation Statistics
即将进行的多波长天文观测将很快发现所有大质量星系团，并对宇宙学和星系团天体物理学提供前所未有的限制。本文通过对与星系团有关的三个观测量的联合分析，包括宇宙微波背景（CMB）中的热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应、电离气体的X射线辐射以及星系团引力势对背景星系的引力弱透镜效应，研究了多波段星系团巡天的约束能力。我们开发了一个理论框架来预测和解释两点相关统计之间的三个观测使用半解析模型的集群内介质（ICM）和晕为基础的方法。在这项工作中，我们表明，tSZ中的自动和交叉角功率谱，来自即将到来的任务（eROSITA，CMB-S4和LSST）的X射线和透镜统计可以帮助打破宇宙学和ICM物理之间的简并。这些相关性统计对选择偏差不太敏感，并且能够在遥远，微弱和小的集群中探测ICM物理，否则很难单独检测到。我们表明，相关统计能够提供宇宙学的约束，相当于传统的集群丰度测量，同时约束集群天体物理学。我们的研究结果表明，相关统计可以显着提高即将到来的多波长集群调查的科学回报。
2019-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galaxy Cluster Astrophysics and Cosmology: Questions and Opportunities for the Coming Decade
我们正在学习很多关于结构如何形成的知识，特别是作为宇宙网络节点的星系团如何进化和增加物质，以及这些物体内部的物理过程。在接下来的十年里，对星系团的研究将使我们能够解决有关暗物质和暗能量的性质的重要问题，星系团如何与中心的超大质量黑洞共同进化，并推进我们对基本等离子体天体物理学的认识。本科学白皮书概述了未来十年及以后出现的星团天体物理学的关键问题和研究机会，并作为其他星团相关白皮书的概述。
2009-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational waves $\times$ HI intensity mapping: cosmological and astrophysical applications
在宇宙学和天体物理学中增长最快的两个观测量是引力波（GW）和中性氢（HI）分布。在这项工作中，我们研究了解决引力波探测和HI信号的强度映射（IM）实验之间的互相关。通过使用角功率谱的层析成像方法，包括所有的投影效应，我们探索了爱因斯坦望远镜和SKAO强度映射调查相结合的可能应用。我们专注于三个主要议题：观测到的红移分布的GWs的\textit{(i)}统计推断; \textit{(ii)}约束动力学暗能量模型作为宇宙学研究的一个例子; \textit{(iii)}确定合并的二元黑洞的祖先的性质，区分原始和天体物理起源。我们的研究结果表明：\textit{(i)}--GW红移分布可以在低红移下以良好的精度进行校准，而不需要对宇宙学或天体物理学进行任何假设，潜在地提供了一种探测天体物理学和宇宙学模型的方法; \textit{(ii)}--对动力学暗能量参数的约束与仅使用IM的实验具有竞争力，以互补的方式并且潜在地具有较少的系统性; \textit{(iii)}，将有可能在已解决的合并产生的引力波中探测到相对少量的原始黑洞。我们的研究结果扩展到$\mathrm{GW \times IM}$的多跟踪宇宙学和天体物理学，它的主要优点是允许科学调查的方式，将不可能通过单独查看单个观测。
2022-01-10 astro-ph.CO gr-qc
Flavor versus mass eigenstates in neutrino asymmetries: implications for cosmology
我们表明，如果它们存在，轻子数不对称性（$L_α$）的中微子味应该区别于质量本征态的（$L_i$），因为大爆炸核合成（BBN）的味本征态的边界不能直接应用于质量本征态。同样，质量本征态的宇宙微波背景（CMB）约束并不直接约束味不对称性。由于质量和味本征态的不同，中微子味的不对称性的宇宙学约束可以比传统的预期强得多，但不是唯一确定的，除非至少最重的中微子的不对称性得到很好的约束。作为一个例子，给出了$L_i$的宇宙学约束.
2017-09-19 astro-ph.CO hep-ph
Cross-correlating 21 cm and galaxy surveys: implications for cosmology and astrophysics
我们预测天体物理学和宇宙学参数之间的协同作用21厘米强度映射和宽视场光学星系调查（光谱和光度）超过$z \sim 0-3$。在这项工作中，我们专注于以下调查组合：（i）在北半球的CHIME和CHIME调查，（ii）LSST和SKA I MID调查，以及（ii）在南半球的MeerKAT和DES调查。我们的$Λ$ CDM宇宙学模型具有参数$\{h, Ω_m, n_s, Ω_b, σ_8\}$，参数$v_{c,0}$和$β$代表的截止和斜率的HI晕质量关系在以前开发的HI晕模型框架，和一个参数$Q$，代表的光学星系偏置的尺度依赖性。使用Fisher预测框架，我们探索（i）HI和星系天体物理不确定性对宇宙学参数约束的影响，假设先验从目前的天体物理知识，（ii）在考虑的三种配置中，天体物理约束的改进，（ii）收紧相对于相应的HI自相关调查的参数约束。
2020-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Influence from cosmological uncertainties on galaxy number count at faint limit
利用大范围巡天观测计算星系数密度，已被广泛应用于揭示不同类型星系演化规律的研究中。正如直观地理解的那样，天体物理学环境物理学被暗示受宇宙学先验的影响，具有理论估计，反之亦然，或者简单地说，天体物理学效应耦合相应的宇宙学观测或向后的方式。本文试图量化宇宙学中的不确定性对微弱光度极限下星系数密度预测的影响，以及这些不确定性对星系演化探测的模糊程度，希望这一尝试能为未来精确的物理宇宙学研究提供帮助，反之亦然
2015-03-13 astro-ph.CO gr-qc
HIFlow: Generating Diverse HI Maps and Inferring Cosmology while Marginalizing over Astrophysics using Normalizing Flows
许多正在进行和即将进行的大规模调查预计会提供丰富的宇宙学和天体物理学信息。至关重要的是，现在就为这些调查做好准备，并开发能够有效提取大多数信息的工具。我们介绍HIFlow：中性氢（HI）图的快速生成模型，仅以宇宙学（$Ω_{m}$和$σ_{8}$）为条件，并使用一类归一化流模型（掩蔽自回归流（MAF））设计。HIFlow接受了来自宇宙学和天体物理学与机器学习模拟（CAMELS）项目的最先进模拟的培训。HIFlow能够生成逼真的多样化地图，而无需将预期的2D地图结构作为归纳偏差明确纳入流中。我们发现，HIFlow能够再现CAMELS平均值和标准差HI功率谱（Pk）的$\lesssim$ 2的一个因素内，得分非常高的$R^{2} > 90\%$。通过反转流，HIFlow为有效的参数推断提供了易于处理的高维可能性。我们表明，条件HIFlow宇宙学是成功地能够边缘化天体物理学领域的水平，无论恒星和活动星系核的反馈强度。这个新工具代表了迈向更强大的参数推断的第一步，最大限度地提高未来HI调查的科学回报，并开辟了一条新的途径，以尽量减少由于数据压缩到汇总统计而导致的复杂信息的损失。
2022-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Cosmology and astrophysics from relaxed galaxy clusters - IV: Robustly calibrating hydrostatic masses with weak lensing
这是研究大质量、动态松弛的星系团的天体物理学和宇宙学的系列论文中的第四篇。在这里，我们使用测量弱引力透镜从称重巨人项目校准钱德拉X射线测量的总质量依赖于假设的流体静力平衡。这种X射线和透镜质量的比较提供了一个测量的组合偏差的X射线流体静力学质量由于天体物理和仪器的来源。假设宇宙学是固定的，并且在从X射线数据确定的特征半径（r_2500）内，我们测量到透镜与X射线的质量比为0.96 +/- 9%（stat）+/- 9%（sys）。我们没有发现这个比例与质量，红移或用于选择样品的形态指标的显着趋势。根据最大规模的，轻松的集群从水力模拟的预测，我们的研究结果不赞成强，百分之十的偏离流体静力学平衡在这些半径。此外，我们发现从c_200 = $3.0_{-1.8}^{+4.4}$的透镜数据测量的样品的平均浓度。在透镜系统学方面预期的短期改进，以及松弛透镜样品的适度扩大，可以很容易地将测量精度提高30- 50%，从而导致在宇宙学约束中采用X射线流体静力学质量估计的类似改进，例如来自星系团气体质量分数的Omega_m。
2015-09-07 astro-ph.CO
Interplay between curvature and Planck-scale effects in astrophysics and cosmology
最近的一些研究已经考虑了普朗克尺度下时空的一些可能的非经典性质对天体物理学和宇宙学的影响。新的效应，例如普朗克尺度修正的能量-动量（色散）关系，通常是从闵可夫斯基时空的某些量子版本的分析中推断出来的，因此相关的估计在很大程度上依赖于普朗克尺度和曲率效应之间不可能有显著相互作用的假设。在这里，我们仔细检查这个假设，作为指导的量子版本的de Sitter时空与已知的Inonu-Wigner压缩到量子闵可夫斯基时空。我们表明，与常见的（但不支持）的信念相反，普朗克尺度和曲率效应之间的相互作用可能是显着的。在我们的示例中，在闵可夫斯基极限中，量子几何形变参数确实由普朗克尺度给出，而在德西特图像中，几何的量子化参数取决于普朗克尺度和曲率标量。对于普朗克尺度效应干预伽马射线暴观测的研究较多的情况，我们可以在稳健的简化假设中估计“量子时空曲率”的含义。对于宇宙学，在相关数学发展的现阶段，人们不能超越半启发式推理，我们在这里提出一个量子FRW几何的候选近似描述，通过将我们的量子de Sitter的碎片（具有不同的时空曲率）拼凑在一起获得。尽管这个半启发式的图像有其局限性，但它提供了相当有力的证据，证明在早期宇宙中，普朗克尺度和曲率效应之间的相互作用可能特别重要。
2010-04-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
New Discoveries in Cosmology and Fundamental Physics through Advances in Laboratory Astrophysics
正如宇宙学和基础物理学（CFP）小组充分意识到的那样，未来十年将看到我们对这些研究领域的理解取得重大进展。引用他们的收费，这些进展将发生在早期宇宙的研究，微波背景，再电离和星系形成的原星系，大尺度结构，星系际介质，宇宙学参数的测定，暗物质，暗能量，重力测试，天文学确定的物理常数，以及使用天文信使的高能物理。在这些领域取得进展的核心是实验室天体物理学的相应进展，这是在2010-2020年十年内充分实现CFP科学机会所必需的。实验室天体物理学包括对产生观测到的天体物理过程的基础物理学的理论和实验研究。我们已经确定的与CFP小组相关的实验室天体物理学的5个领域是原子，分子，等离子体，核和粒子物理。在这里，第2节描述了一些新的科学机会和引人注目的科学主题，这将是实验室天体物理学的进步。在第3节中，我们为这些机会提供了科学背景。第4节简要讨论了实现未来十年CFP科学机遇所需的实验室天体物理学的一些实验和理论进展。根据白皮书征集要求，第5部分提出了四个核心问题和一个具有不寻常发现潜力的领域。最后，我们在第6节中给出了一个简短的后记。
2009-02-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Emergent structure in the binary black hole mass distribution and implications for population-based cosmology
Université de Toulouse, CNRS/IN2P3, L2IT（图卢兹大学）；Laboratoire de Physique de l’ENS, Université Paris Cité, Ecole Normale Supérieure, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS（巴黎高等师范学院物理实验室）
研究通过B样条重构了二黑洞质量分布，发现结构随模型复杂度增加而显现，揭示了对哈勃常数测量的影响，并提出方法以抑制建模系统误差，推动基于种群的宇宙学发展。
2026-04-15 astro-ph.CO gr-qc
Light Gravitinos at Colliders and Implications for Cosmology
质量在eV到MeV范围内的轻引力子在粒子物理学中很有意义，但它们作为暗物质候选者的地位被早期宇宙的不确定性所混淆。我们调查即将到来的数据从对撞机可能会澄清这一情况。轻引力子主要产生于次轻的超对称粒子的衰变中，产生壮观的信号，包括双光子，延迟和非指向光子，扭结带电轨道和重亚稳态带电粒子。我们发现20/fb的Tevatron和1/fb的7 TeV LHC都可能看到数百个光引力子事件的证据。值得注意的是，这个对撞机数据也非常适合区分目前可行的光引力子场景，对结构形成，膨胀和其他早期宇宙学具有显着的影响。
2010-04-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Correlated "noise" in LIGO gravitational wave signals: an implication of Conformal Cyclic Cosmology
最近Cresswell等人[1]报道，位于汉福德和利文斯顿的两个LIGO探测器发现了观测到的引力波信号GW 150194、GW 151226和GW 170194周围噪声的相关性，其时间延迟与信号本身相同。这引起了一些关于信号本身的统计可靠性的问题，这引发了许多讨论，目前的观点似乎支持这样一种论点，即存在一些无法解释的东西，可能是真正的天体物理学兴趣[2]。在本文中，我们指出，这个难题的解决办法可以在作者最近提出的一个建议中找到[3]，也见[4]，即看似虚假产生的噪声实际上可能是由质量约为10^-5 g的暗物质粒子（erebons）衰变引起的引力事件，这种事件的存在是共形循环宇宙学（CCC）宇宙学方案的明确暗示[5]，[6]。这里提供了CCC的要点的简要概述，特别是关于它的erebons和脉冲引力信号的预测。
2017-07-12 astro-ph.CO gr-qc
Long Range Interactions in Cosmology: Implications for Neutrinos
由于早期宇宙的密度很大，宇宙学非常适合研究长程相互作用的影响。在这篇文章中，我们探讨了如何能量密度和状态方程的费米子系统偏离通常假设的理想气体形式下的标量长程相互作用的范围远小于宇宙尺度的存在。在这种情况下，“小”尺度物理学可能会影响我们最大尺度的观测。作为一个基准，我们应用形式主义的自相互作用中微子，进行分析，目前和未来的宇宙学数据。我们的研究结果表明，目前的宇宙学中微子质量约束是完全避免在存在的长程相互作用，在不久的将来打开的实验室中微子质量检测的可能性。我们还证明了中微子实验室实验和未来EUCLID调查之间有趣的互补性。
2021-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysics & Cosmology from Line Intensity Mapping vs Galaxy Surveys
线强度映射（LIM）提出了有效地观测遥远的暗星系和绘制高红移的物质密度场。在姊妹论文中的形式主义的基础上，我们首先强调了LIM中宇宙学和天体物理学之间的简并性。我们讨论了什么可以限制从测量的平均强度和红移空间功率谱。有了足够的光谱分辨率，2-晕项的大尺度红移空间畸变就可以被测量，这有助于打破偏置和平均强度之间的简并。在较高的光谱分辨率下，测量小尺度的红移空间畸变可以消除1-晕项和散粒噪声项。与外部星系目录或透镜巡天的互相关进一步打破了简并。我们推导出类似于SPHEREx、HETDEX、CDIM、COMAP和CONCERTO的实验的要求。然后，我们重新审视的LIM观测值的最优性的问题，相比星系检测，天体物理学和宇宙学。我们使用匹配滤波器来计算单个源的亮度检测阈值。我们表明，LIM包含的信息太暗，以检测，在高噪声或高混淆制度的星系。我们量化检测到的源的稀疏性和聚类偏差，并将它们与LIM进行比较，表明在这种情况下LIM是物质密度的更好示踪剂。我们通过回答这些问题作为傅立叶尺度的函数来扩展以前的工作，包括第一次宇宙方差，像素到像素的相关性，亮度依赖的聚类偏差和红移空间失真的影响。
2021-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Strangeness in Astrophysics and Cosmology
讨论了奇异夸克物质在天体物理系统中的作用和早期宇宙中QCD相变的一些最新进展。软核物质状态方程的因果关系约束提取的阈下K介子的生产在重离子碰撞被用来推导致密星的质量上限。本文概述了奇异夸克物质的粘滞性与旋转动力夸克的引力波辐射之间的相互作用。通过对两颗奇异星并合的详细数值研究，透视了宇宙射线中奇异夸克物质块的通量。最后，我们讨论了早期宇宙中QCD相变的一个新的方案，它允许一个小的暴胀时期，由于一个明显的一级相变在大的重荷化学势。
2010-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE nucl-th
Investigating Cluster Astrophysics and Cosmology with Cross-Correlation of the Thermal Sunyaev-Zel'dovich Effect and Weak Lensing
最近发现的热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应和弱引力透镜（WL）的交叉相关，使独特的研究集群天体物理学和宇宙学。在这项工作中，我们提出了限制星系团，$α_0$，和物质的功率谱，$σ_8$的振幅的非热压力分数的振幅，从普朗克的tSZ功率谱的测量，和从普朗克和红色星团序列透镜巡天的tSZ-WL互相关。我们使用$N$体模拟将数据拟合到具有协方差矩阵的半解析模型。我们发现，tSZ功率谱单独偏好$σ_8 \sim 0.85$和大部分的非热压力（$α_0 \sim 0.2$ - $0.3$）。另一方面，tSZ-WL互相关偏好显著较低的$σ_8 \sim 0.6$和低的$α_0 \sim 0.05$。我们表明，这种紧张局势可以减轻允许在恒星质量晕质量关系，这将导致减少低质量晕的气体的陡峭的斜率。在这样的模型中，组合数据更倾向于$σ_8 \sim 0.7$和$α_0 \sim 0.2$，与流体动力学模拟的预测一致。
2018-01-24 astro-ph.CO
Peaks in weak lensing mass maps for cluster astrophysics and cosmology
本文综述了利用弱透镜质量图中的峰识别星系团的方法，强调纯引力选择相比传统方法的优势，并指出斯巴鲁巡天已识别300多个高信噪比星系团，可用于精确宇宙学约束。
2024-12-17 astro-ph.CO
Constraining the astrophysics and cosmology from 21cm tomography using deep learning with the SKA
未来的平方公里阵列（SKA）调查预计将产生来自再电离时代（EoR）的21厘米宇宙尺度地图的巨大数据集。我们评估了利用机器学习技术的可行性，即卷积神经网络（CNN），从半数值模拟的21厘米地图中同时估计天体物理学和宇宙学参数。我们进一步使用详细的SKA天线分布，热噪声和前景清理的配方将模拟的21 cm地图转换为类似SKA的模拟地图。我们成功地设计了两个CNN架构（类似VGGNet和ResNet），它们都能够有效地同时提取三个天体物理参数，即光子逃逸分数（f $_{\rm esc}$），电离发射率功率对晕质量的依赖性（$C_{\rm ion}$）和电离发射率红移演化指数（$D_{\rm ion}$）和三个宇宙学参数，即物质密度参数（$Ω_{m}$），无量纲哈勃常数（$h$），和物质波动幅度（$σ_{8}$），从21厘米地图在几个红移。在SKA噪声存在的情况下，我们设计的CNN仍然能够以很高的精度（$R^{2} > 92\%$）恢复这些天体物理和宇宙学参数，提高到$R^{2} > 99\%$的低红移和低中性分数值。我们的研究结果表明，未来的21厘米观测可以发挥关键作用，打破模型之间的简并和严格约束的天体物理和宇宙学参数，只使用很少的频率通道。
2020-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Some physical implications of regularization ambiguities in SU(2) gauge-invariant loop quantum cosmology
圈量子引力的物理学如何受到潜在的量子化模糊性的影响是一个悬而未决的问题。我们在使用规范协变通量的环量子宇宙学的背景下解决这个问题。探讨了正则化参数的两种选择的后果：$μ_0$和$\bar μ$在一个积极的宇宙学常数的存在下，和两种选择的正则化的哈密顿约束圈量子宇宙学：标准和蒂曼正则化。我们发现，奇异性分辨率和反弹，由于规范协变通量发生的新功能，也存在Thiemann正则化动力学。当包含正的宇宙学常数时，发现$μ_0$ -方案与标准圈量子宇宙学一样是不可行的.我们的调查带来了一个令人惊讶的结果，即在反弹前政权的紧急事项的性质是由选择监管机构在蒂曼正则化的标量约束是否使用规范covaraint通量。与$\bar μ$ -方案中突现物质是宇宙学常数不同，$μ_0$ -方案中突现物质表现为弦气体.
2019-11-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Nuclear Physics and Astrophysics of Neutrino Oscillations
很长一段时间以来，关于中微子性质的实验信息非常少，尽管微小的中微子质量具有有趣的宇宙学和天体物理学意义。近几十年来，这种情况已经发生了变化：人们开始进行密集的实验活动来测量许多中微子的性质。本文简要地评述了其中的一些进展及其对天体物理学和宇宙学的意义，特别强调了中微子磁矩和集体中微子振荡
2016-09-07 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Astrophysics and Cosmology with Line-Intensity Mapping
线强度映射是一种新兴的技术，它承诺新的见解宇宙的演化，从恒星形成在低红移的再电离和宇宙黎明的时代。它测量星系和星系际介质在广泛频率范围内的原子和分子谱线的综合发射，使用的仪器的孔径要求相对于对单个物体的测量大大放宽。一个协调的、全面的、多线强度映射实验工作可以有效地探测可观测宇宙80%以上的体积，这是其他方法无法企及的壮举。线强度映射将独特地解决星系演化，宇宙学和基础物理学中的一系列紧迫的谜团。其中包括恒星形成和星系演化的宇宙历史，星际和星系间介质的组成，再电离时期发生的物理过程，宇宙膨胀，爱因斯坦引力理论在最大尺度上的有效性，暗能量的性质和暗物质的起源。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Implications of Broken Symmetry for Superhorizon Conservation Theorems in Cosmology
暴胀产生超视界大小的扰动，这些扰动最终返回视界，被认为是形成宇宙中所有观测到的大尺度结构的种子。但是，暴胀预测只能与当今的观测相比较，如果像传统智慧所指示的那样，它们没有受到随后的超视界因果物理过程的污染，因此在干预期间不受未知的宇宙动力学的变迁的影响。在这里，我们证明，传统的智慧不一定是正确的，因此，宇宙学签名所产生的干预未知的非暴胀过程可能会混淆今天的观测数据的解释。
2009-11-03 astro-ph.CO
Impact of astrophysics on cosmology forecasts for 21 cm surveys
我们使用以前的工作建立一个晕模型形式主义的中性氢的分布，以及未来的无线电设施的实验参数的结果，把预测天体物理和宇宙学参数从下一代的调查。我们考虑使用BINGO，CHIME，FAST，TianLai，MeerKAT和SKA实验配置进行的21 cm强度映射调查。我们使用5参数宇宙学数据集{ $Ω_m, σ_8, h, n_s, Ω_b$ }，假设一个平坦的$Λ$ CDM模型，以及代表HI-晕质量关系的截止和斜率的天体物理参数{ $v_{c,0}, β$ }。我们探索（i）量化的影响，恢复的宇宙学参数的天体物理学，（ii）依赖的宇宙学预测的细节的天体物理参数化，和（iii）改善的约束条件，探测较小的尺度在HI功率谱。对于单独的SKA I MID强度测绘，探测尺度高达$\ell_{\rm max} = 1000$，如果我们在没有任何先验的情况下边缘化天体物理参数，我们发现在对$Ω_b$和$Ω_m$的约束中$1.1 - 1.3$加宽的因子，以及在对$h$、$n_s$和$σ_8$的约束中$2.4 - 2.6$加宽的因子。然而，即使是来自天体物理学现有知识的先验信息也在很大程度上解释了这种扩展。考虑到扩展HIHM关系，这些发现没有显着变化，说明了天体物理参数化的选择结果的鲁棒性。探测尺度高达$\ell_{\rm max} = 2000$，可将约束条件提高1.5-1.8倍。预测提高了层析红移箱的数…
2019-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
eLISA: Astrophysics and cosmology in the millihertz regime
本文件介绍了欧洲新引力波天文台（NGO）任务（源自先前的LISA提案）将提供的令人兴奋的和全新的科学和天文学。该任务（我们将其非正式名称称为“eLISA”）将首次调查低频引力波波段（约0.1 mHz至1 Hz），具有足够的灵敏度来检测z = 15的有趣的单个天体物理源。eLISA飞行任务将以高灵敏度发现和研究各种宇宙事件和系统：星系合并而聚集在一起的大质量黑洞双星的合并;在分级星系和黑洞增长时期，早期质量较小的黑洞的合并;轨道上的恒星质量黑洞和致密恒星刚好掠过当代星系核中大质量黑洞的视界;我们银河系中极其紧凑的白矮星双星，是关于双星演化和未来Ia型超新星的丰富信息来源;可能最有趣的是，不确定和不可预测的来源，例如暴胀的遗迹和大爆炸后直接进入的破坏性时代。eLISA的测量将允许对这些具有高信噪比的信号进行详细的研究，解决欧空局的宇宙观方案在天体物理学和宇宙学领域提出的大多数关键科学问题。它们还将在强场动力学范围内对广义相对论进行严格的检验，这是其他任何方法都无法探测到的。该文件不仅描述了科学，而且概述了任务设计和轨道。
2012-01-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
