Constraints on scalar coupling to electromagnetism
通过实验和观测的限制，我们回顾了标量场（类轴子粒子）与电磁场的可能的非最小耦合。这种耦合的动机是从最近的类星体光谱观测表明可能的空间和/或时间变化的精细结构常数。我们考虑$B_F (ϕ) = 1 + gϕ$形式的电子耦合。耦合参数$g$的最强约束来自于弱等效原理测试，该测试施加$g < 1.6 \times 10^{-17}GeV^{-1}$。这个约束足够强，可以排除这类模型是精细结构常数可观察到的宇宙学变化的原因，除非实施变色龙机制。此外，我们认为，一个类似的耦合发生在变色龙宇宙学，另一个候选暗物质粒子，我们估计这两种效果的宇宙学后果。应该澄清的是，这类模型不一定排除在变色龙机制，可以冻结在高密度实验室区域的标量场的动态的存在。
2017-06-24 astro-ph.CO
ALP Dark Matter, Cosmological Magnetic Fields and the Direct Collapse Black Hole Formation Scenario
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；McGill University（麦吉尔大学）
本研究探讨ALP暗物质与宇宙磁场相互作用如何产生足够的里曼-韦纳光子通量，从而支持直接坍缩黑洞形成模型。
2026-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Coupling quintessence kinetics to electromagnetism
提出quintessence动力学与电磁耦合的一般模型，推广规范动力学函数，引起精细结构常数变化，经贝叶斯分析验证，约束来自原子钟与类星体，未来由ESPRESSO测试。
2023-06-22 astro-ph.CO gr-qc
Secondary Production of Photons from ALP Dark Matter interacting with a Cosmological Magnetic Field
McGill University（麦吉尔大学）；Instituto de Fisica Teorica, UNESP-Universidade Estadual Paulista（圣保罗州立大学理论物理研究所）；Trottier Space Institute, Department of Physics, McGill University（麦吉尔大学特罗蒂尔空间研究所）；Department of Physics, Institute of Science Tokyo（东京科学大学物理系）
假设暗物质是与电磁场通过Chern-Simons项耦合的相干振荡赝标量场，研究其涨落与先存磁场相互作用产生次级光子的过程，并考虑磁场谱分布，发现Lyman-Werner频段光子通量可与CMB和X射线观测约束一致。
2026-07-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Spinor-Unit Field Representation of Electromagnetism Applied to a Model Inflationary Cosmology
电磁场\cite{Nash2010}（含夸克和轻子源）的新的旋量单位场表示通过与标准爱因斯坦引力的最小耦合进行积分，建立了极早期宇宙的拉格朗日模型。耦合的欧拉-拉格朗日场方程的解产生比例因子$a(t)$（共动坐标），其最初以指数方式将$N$ e倍从$a(0) \approx 0$增加到$a_{1} = a(0) {e}^{N} $（示出了$N$ = 60），然后以指数方式减小，然后以指数方式增加到$a_{1}$，等等几乎周期性地。（振荡宇宙学模型是未知的，并且已经从弦理论和圈量子引力导出。不知道比例因子是否能逃脱这个周期性陷阱。这个模型在以下几个方面值得注意：$\{1\}$除了引力之外的所有基本场都是由旋量场实现的。$\{2\}$描述了\emph{unit}场$\mathbf{u}$和具有暗能量形式的光子波函数的一般化之间的合理联系，并概述了一个简单的自然场景，将宇宙总能量的一部分分配给这种形式的暗能量。$\{3\}$找到了纯Einstein- Maxwell方程的一个近似解，这一方法与著名的辐射支配宇宙的Friedmann模型的求解方法不同。
2015-04-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark Energy coupling with electromagnetism as seen from future low-medium redshift probes
在标准宇宙学模型之外，宇宙的晚期加速膨胀可以通过引入额外的动力学标量场来再现。在这种情况下，这个场会自然地耦合到理论的其余场，除非（仍然未知的）对称性抑制了这种耦合。因此，这可能会导致一些观测结果，例如自然界基本常数的时空变化。本文研究了动力学暗能量模型与电磁场之间的耦合，以及相应的精细结构常数（$α$）相对于标准局域值$α_0$的演化.特别是，我们得到两个动力学暗能量模型参数化（Chevallier-Polarski-Linder和早期暗能量模型）和电磁耦合$ζ$的联合约束，预测未来的中低红移观测。我们结合超新星和弱透镜测量从欧几里得实验与高分辨率光谱测量的基本耦合和红移漂移从欧洲极大望远镜，突出每个探头的贡献。此外，我们还考虑的情况下，该领域的驱动$α$的演变是不是一个负责宇宙加速和调查如何未来的观测可以约束这种情况。
2014-02-03 astro-ph.CO
First CMB Constraints on Direction-Dependent Cosmological Birefringence from WMAP-7
一个新的标量场与电磁场的陈-西蒙斯耦合可能会引起宇宙学双折射，即电磁波在宇宙学距离上传播时线偏振的旋转。先前的工作已经通过寻找均匀旋转在CMB温度/偏振中产生的违反宇称的TB和EB相关性来寻求这种旋转，假设旋转角度在整个天空中是均匀的。然而，如果引起宇宙双折射的标量场具有空间波动，那么旋转角度可能会在整个天空中变化。在这里，我们寻找方向依赖的宇宙学双折射的WMAP-7数据。我们报告的第一CMB约束的旋转角功率谱的多极L = 0和L = 512之间。我们还获得了一个68%的置信水平上限为1度的尺度不变的旋转角功率谱的四极的平方根。
2012-10-07 astro-ph.CO physics.data-an
Investigating dark energy by electromagnetic frequency shifts
通过考虑电磁学的扩展理论（ETE），所观察到的红移$z$可能由膨胀红移$z_{\rm C}$和朝向红色或蓝色的附加频移$z_{\rm S}$组成。事实上，大质量光子理论-光子具有如在de Broglie-Proca理论中的真实质量或如在标准模型扩展（SME）中的有效质量，基于洛伦兹-庞加莱对称破坏（LSV）或非线性电磁（NLEM）理论，可以在背景（间）星系电磁场的存在下诱导宇宙膨胀独立的频率偏移，并且在相关的LSV场的情况下，即使两个场都是恒定的。我们已经测试了这一预测考虑万神殿目录，由1048超新星Ia，和15 BAO数据，为不同的宇宙学模型的特点是没有一个宇宙学常数。从这些数据中，我们计算出哪些$z_{\rm S}$值与观测结果相匹配，跨越宇宙学参数（$Ω$密度和哈勃-勒梅特常数）域。我们的结论是，频移$z_{\rm S}$可以支持加速膨胀的替代方案，由于$z_{\rm S}$的光路依赖性，自然地容纳距离模量与红移图中的每个SN Ia位置。最后，我们简要地提到实验室测试方法来研究ETE预测的额外变化。
2022-02-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological magnetic field survival
人们普遍认为，原始磁场被宇宙的膨胀大大稀释了。因此，宇宙学磁场与天体物理学相关的剩余强度通常是通过超越标准宇宙学，或通过扩展传统的电磁理论来寻找的。然而，在空间开放的弗里德曼宇宙中，原始起源的强B场的生存是可能的，而不改变传统的电磁学。原因是这些时空的双曲几何，它减慢了绝热磁衰减速率，并导致它们在大尺度上的超绝热放大。到目前为止，已经发现这种效应作用于包含辐射或慢滚动标量场的弗里德曼背景。我们在这里表明，超绝热放大的大尺度磁场，产生的量子涨落在通货膨胀，基本上是独立的类型的物质填充的宇宙，似乎是一个通用的功能开放弗里德曼时空。我们估计任何剩余场在一个稍微开放的宇宙中的后期强度，并表明它可以很容易地满足发电机发电的要求，今天在星系中观察到的磁场。
2011-04-07 astro-ph.CO gr-qc
Cross-Correlation of Cosmological Birefringence with CMB Temperature
新粒子和早期宇宙物理学的理论充满了当全球对称性自发破缺时产生的伪南武-戈德斯通场。这些场与电磁学的陈-西蒙斯项的耦合可能会产生宇宙双折射（CB），这是光子在宇宙距离上传播时线性偏振的频率无关旋转。CB感应场的不均匀性可能会产生在整个天空中变化的旋转角度。在这里，我们注意到，这种空间变化的双折射可能与宇宙微波背景（CMB）的温度。我们描述了这种互相关存在的精粹方案和其他情况下，标量场只是一个无质量的观众场，在这种情况下，互相关不存在。我们讨论了如何用CMB偏振测量CB旋转角和CMB温度之间的互相关。这种测量可以提高对CB信号的灵敏度，并且它可以帮助区分不同型号的CB。
2011-04-08 astro-ph.CO
On inflating magnetic fields, and the backreactions thereof
我们更深入地研究了在暴胀时产生宇宙学磁场的模型中的反作用问题。通过选择不同的、由物理驱动的参数化，我们能够分离出问题的核心，也就是说，除了所需的磁场之外，还存在着它的电对应物，后者通常更强、更红。我们还能够以一种独立于暴胀和电磁之间耦合的规范的方式，识别出更多交织在一起的弱点（通常非常高的暴胀尺度，暴胀处理的模式谱的宽度，放大机制对处理的能量尺度的盲目性）。尽管已经将问题剥离到核心，但遇到的障碍似乎无法克服，从而对作为宇宙磁性孵化器的暴胀提出了挑战。
2011-12-13 astro-ph.CO hep-ph
Laboratory search for a quintessence field
宇宙标量场在时间上非常缓慢地演化可以解释观测到的宇宙暗能量。与宇宙学常数不同，演化的标量场也因重力而具有局部空间梯度。如果标量场与电磁场的耦合导数极小，则会导致麦克斯韦方程组的修正。特别地，在存在由地球重力产生的标量场梯度的情况下，具有磁场的区域看起来是带电的，并且具有电场的区域看起来包含电流。我们提出了实验来检测这样的影响，灵敏度超过目前的限制，从宇宙学双折射的测量标量场相互作用。如果标量场与费米子有导数耦合，它也会在精密的自旋进动实验中产生可观察到的效应。
2013-02-28 astro-ph.CO gr-qc physics.atom-ph
Constraining Variations in the Fine Structure Constant in the presence of Early Dark Energy
我们讨论了当前和未来的宇宙学约束的精细结构常数$α$的变化引起的早期暗能量组件具有最简单的允许（线性）耦合到电磁。我们发现，目前的宇宙学数据显示，相对于目前的值，在复合时的精细结构常数没有变化，在95% c.l.时，$α$ / $α_0$ = 0.975 \pm 0.020，将早期暗能量中的能量密度限制为在95% c.l.时$Ω_e$ < 0.060。此外，我们考虑的约束参数量化的耦合强度的标量场。我们发现，目前的宇宙学约束的耦合是约20倍弱于当地可获得的（来自等效原理测试）。然而，即将到来或未来的任务，如普朗克勘测者和CMBPol，可以匹配，甚至可能超过目前的本地测试的灵敏度。
2011-04-05 astro-ph.CO
The Dark Magnetism of the Universe
尽管麦克斯韦电磁学成功地描述了小尺度上的电磁相互作用，但我们对宇宙学距离上电磁场的行为知之甚少。因此，最近有人提出，暗能量和宇宙磁场起源的问题可能指向麦克斯韦理论在大尺度上的修正。在这里，我们回顾这样一个建议，其中通常被消除的标量状态是由洛伦兹条件允许传播。在超哈勃尺度上，新模式本质上是由电磁势的时间分量给出的，并作为能量动量张量的有效宇宙学常数。新的状态可以从暴胀过程中的量子涨落产生，它表明，宇宙学常数的预测值与观测一致，假设暴胀发生在电弱尺度。我们还考虑更一般的理论，包括非最小耦合时空曲率的存在下的时间电磁背景。我们表明，无论是在最小和非最小的情况下，修改后的麦克斯韦方程组包括新的有效电流项，可以产生磁场从亚银河尺度到目前的哈勃视界。相应的振幅可能足以产生一个星系发电机，甚至可以解释原星系云中的坍缩和差异旋转观测。
2011-12-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Do intergalactic magnetic fields imply an open universe?
在高红移和空的星系际空间探测到的磁场支持了宇宙磁场有一个原始起源的观点。假设麦克斯韦电磁学和广义相对论成立，并且不引入任何“新”的物理学，我们展示了所观察到的磁场如何在一个边缘开放的弗里德曼宇宙中从暴胀时代很容易地幸存下来，但在一个平坦或边缘封闭的宇宙中却很难做到这一点。磁场在开放和封闭的弗里德曼模型中演化非常不同。在今天的宇宙中存在着重要的磁场，这需要原始播种，因此可能提供了强有力的证据，证明宇宙是边缘开放的，而不是边缘封闭的。
2012-11-09 astro-ph.CO gr-qc
Origin of cosmic magnetic fields: Superadiabatically amplified modes in open Friedmann universes
开放弗里德曼宇宙中的宇宙学磁场可以在常规电磁学的范围内经历超绝热放大。这在数学上是可能的，尽管麦克斯韦方程组具有共形不变性，因为具有非欧空间几何的弗里德曼时空并不全局共形于闵可夫斯基空间。从物理上讲，这意味着即使是今天稍微开放的宇宙也可以维持比以前预期的更强的大规模磁场。在这篇文章中，我们将更详细地研究这种纯粹的几何放大机制，重点关注双曲空间几何的暴涨弗里德曼模型中电磁模式的早期演化。这也使我们能够改进早期的数值估计，并提供剩余的，超磁放大的磁场的电流谱。
2012-07-26 astro-ph.CO gr-qc
Evolution of the Chameleon Scalar Field in the Early Universe
为了满足从大爆炸核合成（BBN）到今天的粒子质量允许变化的限制，变色龙标量场需要在其宇宙学演化的早期达到其吸引子解。Brax等人（2004）已经证明，在暴胀结束时，变色龙场的某些特定初始条件下，这是可能的。然而，如果变色龙被视为暗能量的天然候选者，那么实现这一点所需的极端微调就会带来一个问题。在这篇文章中，我们重新审视了早期宇宙中变色龙的行为，包括Brax等人提出的电磁耦合。通过求解含有原初磁场的变色龙演化方程，我们发现在暴胀结束时变色龙场的严格初始条件可以放宽，并确定了原初磁场强度的下界.
2012-11-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A scenario for inflationary magnetogenesis without strong coupling problem
宇宙磁场遍及整个宇宙，从小到大。由于它们显然延伸到星系际介质中，因此很难相信它们有一个原始的起源，可能是在膨胀过程中产生的。然而，找到一致的暴胀磁生的情况是一个具有挑战性的理论问题。避免电磁能量的过度产生以及避免进入以电磁耦合常数的大值为特征的强耦合状态的要求通常允许在充气期间仅产生微小幅度的磁场。我们提出了一个方案，建立规范不变的模型，可能没有这些问题的暴胀磁。这个想法是在暴胀时代，将一个动力学标量（不一定是暴胀子）与费米子场和电磁场进行衍生耦合。这样的耦合提供了额外的自由度来控制在膨胀期间电磁耦合常数的时间依赖性。这一事实使我们能够找到条件，以避免强耦合的问题，影响许多现有的模型的磁。我们不需要依赖于特定的通货膨胀设置来发展我们的情景，这可能适用于不同的通货膨胀实现。另一方面，必须对与费米子和电磁力导数耦合的标量动力学提出具体要求，我们能够在明确实现我们的提议时满足这些要求。
2015-03-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology in a certain vector-tensor theory of gravitation
我们在一定的引力矢量张量理论（以下简称VT）的框架内研究相关的宇宙学课题。这一理论首先与所谓的扩展电磁学（EE）进行比较。这些理论有一个显著的相似之处，都解释了宇宙学常数的存在。结果表明，在EE中，一个积极的暗能量密度需要一个拉格朗日导致量子鬼，而VT是免费的，从这些鬼。鉴于这一事实，本文的其余部分致力于在VT框架下研究宇宙学。初始条件，在高红移，被用来解决所有VT标量模式的演化方程。特别是，VT的某个标量模式特征--它在广义相对论（GR）中没有出现--被选择为单独演化。也就是说，基于GR的标准模型的标量模不影响VT特征模的演化，但该标量模影响GR标准模型的演化。一些著名的合适的代码（CMBFAST和COSMOMC）已被修改，包括我们的VT初始条件和发展方程，这是完全通用的。其中一个基于标准统计方法的代码已被用于拟合关于Ia超新星和宇宙微波背景各向异性的VT预测和观测证据。在此拟合中使用了七个自由参数。其中六个是GR宇宙学中经常使用的，第七个是VT的特征。从统计分析可以看出，在解释宇宙学观测证据时，VT似乎比GR更有优势。
2014-04-02 astro-ph.CO
Causality, initial conditions, and inflationary magnetogenesis
当考虑到两个基本问题时，暴胀后产生的磁场的演化，无论是传统的还是非传统的，都会发生巨大的变化。第一个是因果关系，它要求局部物理过程永远不会影响超视界扰动。第二个是从暴胀到再加热再到辐射时代的过渡的性质，这决定了这些时代开始时的初始条件。因果关系意味着暴胀磁场不会冻结在物质中，直到它们重新进入因果视界。另一方面，宇宙学跃迁的性质和相关的初始条件决定了暴胀后的大尺度磁演化。两者加在一起，可以在宇宙的后暴胀演化过程中减缓超视界尺度上的绝热磁衰变，从而导致相当强的残余磁场。这对宇宙磁场发生的常规和非常规情景都是“好消息”。特别是，在标准电磁场之外运行的机制，在膨胀期间不需要太多地增强它们的场，以产生可以为今天的银河发电机提供能量的种子。事实上，即使是常规产生的膨胀磁场也可能维持发电机。
2016-05-26 astro-ph.CO gr-qc
Observing primordial magnetic fields through Dark Matter
原始磁场通常被认为是早期宇宙的种子，已经发展成我们今天所观察到的银河系和银河系外的磁场。由于原始磁场的强度很小，在宇宙学和天体物理学观测中很难探测到。我们展示了如果中性暗物质的一部分具有磁化率，这种变化是如何发生的。通过这种方式，通过研究暗物质，人们可以获得有关原始磁场性质的信息，即使后者具有同向振幅$B_0 \lesssim0.01~\mbox{nG}$。在我们的模型中，暗物质是一个稳定的单重标量$χ$，它通过瑞利算符与电磁场相互作用为$χ^2 F_{μν} F^{μν}/Λ^2$。对于存在于早期宇宙中的原始磁场，这个算符迫使模型的$Z_2$对称性自发破缺。后来，当原始磁场红移到临界值以下时，对称性通过“逆相变“恢复。在这一点上，磁场$χ$开始振荡，并作为一个“磁态”的暗物质组成部分，继承了原始磁场空间分布的属性。特别地，对于磁场波动的几乎平坦的频谱，标量$χ$携带统计各向异性等曲率模式。我们讨论的参数空间的模型，并考虑的可能性，大部分的暗物质是由相同的粒子$χ$通过冻结机制产生。
2020-10-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Impact of magnetic fields on Population III star formation
宇宙中第一批恒星形成的理论，即所谓的第三星族理论（PopIII），迄今为止在很大程度上忽略了磁场的影响。补充最近的一系列研究的磁流体动力学（MHD）方面的Pop III恒星形成，我们在这里进行了一套理想化的数值实验，我们确定如何修改原始原恒星盘的碎片属性，如果MHD效应存在。具体而言，从宇宙学的初始条件，我们专注于在选定的minihalo在红移$z\sim$ 25的中心区域，插入一个磁场在中间的演化阶段，归一化的均分值的一小部分。为了探索参数空间，我们考虑不同的场的几何形状，包括均匀的，径向的，环形的，和极向场的配置，与环形配置是最现实的。在场被插入之后，对于密度为8个数量级的$\sim$，气体的坍缩被跟踪，直到达到最大值$10^{15}{\rm \,cm}^{-3}$。我们发现，磁场导致气体的坍缩延迟。此外，环向场对坍缩的影响最大，因为它抑制了围绕中心核心的新兴圆盘的破碎，并导致形成更大质量的核心。因此，要充分理解Pop~III恒星的形成及其质量分布，就需要考虑磁场的影响。我们进一步得出结论，理想的MHD只是在这一努力的第一步，后续的耗散效应，如双极扩散和欧姆耗散的综合治疗。
2022-08-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
