Detecting Relic Gravitational Waves in the CMB: Comparison of Planck and Ground-based Experiments
比较了两种即将开展的宇宙微波背景辐射（CMB）实验，即空间普朗克卫星和各种地面实验对残余引力波的探测能力。与地面实验相比，普朗克卫星可以观测到所有多极区的CMB功率谱，但仪器噪声要大得多。我们发现，对于张量标量比$Δr$的不确定性，北极熊（II）作为一个典型的地面实验可以给出比普朗克卫星小得多的值。然而，对于光谱指数$Δn_t$的不确定性，普朗克可以给出与北极熊（II）相似的结果。如果结合这两个实验，则$Δn_t$的值可以减小2倍。对于含$r=0.1$的模型，可望达到约束$Δn_t=0.10$，这为研究极早期宇宙的物理提供了一个极好的机会。我们还发现，在最大尺度（$\ell<20$）的观察是非常重要的约束的光谱指数$n_t$。因此，有必要结合未来空间和地基CMB实验的观测结果来确定遗留的引力波。
2009-07-09 astro-ph.CO
Compton light pressure and spectral imprint of relic radiation on cosmic electrons
本文采用QED/相对论的CMB辐射光压理论和Fokker-Planck电子分布方程，结合CMB温度T的宇宙学关系，给出了CMB辐射光压分布随时间和能量变化的解析结果。CMB对电子的强烈印记通过当前时期电子的“冻结非平衡”状态的形成以及作为高T源的残余的截止和窄谱线的可能存在而发生。
2018-06-15 astro-ph.CO
Can Relic Superhorizon Inhomogeneities be Responsible for Large-Scale CMB Anomalies?
我们研究了暴胀过程中遗留经典超视界不均匀性的影响。这种超视界不均匀性在局部表现为梯度，并选择了一个优选的方向。在这个稍微不均匀的背景上的量子涨落通常是统计各向异性的。我们发现一个四极修改的普通各向同性频谱。此外，与统计各向同性的这种偏离是尺度依赖的，具有$\sim -1/k^2$因子。这一结果表明，统计各向异性主要出现在大尺度上，而小尺度上的频谱仍然是高度各向同性的。此外，由于该$-1/k^2$因素，大尺度上的功率被抑制。因此，我们的模型可以同时解释所观察到的各向异性排列的低$\ell$多极子和他们的低功率。
2011-07-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Relic gravitational waves: latest revisions and preparations for new data
普朗克飞行任务即将公布的数据，可能还有威尔金森微波各向异性探测器下一轮观测的数据，使得有必要修订现有数据中对残余引力波的评估，同时，改进假设和数据分析技术，为新数据的到来做好准备。我们重新考虑与常用的CosmoMC数值包的帮助下，以前发现的迹象遗迹引力波在7年（WMAP 7）的数据。CosmoMC方法将这些适应症的置信度从约2 $σ$水平降低至约1 $σ$水平，但适应症不会完全消失。我们批判性地分析了目前在宇宙微波背景（CMB）数据中使用的假设，分析并概述了有助于避免在未来CMB数据中忽略遗迹引力波的策略。特别重要的是，要远离关于密度扰动的不必要的假设。普朗克卫星可靠探测残余引力波的前景已经恶化，但仍然是好的。看来需要作出更多努力，以减轻前景污染。
2010-12-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Pre-Inflationary Relics in the CMB?
弦理论和超引力理论原则上允许我们跟踪暴胀子从暴胀前的快速滚动到慢速滚动的转变。这在原始功率谱中引入了红外凹陷，如果它发生在可访问的波长处，则可能在CMB各向异性中留下印记。我们模拟的效果扩展$Λ$ CDM与规模$Δ$相关的红外抑郁症和探索的限制允许{ \sc普朗克}数据，采用更保守，更广泛的银河掩模在低分辨率CMB的可能性。因此，在具有$f_{sky}=39\%$的扩展掩码中，我们发现在$99.4\%$置信水平下的$Δ= (0.351 \pm 0.114) \times 10^{-3} \, \mbox{Mpc}^{-1}$将与具有标准$f_{sky}=94\%$掩码的$88.5\%$处的附近值进行比较。在大约64倍的$e$膨胀下，这些$Δ$的值将转化为原始能量标度${\cal O}(10^{14})$ GeV。
2015-12-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Detecting relic gravitational waves in the CMB: Optimal parameters and their constraints
通过残留引力波在宇宙微波背景辐射中的印记来探测残留引力波的前景，为研究极早期宇宙提供了一个极好的机会。在最简单可行的理论模型中，RGW背景的特征在于两个参数，张量-标量比$r$和张量谱指数$n_t$。本文利用即将进行的宇宙微波背景辐射实验的数据，分析了这两个参数$r$和$n_t$的潜在联合约束。引入最佳枢轴多极$\ell_t^*$的概念，我们发现在这个枢轴多极参数$r$和$n_t$是不相关的，并有最小的方差。导出了最佳主元多极数$\ell_t^*$的解析表达式，以及参数$r$和$n_t$的方差.我们用数值模拟方法验证了这些分析计算，并发现在20%以内的协议。分析结果为未来宇宙微波背景辐射观测对遗迹引力波的探测能力提供了一种简单的估算方法。
2009-03-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Imprints of relic gravitational waves on pulsar timing
残余引力波（RGW）是暴胀期间产生的背景波，它会在脉冲星计时残差上留下印记。这使得RGW成为脉冲星计时探测的重要光源之一。本文讨论了激光高斯波对单颗脉冲星计时的影响，定量给出了不同模型参数下激光高斯波对单颗脉冲星计时的影响。原则上，如果现在的引力波足够强，在了解脉冲星计时残差中的固有红噪声之后，可以通过高精度计时单个毫秒脉冲星来检测它们，尽管同时观测多个毫秒脉冲星是提取引力波信号的更强大技术。我们使用宇宙微波背景（CMB）的观测值对RGW的归一化进行了修正，这导致RGW的振幅与我们以前的工作相比降低了两个数量级左右。我们利用Parkes脉冲星定时阵的最新观测数据对RGW进行了新的约束，并采用BICEP 2对CMB的张量型偏振观测所得到的张量标量比$r=0.2$作为参考值，尽管它已被否定。此外，还讨论了CMB和BBN（大爆炸核合成）对RGW的限制。
2015-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Constraining UV freeze-in of light relics with current and next-generation CMB observations
本研究针对早期宇宙轻遗迹紫外冻结产生场景，计算多类BSM基准模型在新参数空间的$ΔN_{\rm eff}$贡献，分析表明下一代CMB实验可补充或超越现有手段对轻遗迹与SM耦合的约束。
2024-05-15 astro-ph.CO hep-ph
Starobinsky Inflation and the Latest CMB Data: A Subtle Tension?
Universidade Federal do Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）
本文分析Starobinsky膨胀模型及曲率修正对最新ACT观测数据的影响，探讨其在无慢-roll近似下的参数空间约束及与Planck和ACT测量的一致性。
2025-12-27 astro-ph.CO gr-qc
Detecting relic gravitational waves in the CMB: Comparison of different methods
本文讨论了宇宙微波背景辐射的温度和偏振各向异性功率谱对残余引力波的约束。考虑到普朗克卫星的仪器噪声，本文用模拟和解析近似的方法计算了信噪比$S/N$。我们发现，与$BB$信道相比，在考虑所有功率谱$TT$、$TE$、$EE$和$BB$的情况下，$S/N$的值有了很大的提高。如果普朗克卫星的噪声功率谱由于某种原因而增大，则$BB$信道的$S/N$值会大大降低。然而，在后一种情况下，其中所有的宇宙微波背景辐射的功率谱被认为是$S/N$的值的影响较小。我们还发现自由参数$A_s$、$n_s$和$n_t$对两种情况下的$S/N$值的影响都很小。
2009-03-27 astro-ph.CO astro-ph.SR gr-qc
On the breaking of statistical isotropy through inflationary relics
在这次演讲中，我们阐述了一种机制，以产生本地贡献的曲率扰动孤立补丁的宇宙微波背景（CMB）。该机制，基于生成的一个不平衡的配置在波动的标量场的质量$m\sim H$在一个持续阶段的快速滚动的通货膨胀，最近已被证明是能够占一些最强大的大角度异常检测到的CMB。在这次演讲中，我们将详细展示如何将该机制嵌入到包括向量场的模型中，从而打破CMB孤立补丁中的统计各向同性。
2016-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Relic Neutrino Degeneracies and Their Impact on Cosmological Parameters
在标准的$Λ$ CDM模型中，中微子被视为辐射，其质量和可能的简并被忽略。本文计算了有限残余中微子简并度$ξ$对宇宙微波背景角功率谱的影响，并利用现有的宇宙学数据得到了对$ξ$的约束.我们发现仍然允许使用$ξ\approx O(1)$。我们还研究了$ξ$，哈勃参数$H_0$和光谱指数$n_s$之间的相关性。由于这些相关性，当$ξ$与其他宇宙学参数一起拟合时，膨胀模型的CMB约束被放松，使得一些被标准拟合排除在95%置信水平下而没有$ξ$的模型可以复活。此外，CMB和$H_0$的局部测量中的张力略微减轻。我们的结果表明，$ξ$是一个不可忽略的物理参数的宇宙学分析。
2021-04-09 astro-ph.CO
Testing quantum gravity effects with latest CMB observations
受量子引力物理的启发，非对易相空间方法导出了一个修正的引力波色散关系。这个特征，如果应用到非常早期的宇宙中，会产生一个修正的原始张量扰动的功率谱，在大尺度上具有功率抑制。我们用BICEP 2和Planck实验来对抗这一现象，并证明了具有修正色散关系的暴胀比标准暴胀范式更能同时拟合观测结果。特别是，数值结果表明，在最新的宇宙微波背景辐射（CMB）观测下，与极小模型相比，原始张量模的量子引力修正功率谱的统计显著性大于$3σ$.我们的研究表明，BICEP 2和普朗克数据之间的潜在张力可以解决量子引力效应。
2014-06-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Examining the cosmic acceleration with the latest Union2 supernova data
本文利用Chevallier-Polarski-Linder（CPL）参数化方法，通过重建最新的Union 2 Ia型超新星样本的$Om$诊断参数和减速参数$q$，以及重子声学振荡（BAO）和宇宙微波背景（CMB），研究了宇宙膨胀的历史。我们得到Union 2 +BAO在$z<0.3$处的加速度越小越有利于膨胀.然而，一旦在分析中加入CMB数据，宇宙加速度仍在增加，表明低红移数据和高红移数据之间存在紧张关系。为了显著降低这种张力，考虑了两种不同的方法，因此选择了Union 2的两个不同的子样本。然后我们发现，当忽略系统误差时，两个不同的子样本+BAO+CMB对宇宙膨胀历史给出了完全不同的结果，其中一个表明宇宙加速度在减小，另一个正好相反，尽管它们都单独与BAO一起支持宇宙加速度在减慢。然而，一旦考虑到系统误差，联盟2的两个不同的子样本以及BAO和CMB都有利于增加目前的宇宙加速度。因此，关于宇宙加速是否正在减慢的明确答案需要更一致的数据和更可靠的方法来分析它们。
2011-01-16 astro-ph.CO gr-qc
CMB statistical anisotropies of classical and quantum origins
我们研究了不同的各向异性文物对通货膨胀的影响，特别是对密度扰动的预测。这些遗迹可能是宇宙微波背景大尺度异常的来源。有两种不同类型的背景遗物，一种来自物质部门，另一种纯粹来自度量。虽然在这两种情况下的统计各向异性的角度依赖性是简并的，尺度依赖性是观测上不同的。此外，我们还证明了非Bunch-Davies真空态可以将统计各向异性扩展到更短的尺度上，并留下对不同背景不敏感但对初始量子态敏感的尺度依赖性.
2014-08-09 astro-ph.CO hep-th
Tightening constraints on primordial oscillations with latest ACT and SPT data
利用最新ACT DR6和SPT-3G D1数据结合Planck，将原初功率谱周期性振荡振幅上限收紧至0.029（95% C.L.），未发现振荡迹象，展示了地面CMB实验限制超越慢滚模型新物理的能力。
2025-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Interacting light thermal-relic dark matter: self-consistent cosmological bounds
本文利用CMB数据自洽约束轻量热遗迹暗物质的质量、DM-重子散射及湮灭截面，揭示参数简并并给出偶极矩暗物质模型的新宇宙学界限。
2024-06-13 astro-ph.CO
Relic density and CMB constraints on dark matter annihilation with Sommerfeld enhancement
我们计算了暗物质粒子的遗迹密度是如何改变的，当它们的湮灭是由索末菲机制增强由于汤川相互作用的湮灭粒子。保持暗物质丰度与目前的观测范围一致，需要标准化的s-波湮灭截面相比，没有增强模型减少。抑制的水平取决于颗粒模型的具体参数，动力学解耦温度具有最大的影响。我们发现，截面可以减少多达一个数量级的极端情况下。我们还计算了这种Sommercury增强湮灭的能量注入所引起的CMB能谱的μ型畸变。我们的结果表明，在共振附近，与束缚态，扭曲可以足够大，以排除由COBE/FIRAS实验发现的上限|mu| <9.0 × 10 ^（-5）。
2010-03-04 astro-ph.CO hep-ph
Planck Constraint on Relic Primordial Black Holes
利用来自宇宙微波背景（CMB）和MeV河外γ射线背景（EGB）的数据，研究了质量范围为10^{15}-10 ^{17} g的原初黑洞（PBH）丰度的限制条件.来自寿命大于宇宙年龄的PBH的霍金辐射通过修改电离历史和阻尼CMB各向异性而在CMB上留下印记。使用红移依赖的能量注入效率的模型，我们表明，从普朗克的温度和偏振数据的组合提供了最强的约束质量\sim 10^{15}-10 ^{16} g的PBH的丰度，而EGB占主导地位的质量\gtrsim 10^{16} g。CMB和EGB现在都排除了PBH作为质量为\sim 10^{16}-10 ^17} g的暗物质的主要成分。计划中的MeV伽马射线观测站是进一步改善这一质量范围内PBH约束的理想选择。
2016-12-22 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Light Relics with Large-Scale Structure
热大爆炸的光热遗迹，通常用参数$N_\mathrm{eff}$来量化，是宇宙学测量的主要目标之一。目前，这类文物中的能量密度被限制在辐射总能量密度的10%以下。然而，即将进行的宇宙微波背景（CMB）实验有可能测量百分之一水平的辐射密度，这接近于有充分动机的理论目标。在本文中，我们将探讨在何种程度上CMB观测可以加强未来的大尺度结构调查。我们仔细地隔离的信息编码的形状的星系功率谱和频谱的重子声学振荡（BAO）。我们发现，测量的功率谱的形状可以显着改善当前和近期的CMB实验。我们还表明，在未来的实验中，可以检测到的残余中微子引起的BAO光谱的相移在很高的意义。
2018-09-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological constraints on the decay of heavy relics into neutrinos
在早期宇宙中，一个大质量粒子衰变成中微子，比它衰变成其他标准模型粒子受到的约束要小。然而，即使衰变为中微子，后者仍然不可避免地发射出次级粒子，这些次级粒子经历了可以探测的电磁相互作用。我们详细分析了如何敏感的各种宇宙学探针是这样的二次粒子，即CMB各向异性，CMB光谱失真，大爆炸核合成。对于寿命短于宇宙年龄的遗迹，这导致了粒子寿命作为其丰度和质量的函数的原始和严格的界限。
2022-05-27 astro-ph.CO hep-ph
Approximate Analytic Spectra of Reionized CMB Anisotropies and Polarization generated by Relic Gravitational Waves
本文给出了由残余引力波（RGW）产生的宇宙微波背景辐射（CMB）各向异性和极化的再电离谱$C_l^{XX}$的近似解析计算。探讨了三种简单的再电离模型，其可见度函数用高斯型函数近似拟合。我们推导出了解析的极化$β_l$和温度各向异性$α_l$，两者都由两个与RGW成比例的项组成，在去耦和再电离时也是如此。证明了$β_l$和$α_l$与再电离时间$η_r$、持续时间$Δη_r$和光学深度$κ_r$的显着依赖性。此外，$β_l$和$α_l$中含有不同系数的$κ_r$，极化谱$C_l^{EE}$是$C_l^{BB}$比$C_l^{TT}$更灵敏的再电离探针.这些结果有助于检查的再电离效应，特别是，$κ_r$与归一化振幅和RGWs的初始光谱指数的简并。还发现，再电离也会导致$C_l^{TE}$的零多极$l_0$的$κ_r$依赖性移位$Δl\sim 20$，为了检测RGW的痕迹，应该包括这种效应。与数值计算结果相比，解析$C_l^{XX}$作为近似方法存在一定的局限性.对于$l\simeq (30, 600)$范围内的主峰，三种模型的误差均为$\le 3%$。在再电离凸块的$l < 20$范围内，两个扩展再电离模型中的$C_l^{EE}$和$C_l^{BB}$的误差为$\le 15%$，而$C_l^{TT}$和$C_l^{TE}$对$l<10$的偏离要大得多。突然再电离模型中的颠簸太低了。
2009-03-20 astro-ph.CO
Detecting relics of a thermal gravitational wave background in the early Universe
如果在通常的暴胀阶段之前有一个辐射主导的时期，那么在早期宇宙中就可以产生热引力波背景。这种背景为研究宇宙的初始状态提供了一种独特的方法。我们讨论了引力子的热谱对宇宙微波背景（CMB）功率谱的影响，以及它可能被CMB观测到。假设暴胀阶段是一个纯粹的de Sitter膨胀，我们发现，如果暴胀的e倍数小于65，这个热谱的信号可以通过普朗克和北极熊实验的观测，或计划中的EPIC实验检测到。如果类通货膨胀阶段是次指数阶段，这个界限甚至可以更宽松。
2009-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Scaling Transformations and the Origins of Light Relics Constraints from Cosmic Microwave Background Observations
本文通过标度变换解析CMB对轻遗迹的约束来源，提出参考模型以区分约束成因，为构建规避CMB轻遗迹约束的宇宙学模型提供理论支持。
2023-01-29 astro-ph.CO hep-ph
What does cosmology tell us about the mass of thermal-relic dark matter?
光热耦合暗物质的存在影响了大爆炸核合成过程中早期的膨胀历史和轻元素的产生。具体来说，湮灭成标准模型粒子的暗物质可以改变宇宙中轻物质的有效数量$N_\mathrm{eff}$，以及BBN产生的轻元素的丰度。这些量反过来影响宇宙微波背景（CMB）的各向异性。我们提出了第一个联合分析的小尺度温度和偏振CMB各向异性从阿塔卡玛宇宙望远镜（ACT）和南极望远镜（SPT），普朗克数据和最近的原始丰度测量的氦和氘放置全面的边界上的质量的光热遗迹暗物质。我们考虑一系列的模型，包括暗物质耦合到光子和标准模型中微子。我们发现，ACT，SPT和普朗克的组合通常会导致最严格的质量约束的暗物质耦合到中微子，提高了40%-80%的下限，相对于以前的普朗克分析。另一方面，ACT和SPT的加入导致电磁耦合粒子上的结合稍弱，这是由于地面实验驱动的$Y_\mathrm{p}$和$N_\mathrm{eff}$的优选值的偏移。结合所有的CMB测量原始丰度测量，我们排除质量低于$\sim$ 4兆电子伏，在95%的置信度，所有的模型。我们发现，允许新的相对论性物种可以削弱质量边界的暗物质耦合到光子的数量级或更多。最后，我们讨论了下一代CMB实验在探测热遗迹暗物质质量方面的应用范围。
2022-04-18 astro-ph.CO
A Hidden Microwave Background? -- signatures of photon-WISP oscillations in the CMB
本文综述了由光子-弱相互作用亚电子伏粒子振荡产生的遗迹背景的存在及其宇宙学特征。
2010-02-02 astro-ph.CO hep-ph
Hint of relic gravitational waves in the Planck and WMAP data
遗迹引力波（RGW）在宇宙微波背景辐射（CMB）的温度和偏振各向异性上留下了众所周知的印记。在WMAP和Planck任务已经观测到的TT和TE信息通道中，RGW主要在低多极子处与密度扰动竞争。在寻找引力波的过程中，包括高多极CMB数据是危险的，因为谱指数可能不是常数。在本文中，我们重复我们以前的工作[W.Zhao & L. P. Grishchuk，Phys.Rev.D { \bf 82}，123008（2010）]，利用普朗克TT和WMAP TE数据在低多极范围$\ell\le100$。我们发现我们以前的结果得到了{更高的置信度}的证实。由普朗克TT和WMAP TE数据得到的张量-标量比的约束条件是$r\in [0.06,~0.60]$（68% C.L.）其中最大似然在$r\sim 0.2$附近。相应地，在主波数$k_*=0.002$ Mpc $^{-1}$处的谱指数是$n_s=1.13^{+0.07}_{-0.08}$，其在超过$1σ$的水平处大于1。因此，我们认为新公布的CMB数据显示了更强的振幅为$r\sim 0.2$的RGW的暗示，这是有希望被即将到来的BICEP和普朗克偏振数据证实。
2014-03-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The anomaly of the CMB power with the latest Planck data
本研究利用最新Planck PR3和PR4数据，通过可联合温度与极化信息的新型估计量分析CMB大尺度功率缺失异常，证实温度数据的异常显著性，并发现极化数据的加入会改变对ΛCDM模型符合性的判断。
2024-08-19 astro-ph.CO
Forecasting Constraints on Non-Thermal Light Massive Relics from Future CMB Experiments (CMB-S4/Simons Observatory)
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究所）；Harish-Chandra Research Institute, A CI of Homi Bhabha National Institute（哈里什-昌德拉研究所，霍米·巴巴国立学院成员机构）；Institute for Theoretical Particle Physics and Cosmology (TTK), RWTH Aachen University（亚琛工业大学理论粒子物理与宇宙学研究所（TTK））；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）
本文通过Fisher预测分析了非热轻质量残余物模型对未来CMB实验的约束，并比较了不同分布模型的参数相关性与不确定性。
2026-01-14 astro-ph.CO hep-ph
B-mode in CMB polarization. What's that and why it is interesting
结合BICEP 2测量结果讨论了遗迹引力波背景对CMB偏振B模的产生。描述的偏振映射的偏振矩阵的特征向量。
2014-10-23 astro-ph.CO
Constraining beyond $Λ$CDM models with 21cm intensity mapping forecast observations combined with latest CMB data
我们探索暗能量和修改重力预测21厘米强度映射测量使用有效场论方法的约束。我们建立了一个真实的模拟数据集，预测低红移21厘米信号功率谱$P_{21}(z,k)$测量从MeerKAT射电望远镜。我们通过蒙特卡罗马尔可夫链技术计算宇宙学和模型参数的约束，测试$P_{21}(k)$单独的约束能力以及与最新的普朗克2018 CMB数据相结合时的效果。我们补充我们的分析，从一个理想的模拟数据集的观察，在多个红移箱的断层扫描测试的影响。我们进行我们的分析数值与代码EFTCAMB/EFTCosmoMC，我们通过实施一个可能性模块完全集成与原始代码扩展。我们发现，添加$P_{21}(k)$到CMB数据提供了显着更严格的限制$Ω_ch^2$和$H_0$，与普朗克结果的错误减少在超过$60\%$的水平。对于描述超出$Λ$ CDM理论的参数，我们观察到在$\lesssim 10\%$水平上相对于普朗克约束的误差减少。当我们使用理想的断层模拟观测来约束参数时，改进增加到$\sim 35\%$。我们的结论是，21厘米信号的功率谱是敏感的变化的参数描述检查超越$Λ$ CDM模型，因此，$P_{21}(k)$观测可能有助于限制暗能量。这种理论的约束力显着提高了层析成像。
2021-09-07 astro-ph.CO
Distinct signatures of spinning PBH domination and evaporation: doubly peaked gravitational waves, dark relics and CMB complementarity
本文扩展了旋转超低质量原初黑洞（PBH）的研究，探讨其蒸发产生的暗辐射与暗物质特征，发现诱导引力波背景与CMB测量存在互补性，未来实验可借此约束PBH参数空间并揭示早期宇宙膨胀历史。
2023-05-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Probes of Light Relics
当前和未来宇宙学观测的主要目标之一是热大爆炸的光热遗迹。在粒子物理学的标准模型中，一个重要的热遗迹是宇宙中微子，而有趣的扩展预测了新的轻粒子，它们与普通物质的耦合更弱。然而，这些难以捉摸的粒子可能在早期宇宙中有效地产生，它们的引力影响可以在宇宙学观测中检测到。在这篇论文中，我们描述了如何测量宇宙微波背景（CMB）和宇宙的大尺度结构（LSS）可以揭示中微子的性质和其他光遗迹的可能存在的新的光。这些观测结果对早期宇宙中的辐射量非常敏感，部分原因是自由流物质（如中微子）在我们详细研究的重子声学振荡（BAO）中留下了微小的相移。基于这种分析理解，我们通过独立确认宇宙中微子背景在CMB和LSS数据集中的自由流性质，为宇宙中微子背景提供了进一步的证据。特别是，我们建立了一个新的分析的BAO光谱导致的第一次测量的中微子在星系团簇的这个印记。未来的宇宙学调查，如下一代CMB实验（CMB-S4），有可能测量相对论性物质的能量密度在亚百分比水平，因此将能够探测物理超越标准模型。我们演示了如何实现这一点，并提出了一个观测目标，这将允许检测任何光粒子，曾经在热平衡。有趣的是，即使没有检测，通过对标准模型的耦合提供约束，也会产生新的见解。[删节]
2018-10-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
CMB targets after the latest Planck data release
我们发现，最简单的$α$吸引子和与DP膜膨胀相关的KKLTI模型的组合覆盖了普朗克2018年青睐的（$n_{s}$，$r$）空间中的大部分区域。对于$α$ -吸引子模型，存在离散目标$3α=1,2,...,7$，预测$10^{-2} \gtrsim r \gtrsim 10^{-3}$范围内的7个不同的$r = 12α/N^{2}$值。在小的$r$极限下，$α$ -吸引子和DP-膜膨胀模型描述了（$n_{s}$，$r$）空间中的垂直$β$ -条纹，其中$n_{s}=1-β/N$，$β=2, {5\over 3},{8\over 5}, {3\over 2},{4\over 3}$。这些模型及其推广的唯象描述可以在极点暴胀的背景下实现。普朗克2018所青睐的（$n_{s}$，$r$）空间中的大部分$1σ$区域都可以用$β= 2$和$β= 5/3$覆盖。未来关于$n_s$的精确数据可能有助于区分这些模型，即使$r$的测量精度不足以发现暴胀过程中产生的引力波。
2021-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints upon the spectral indices of relic gravitational waves by LIGO S5
随着LIGO达到了设计灵敏度，LIGO S5应变数据可用，对遗迹引力波（RGW）的约束变得现实。在暴胀过程中产生的RGW的分析光谱敏感地依赖于初始条件，这是一般描述的指数$β$，运行指数$α_t$，和张量标量比$r$。通过两个探测器互相关的LIGO S5数据，得到了对参数$(β, α_t,r)$的约束条件。作为主要结果，我们使用给定LIGO探测器对的互相关，计算了不同$(β, α_t, r)$值下RGW的理论信噪比（SNR）。得到了BBN和CMB对RGW能量密度的间接约束，比LIGO S5更严格。
2010-04-17 astro-ph.CO gr-qc
Rapid Methods for Modeling Overdensities of Massive Neutrinos and Other Non-Cold Relics
提出一种基于 N-1-body 模拟的高效数值框架，可快速计算平坦 FRW 宇宙中球对称暗物质晕附近的中微子密度剖面，并支持灵活参数扫描与新物理整合。
2024-10-10 astro-ph.CO hep-ph
Is the CMB revealing signs of pre-inflationary physics?
本文提出通过考虑原初密度扰动的非Bunch-Davies初始条件，可将暴胀的基本粒子物理模型与ACT、Planck等最新观测数据相调和。
2025-04-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Relics of spatial curvature in the primordial non-gaussianity
我们研究的签名在宇宙微波背景（CMB）的存在下，强烈的空间曲率之前，时代的通货膨胀，产生了我们现在的宇宙。如果暴胀没有持续足够长的时间来驱动大尺度空间曲率为零，那么目前可观察到的尺度可能已经离开了视界，而空间切片不能用平坦的欧几里得几何来近似。在这种情况下，我们计算修正的功率谱和非高斯的CMB温度各向异性。功率谱没有得到显著的修正，并且在初始条件下是曲率存在的弱诊断，除非其运行可以以高精度确定。然而，双谱非高斯参数f_NL在最大可观察尺度上接收修改。我们估计最大信号将对应于fNL ~ 0.3，这是目前微波背景实验所达不到的。
2009-06-29 astro-ph.CO
Hierarchical Bayesian Detection Algorithm for Early-Universe Relics in the Cosmic Microwave Background
一些理论上动机良好的补充标准宇宙学模型预测弱签名的形式嵌入在宇宙微波背景（CMB）波动的空间局域源。我们提出了一个分层贝叶斯统计形式主义和一个完整的数据分析管道测试这样的场景。我们推导出一个准确的近似定义任何理论，预测嵌入在CMB的源的参数的全后验概率分布，并进行了广泛的测试，以建立其有效性。该逼近是使用模块化算法实现的，旨在避免后验选择效应，该算法将候选检测阶段与完整的贝叶斯模型选择和参数估计分析相结合。我们将此管道应用于预测宇宙纹理和气泡碰撞的理论，通过使用以下技术扩展了先前的分析：（1）自适应分辨率技术，允许我们探测任意大小的特征，以及（2）最佳滤波器，为检测候选签名提供最佳灵敏度。我们的结论是，WMAP 7年的数据不赞成添加任何宇宙纹理或气泡碰撞的标准宇宙学模型，并放置强大的限制，预测数量的这样的来源。在我们的探测阈值内，CMB天空中的气泡碰撞和宇宙纹理的预期数量在95%的置信度下分别被限制为小于4.0和5.2。
2013-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Figures of merit and constraints from testing General Relativity using the latest cosmological data sets including refined COSMOS 3D weak lensing
我们使用宇宙学的限制，从目前的数据集和品质因数（FoM）的方法来探测任何偏离广义相对论（GR）在宇宙尺度。FoM方法被用来研究各种数据集组合对修正重力（MG）参数的约束能力。我们使用最近改进的HST-COSMOS弱透镜层析成像数据、2 MASS和SDSS LRG巡天的ISW-星系互相关、SDSS-DR 7（MPK）的物质功率谱、WMAP 7的温度和偏振谱、2DF和SDSS-DR 7的BAO以及超新星的Union 2汇编，以及H_0测量和BBN的其他边界。我们使用3个参数化的MG参数，进入扰动场方程。为了允许红移和规模的变化，前2个参数化使用最近建议的函数形式，而第三个是基于分箱方法。使用第一个参数化，我们发现CMB + ISW + WL提供了最强的约束MG参数其次是CMB+WL或CMB+MPK+ISW。使用第二种参数化或分箱方法，CMB+MPK+ISW始终提供一些最强的约束。这表明约束是参数化相关的。我们发现，目前的数据集并没有提高一致的不确定性MG参数，由于最适合MG参数之间的紧张局势，首选不同的数据集。此外，参数化所施加的某些函数形式可能导致这些紧张局势的加剧。接下来，与使用CFHTLS透镜数据的一些研究不同，我们使用改进的HST-COSMOS数据没有发现任何GR偏差，证实了这些研究中先前的声明，即他们的结果可能是由于一些系统性影响。最后，我们发现在所有情况下，对应于GR的值在…
2011-12-27 astro-ph.CO gr-qc
Signatures of Light Massive Relics on nonlinear structure formation
从粒子物理学的角度来看，宇宙学与光大规模遗迹（LiMR）作为暗区的次主导成分是有充分动机的，也可能对物质集群的早期和晚期探测之间的$σ_8$张力产生影响。LiMR对宇宙微波背景（CMB）和大尺度（线性）结构形成的影响已被广泛研究。在本文中，我们开始了一个系统的研究，LiMR的影响较小，非线性尺度上使用宇宙学$N$体模拟，重点对光度星系调查相关的数量。对于我们的大部分研究，我们使用一个特定的非热LiMR模型，但开发的方法很容易推广到一大类LiMR模型-我们明确地证明了这一点，考虑速度分布的Dodelson-Widrow形式。我们发现，在一般情况下，LiMR在小尺度上的影响是不同的$Λ$ CDM宇宙，即使当$σ_8$的值是匹配的模型之间。我们发现，大规模集群周围的弱透镜测量，$\sim 0.1 h^{-1}$ Mpc和$\sim 10 h^{-1}$ Mpc之间，应该有足够的信号噪声在未来的调查区分$Λ$ CDM和LiMR模型，调整到适合CMB数据和大（线性）尺度结构数据在晚些时候。此外，我们发现，不同的LiMR宇宙学是无法区分的传统的线性探针可以区分这些探针，如果它们的速度分布是足够不同的。因此，LiMR模型可以通过联合分析大\textit{and}小尺度上CMB和晚期结构形成的数据来进行最佳测试和约束。
2022-02-20 astro-ph.CO
Are latest detected events of gravitational waves in favor of some models of inflation based on string theory?
幂律暴胀的一般势为$ V(ϕ)\propto ϕ^{n} $与标量场$ϕ$。暴胀的行为通常被称为幂律展开，如$S(η)\propto η^{1+β}$与$1+β<0$。本文将遗迹引力波的理论谱与Advanced LIGO和VIRGO的实测应变灵敏度进行了比较，对应于最新探测到的引力波事件。结果表明，对$β$和$n$的严格约束。此外，所得到的限制表明，特殊类型的潜在的通货膨胀，原型，KKLTI模型，这是起源于弦论，比其他模型更适合。我们的分析表明，遗迹引力波存在更多的探测机会。
2021-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cardassian Universe Constrained by Latest Observations
最新的Ia型超新星资料、WMAP五年资料中CMB第一声峰的位置和SDSS资料中重子声振荡峰的大小对几个Cardassian宇宙模型（包括原始的、修正的多方的和指数的Cardassian宇宙模型）进行了约束。研究了空间平坦宇宙和弯曲宇宙，并考虑了平坦宇宙中物质流体的体粘滞性。
2009-12-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
New Thermal Relic Targets for Inelastic Vector-Portal Dark Matter
我们研究矢量门户非弹性暗物质（DM）模型DM质量$m_χ$和暗光子质量$m_{A'}$，在“禁止暗物质”制度，其中$1 \lesssim m_{A'}/m_χ\lesssim 2$，仔细跟踪整个冻结的暗扇区温度。与对称DM模型相比，暗区的非弹性性质放松了严格的宇宙微波背景（CMB）和自相互作用约束。我们确定的CMB限制，涉及激发态和湮灭到$e^+e^-$通过初始状态辐射的$A'$，以及限制DM自散射，在一个循环的水平进行。无约束的参数空间作为加速器$A'$搜索的理想目标，并提供DM自相互作用截面，该截面足够大以显著地影响小尺度结构。
2021-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Sensitivity of Next-Generation CMB Surveys to Neutrinos and Other Light Relics
本研究利用DRAFT工具对CMB-S4不同巡天配置的$N_\mathrm{eff}$测量灵敏度做Fisher矩阵预测，给出精度结果并探讨其对早期宇宙物理研究的意义。
2026-08-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
On the consistency of $Λ$CDM with CMB measurements in light of the latest Planck, ACT, and SPT data
本研究用高斯过程非参数检验$\Lambda$CDM与Planck、ACT、SPT的CMB各向异性测量数据的一致性，发现不同基准下数据集吻合度有差异，还识别出若干谱特征并验证了Planck数据内部一致性。
2023-08-23 astro-ph.CO gr-qc
Probing light relics through cosmic dawn
研究表明，将SKA等宇宙黎明21厘米巡测与CMB-S4等实验结合，可显著提升$N_{\rm eff}$约束，从而探测多种轻粒子模型。
2024-04-09 astro-ph.CO hep-ph
An overview of the current status of CMB observations
本文简要回顾了宇宙微波背景（CMB）观测的现状，总结了CMB实验在强度和偏振方面的最新结果，以及对宇宙学参数的限制。我们还提出了一个总结当前和未来的CMB实验，特别关注的CMB B模式偏振的追求。
2009-06-16 astro-ph.CO
Impact of the latest measurement of Hubble constant on constraining inflation models
我们研究了在全局拟合中考虑$H_0$的最新局部测量对暴胀模型约束结果的影响。我们利用普朗克CMB全数据、BICEP 2和Keck阵列CMB B模数据、BAO数据以及最新的哈勃常数测量数据对$Λ$ CDM+ $r$ + $N_{\rm eff}$模型进行约束，并将得到的$(n_s, r)$的1 $σ$和2 $σ$等值线与选定的暴胀模型的理论预测进行了比较.我们发现，在这种拟合中，尺度不变性仅在3.3 $σ$水平上被排除，而$ΔN_{\rm eff}>0$在1.6 $σ$水平上更受青睐。自然暴胀模型现在在超过2 $σ$水平时被排除; Starobinsky $R^2$模型只在大约2 $σ$水平时变得更受欢迎;最受欢迎的模型成为自发破缺的SUSY暴胀模型;在这种情况下，膜暴胀模型也与当前数据很好地一致。
2017-04-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
From Cavendish to PLANCK: Constraining Newton's Gravitational Constant with CMB Temperature and Polarization Anisotropy
利用WMAP、BOOMERANG、CBI和ACBAR实验的最新CMB数据和来自大爆炸核合成的独立约束，给出了牛顿引力常量宇宙变化的新约束.我们发现，目前的CMB数据提供的限制在10%的水平，可以提高到3%，包括BBN数据。我们表明，未来的数据预计从普朗克卫星可以约束G在1.5%的水平，而最终的，宇宙方差有限，CMB实验可以达到约0.4%的精度，与目前的实验室测量竞争。
2009-05-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrinos in the holographic dark energy model: constraints from latest measurements of expansion history and growth of structure
详细研究了含有大量中微子和/或暗辐射的全息暗能量模型。计算了HDE模型中的背景和扰动演化。我们采用PPF方法来克服重力不稳定性困难（暗能量的扰动发散）导致的状态方程参数$w$跨越幻影鸿沟$w=-1$在HDE模型与$c<1$。从而推导出HDE模型中各个分量的密度扰动和度规涨落的演化。讨论了大质量中微子和暗辐射对宇宙微波背景辐射各向异性功率谱和HDE情景下物质功率谱的影响。此外，我们还利用最新的膨胀历史和结构生长测量数据，包括普朗克CMB温度数据、重子声学振荡数据、JLA超新星数据、哈勃常数直接测量、弱透镜的宇宙剪切数据、普朗克CMB透镜数据和红移空间畸变数据，对含有大量中微子和/或暗辐射的HDE模型进行了约束.从这些数据的约束条件中，我们发现HDE模型中的$\sum m_ν<0.186$ eV（95 CL）和$N_{\rm eff}=3.75^{+0.28}_{-0.32}$.
2015-03-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fluctuations of cosmological birefringence and the effect on CMB B-mode polarization
宇宙标量场与宇宙微波背景（CMB）光子通过Chern-Simons项耦合产生的宇宙学双折射，可以旋转光子的偏振面，使CMB的E模和B模偏振混合。由动态标量场引起的旋转角可以分解为各向同性的背景部分和各向异性的涨落。背景部分的影响已经在以前的工作中研究过（Zhao & Li，arXiv：1402.4324）。在本文中，我们着重于旋转角的各向异性的影响。我们首先假设宇宙标量场是无质量的，与其他工作一致，我们发现旋转谱可以相当大，这可能被潜在的CMB观测所探测到。然而，如果标量场被认为是经典场，通过对熵和绝热扰动模的详细讨论，我们发现旋转角的各向异性总是太小而不能被探测到，另外，作为本文的主要目标，我们研究了旋转偏振功率谱对遗迹引力波探测的影响。我们发现，旋转B模偏振可以相当大，可以与引力波产生的偏振相媲美。这对宇宙微波背景辐射中残余引力波的探测形成了新的污染。特别地，我们还提出了重建和减去旋转B模偏振的方法，通过该方法，对于引力波检测，残差变得可以忽略。
2014-05-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflation at the End of 2025: Constraints on $r$ and $n_s$ Using the Latest CMB and BAO Data
Sorbonne Université（索邦大学）；INAF/OAS Bologna（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天文台）；INFN, Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所博洛尼亚分部）；Université de Genève（日内瓦大学）；University of Sussex（萨塞克斯大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
利用最新CMB和BAO数据，对暴胀张量标量比r和谱指数n_s进行约束，得到n_s=0.9682±0.0032和r<0.034（95%置信上限），并发现DESI BAO数据使n_s上移至0.9728±0.0029，有利于单场暴胀势。
2026-07-01 astro-ph.CO
Relic gravitational waves in the frame of slow-roll inflation with a power-law potential and the detection
我们得到了标量场具有幂律形式势$V=λϕ^n$的慢卷暴胀中残余引力波的解析解。基于宇宙微波背景辐射（CMB）观测对$n$合理范围的约束，给出了固定标量谱指数$n_s$下张量标量比$r$和暴胀展开指数$β$的严格约束.尽管在低频区域，RGW的频谱几乎不依赖于任何参数，但高频部分将受到几个参数的影响，如$n_s$、再加热温度$T_{RH}$和描述从膨胀结束到再加热过程膨胀的指数$β_s$。我们详细分析了包括量子归一化在内的所有影响RGW高频频谱的因素。我们发现，未来的GW探测器SKA，eLISA，BBO和DECIGO有希望捕捉RGW的信号。此外，BBO和DECIGO不仅有可能区分不同参数的光谱，而且还可以检查量子归一化的有效性。
2013-02-22 astro-ph.CO gr-qc
