Unveiling the Galaxy Cluster - Cosmic Web Connection with X-ray observations in the Next Decade
近年来,星系团外围已成为研究宇宙大尺度结构生长的新前沿和独特实验室之一。现代宇宙学流体动力学模拟对发射X射线的星系团内介质的热力学和化学演化做出了可靠和可检验的预测。然而,最近的X射线和Sunyaev-Zeldovich效应观测揭示了与理论预测的神秘分歧,这激发了对在星团外围的Virialization区域运行的大量天体物理过程的更深入研究。星系团外围的许多物理性质与核心有着本质的不同,核心是过去几十年来X射线星系团科学研究的主要焦点。为了揭示星系团和宇宙网成长的全部情况及其在宇宙学中的应用,需要下一代X射线望远镜,该望远镜应在大视场上具有亚弧秒空间分辨率,并具有低而稳定的仪器背景。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Great Surveys of the Universe
展望下一个十年,想象一下2020年的天文学景观,很明显,天文调查,无论大小,加上广泛的后续项目,将是我们专业进步的巨大引擎。长期以来,勘测在天文学中发挥着至关重要的作用,在未来几十年里,随着我们对宇宙的深入探索,勘测将变得更加重要。事实上,人们可以把未来20年称为“大调查时代”。下一代巡天将探测范围广泛的天文物体和现象,包括行星、恒星、气体、星系、背景辐射、暗物质、暗能量、简并物质、致密物体、黑洞、磁场、宇宙射线粒子、中微子、重力波和外来物(粒子、拓扑缺陷等)。这份立场文件倡导的首要主题是,真正的宇宙巡天是由各种各样的“大巡天”和对这些巡天的利用构成的。许多拟议的十年活动和设施要么明确是巡天望远镜,要么计划投入大量时间进行科学调查。另一些望远镜,如大口径窄视场望远镜,则旨在进行有针对性的详细观测,这是测量的必要对应或后续工作。为了讨论诸如此类的首要问题,天文学大巡天讲习班于2008年11月20日至22日在新墨西哥州圣达菲举行,由LANL高级研究所和AUI赞助。
2009-04-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Decade of Dark Energy: 1998 - 2008
1998年到2008年是宇宙学非常激动人心的一年。我很高兴接受邀请,介绍我在过去十年中为发展我们对宇宙的认识和理解所作的贡献。在这里,我首先描述了我的一些工作在无线电星系作为一个修改的标准尺度,并继续描述模型独立的研究加速宇宙和暗能量的属性。在这些研究的过程中,我发现了一些有趣的方法来研究超大质量黑洞的自旋和其他性质,其中一些是简要提到的。
2009-01-18 astro-ph.CO
Understanding the Astrophysics of Galaxy Evolution: the role of spectroscopic surveys in the next decade
在过去的十年中,光学光谱巡天已经描述了低红移星系群的特征,并发现了z ~ 7的恒星形成星系群。这项工作表明,星系的建设和黑洞增长的主要时期发生在红移2至3。一致LCDM宇宙学的建立使星系群体研究的重点从限制宇宙学参数转移到描述星系形成和演化的过程上,在未来的十年里,高红移观测者将试图建立一个将高红移宇宙中的星系与今天的星系联系起来的相干演化图像。为了将不同红移的星系群联系起来,我们不仅要系统地描述它们的演化,还必须确定哪些物理过程是导致星系演化的原因。在理解星系从z ~ 1演化到今天的过程方面已经取得了相当大的进展。大规模的近红外光谱测量需要将这些研究推回到星系形成的主要时期。只有这样,我们才能理解像我们银河系这样的L* 星系形成的全部故事。一个大型的近红外光谱测量也将提供所需的校准,以避免在大型光度计计划提出的研究暗物质和暗能量的性质系统。我们提供了一个多目标的0.4至1.8微米摄谱仪,它可以放置在现有的望远镜,这将允许一个完整的特性的星系人口到z ~ 2的轮廓设计。我们强烈建议进行认真的进一步研究,以设计一个真正的仪器,这将是星系形成研究所需的,以推进到下一个前沿。
2009-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Direct dark matter detection: the next decade
直接暗物质搜索是识别暗物质粒子性质的有前途的技术。我描述了这一研究领域的未来,重点是在未来十年内可以实现的问题。我将介绍主要的技术和研发项目,这些技术和研发项目将允许建造所谓的终极WIMP探测器,能够探测自旋无关的相互作用,直到不可约的中微子背景接管之前的1 e-48 cm 2的不可解释的低截面。如果在不久的将来暗物质实验中有了新的发现,这些探测器将能够限制WIMP的性质,如质量、散射截面和可能的自旋。有了大型强子对撞机和间接搜索的输入,直接探测实验将有望确定局部密度,并限制我们的暗物质晕的局部相空间结构。
2012-11-30 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Dark Matter Structures in the Universe: Prospects for Optical Astronomy in the Next Decade
引力驱动的等级结构形成的冷暗物质理论通过解释宇宙距离和时间的大跨度上的物质分布而赢得了它作为范例的地位。然而,它的核心原则,即宇宙中的大多数物质都是黑暗的和奇异的,仍然没有得到证实;暗物质假设是足够大胆的,以继续保证各种各样的测试电池。虽然局部搜索暗物质粒子或其湮灭信号可以证明物质本身的存在,但对宇宙学暗物质的原位研究对于充分理解其在结构形成和演化中的作用至关重要。我们认为,引力透镜提供了最干净和最深远的探测宇宙中的暗物质,它可以与其他观测技术相结合,以回答最具挑战性和最令人兴奋的问题,将推动该主题在未来十年:什么是亚星系尺度上的质量分布?星系盘是如何形成的,而在暗物质晕中又是如何膨胀的?CDM对晕结构的预测有多准确?我们能区分对新物质(暗物质)的需求和对新物理学(偏离广义相对论)的需求吗?暗物质到底是由什么构成的?我们建议,在这个程序中的中心工具应该是一个宽视场的光学成像调查,其真正的价值是实现与支持的形式,高分辨率,有节奏的光学/红外成像,和高通量光学光谱。
2009-02-17 astro-ph.CO
Spectral Evolution Models for the Next Decade
光谱演化模型是确定星系中恒星含量的一种广泛使用的工具。我提供了一个审查的最新进展,恒星大气和演化模型,重点是大质量恒星。与中低质量恒星的情况相反,光谱合成模型目前面临的主要挑战是现有恒星演化模型的不确定性和快速修正。光谱库,特别是那些从热星的理论模型大气中提取的光谱库,相对成熟,可以补充经验模板,以获得更大的参数空间覆盖范围。我介绍了一个新的紫外光谱库的基础上的理论辐射流体动力学大气的热大质量恒星。这个库在高红移的恒星形成星系中的应用,即,莱曼破裂星系,将提供新的见解的丰度,初始质量函数和年龄的恒星在非常早期的宇宙。
2009-10-07 astro-ph.CO astro-ph.SR
Cosmology Intertwined I: Perspectives for the Next Decade
标准的$Λ$冷暗物质宇宙学模型提供了一个惊人的描述广泛的天体物理和天文数据。然而,有几个大的开放问题,使标准模型看起来像一个更现实的情况下,仍然需要充分理解的一阶近似。在这封兴趣信中,我们将列出未来十年需要解决的几个重要目标,同时考虑到目前不同宇宙学探测器之间存在的不一致性,如哈勃常数$H_0$值,$σ_8 - S_8$张力和普朗克结果中存在的异常。最后,我们将概述升级的实验和下一代空间任务和地球上的设施,这对解决所有这些问题至关重要。
2020-10-13 astro-ph.CO hep-ph
The Hubble tension: A decade review
Ningbo University(宁波大学);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)(中国科学院理论物理研究所);Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP)(亚太理论物理中心)
综述哈勃常数张力的现状,探讨早期与晚期宇宙观测差异的起源,并评述通过修改声视界、超新星绝对星等或相互作用暗能量模型等解决方案。
2026-07-15 astro-ph.CO
Enduring Quests-Daring Visions (NASA Astrophysics in the Next Three Decades)
在过去的三十年里,天文学和天体物理学取得了巨大的进步。从探索我们的太阳系开始,一直到今天的开拓性探索者和大天文台,NASA的任务为这些进步做出了重要贡献。该路线图为NASA天体物理学的未来提出了一个科学驱动的30年愿景,该愿景建立在这些成就的基础上,以解决我们一些最古老和最基本的问题:我们是孤独的吗?我们是怎么到这里来的?宇宙是如何运作的?对答案的探索构成了本路线图的持久任务。基于《新世界,新视野》中确定的优先事项,我们设想未来的科学调查将分为三个时代,每个时代代表一个特定领域大约十年的任务发展。近期Era包括正在进行的NASA领导的活动和计划的任务。接下来是形成时代的任务,它将建立在先前的技术发展和科学发现的基础上,具有非凡的能力,能够在天体物理学领域取得突破。然后,这些将为有远见的时代的大胆愿景奠定基础:使命和探索将使我们深入到未知的科学和技术领域。本文概述的路线图将需要在未来30年内实施雄心勃勃的计划的愿景和资金。这些发现将激励一代又一代的老老少少的公民科学家,并在未来几十年激励全人类。
2014-01-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Listening Across the Cosmic Time: Standard Sirens from Ground- and Space-Based Missions in the Next Decade
本研究预测了未来十年结合地基LVK网络与空基LISA的标准汽笛观测,联合电磁对应体红移测量可在多红移段实现高精度哈勃参数约束,同时指出无电磁对应体的标准汽笛贡献有限且需注意质量分布演化的系统误差。
2025-10-03 astro-ph.CO
A High-resolution SZ View of the Warm-Hot Universe
Sunyaev-Zeldovich(SZ)效应在近50年前首次被预测,但直到最近才成为一种成熟的工具,用于对星系、星系群和星系团内部和之间的温暖和热电离气体进行高分辨率研究。星系群和星系团是宇宙学的强大探测器,它们也是宇宙中大约一半星系的宿主。在这份白皮书中,我们概述了我们对未来十年通过空间和光谱分辨的SZ效应测量来理解温暖宇宙的热力学和运动学性质的进展。其中许多进步将通过现有设施上新的/即将推出的毫米/亚毫米(mm/submm)仪器来实现,但真正的变革性进步将需要建设具有更大视场和更宽频谱覆盖范围的新设施。
2019-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Snowmass2021 Cosmic Frontier: The landscape of low-threshold dark matter direct detection in the next decade
本文综述meV至GeV低阈值暗物质直接探测的科学动因、最新进展与未来机遇,并指出通过研发投入和小型项目组合可在未来十年拓展未探索参数空间。
2023-04-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Peeking into the next decade in Large-Scale Structure Cosmology with its Effective Field Theory
本文将 EFT 全形状分析与“微扰性先验”应用于 DESI 和 MegaMapper,预测其在中微子质量、曲率及原初非高斯性等参数上的显著提升。
2025-09-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Instantaneous Redshift Difference of Gravitationally Lensed Images: Theory and Observational Prospects
由于我们宇宙的膨胀,遥远物体的红移随时间而变化。虽然这种红移漂移的幅度很小,但它将在下一代望远镜上进行长达十年的运动。在这里,我们提出了另一种观点的红移漂移捕捉宇宙的膨胀在一个时代的观测的多个图像的引力透镜源。考虑到一个足够大的透镜,具有几十个数量级的相关时间延迟,同时到达探测器的光子将在一个图像中比另一个图像早几十年发射,导致图像之间的瞬时红移差异。我们还研究了特殊速度对观测图像中红移差的影响。虽然仍然需要下一代望远镜和仪器的观测能力,但这种单历元探测相对于其他红移漂移测量的优势在于,它不太容易受到系统性影响,而系统性影响是由于需要仪器在长达十年的活动中保持稳定而造成的。
2022-10-07 astro-ph.CO gr-qc
Non-Gaussianity as a Probe of the Physics of the Primordial Universe and the Astrophysics of the Low Redshift Universe
一个新的和强大的宇宙结构的起源和演化的探测器已经出现,并在过去十年中积极发展。在接下来的十年里,非高斯性,即,研究非高斯分布对宇宙涨落关联的贡献,将成为探索早期宇宙和晚期宇宙的重要手段。具体而言,它将在促进我们对宇宙学和天体物理学两个基本方面的理解方面发挥主导作用:(i)为大尺度结构创造原始种子的非常早期宇宙的物理学,以及(ii)后来通过引力不稳定性和气体物理学的结构生长。迄今为止,对宇宙微波背景(CMB)和宇宙大尺度结构(LSS)的涨落观测主要集中在高斯贡献上,这是通过密度涨落的两点相关(或功率谱)来测量的。然而,更大量的信息包含在非高斯中,因此仍有很大的发现空间有待探索。许多观测探测器都可以用来测量非高斯性,包括CMB、LSS、引力透镜、莱曼α森林、21厘米起伏,以及稀有天体的丰度,如星系团和高红移星系。对非高斯性的研究不仅可以最大限度地提高当前和未来大量宇宙学实验和观测的科学回报,而且还为未来十年的重要发现带来了巨大的潜力。
2009-04-19 astro-ph.CO
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
Advancing the Landscape of Multimessenger Science in the Next Decade
过去的十年给多信使科学带来了深刻的变革。十年前,已经建成或正在建设的设施最终将发现我们宇宙中物体的性质可以通过多个信使检测到。尽管如此,多信使科学几乎只是一个梦想。IceCube发现了天体物理学上的中微子流,LIGO首次观测到了引力波,首次联合探测到了引力波和光子,以及中微子和光子,这些都最终实现了我们的远见。今天,我们生活在多信使时代的黎明。过去十年多信使运动的成功将多信使科学推向了粒子物理学和天体物理学界优先科学领域的前沿。多信使科学提供了新的方法来测试关于物质和能量性质的基本理论,特别是在地球上无法复制的条件下。本白皮书将介绍科学和设施,这将为粒子物理界提供机会,重申其承诺,并保持其在多信使科学中的领导地位。
2022-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Snowmass2021 Cosmic Frontier: Report of the CF04 Topical Group on Dark Energy and Cosmic Acceleration in the Modern Universe
新千年的宇宙学观测极大地增加了我们对宇宙的理解,但一些基本问题仍然没有答案。这份专题小组报告描述了在未来几十年里通过将观测扩展到$z<6$宇宙来解决这些问题的最佳机会。在现代宇宙和暴胀时期,我们对宇宙加速的理解发生革命性变化的最大机会将由一个新的第五阶段光谱设备(Spec-S5)提供,该设备将结合大望远镜孔径,宽视场和高复用。这样的设施可以同时提供较低红移的密集星系样本,以提供小尺度结构增长的可靠测量,以及红移$2<z<5$的样本,以测量最大尺度的宇宙结构,跨越足够的体积来探测膨胀的原始非高斯性,以在广泛的尺度上搜索膨胀功率谱的特征,在探索不足的领域测试暗能量模型,并确定中微子的总质量和光遗迹的有效数量。在Spec-S5的同时,还应该在较小的规模上寻求一些引人注目的机会。分析DESI和LSST数据的科学合作将需要各种活动的资金,包括交叉调查模拟和综合分析。这些实验的结果可以通过更小的程序来获得补充数据,包括对超新星和光谱学的后续研究,以改善光度红移测量。最好的未来使用的维拉C。鲁宾天文台应该在第一次LSST分析完成后,在本世纪末进行评估。最后,对开拓者项目的投资可以使强大的新宇宙学探测器在未来几十年内上线。
2022-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Report of the Topical Group on Cosmic Frontier 5 Dark Energy and Cosmic Acceleration: Cosmic Dawn and Before for Snowmass 2021
本报告总结了Snowmass 2021 CF 5工作组关于暗能量和宇宙加速的设想研究活动:宇宙黎明及之前。科学目标是研究膨胀,并通过精确测量早期宇宙的残余辐射来寻找新的物理学。本十年(2025- 2035年)设想的研究活动是建造和运营主要设施,并开发关键的使能能力。这十年的主要设施是CMB-S4项目,一个新的第五阶段光谱测量设施,以及现有的引力波观测站。使能能力包括调整和投资于理论、计算和模型构建,并投资于未来十年(2035+)早期宇宙研究所需的新技术。
2022-09-17 astro-ph.CO hep-ex
Probing the origin of our Universe through cosmic microwave background constraints on gravitational waves
下一代用于测量宇宙微波背景(CMB)偏振的仪器将为打开通向原始宇宙的引力波窗口提供历史性机遇。通过对原始引力波的高灵敏度搜索,以及对相变等过程中释放的能量的更严格限制,未来十年的CMB偏振数据有可能改变我们对宇宙形成背后的物理定律的理解。
2019-03-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The Origin of the Universe as Revealed Through the Polarization of the Cosmic Microwave Background
现代宇宙学尖锐的问题提出了几千年来关于我们的宇宙栖息地的起源。这些古老的问题已经转变为两个紧迫的问题,准备在未来十年内展开攻击:宇宙是如何开始的?在最高能量下,什么物理定律支配着宇宙?这些问题最清晰的窗口是宇宙微波背景(CMB)中的偏振模式,它对原始重力波非常敏感。探测到由重力波产生的特殊图案不仅是一个前所未有的发现,而且是对我们宇宙最早可观测时刻物理学的直接探索。在未来十年中绘制CMB极化的实验将引导我们朝着回答这些古老问题迈出第一步。
2009-02-22 astro-ph.CO
Cosmic inventory of the background fields of relativistic particles in the Universe
本文构建了迄今最全面的河外背景谱开放数据库,结合27个频率数量级的多信使测量,验证了河外背景与恒星形成及超大质量黑洞吸积宇宙历史的一致性,为理解中微子和超高能宇宙射线起源提供关键工具。
2025-09-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST): A Technology Roadmap for the Next Decade
先进技术大孔径空间望远镜(ATLAST)是下一代UVOIR空间天文台的一套任务概念,其主孔径直径在8米至16米范围内,将使我们能够进行一些最具挑战性的观测,以回答我们一些最引人注目的问题,包括“银河系其他地方是否有生命?“我们已经确定了两种不同的望远镜架构,但具有类似的光学设计,这些架构涵盖了可行技术的范围。该架构是一个望远镜与单片主镜和两个变化的望远镜与一个大的分段主镜。这种方法为我们提供了几种实现任务的途径,随着我们技术的发展,这些途径将缩小到一条。这些概念继承了HST和JWST的设计,但也与这些设计有很大的不同,以最大限度地减少复杂性、质量或两者兼而有之。我们的报告提供了任务概念的细节,展示了它们将实现的非凡科学进步,并描述了最重要的技术开发项目。这些是反射镜,探测器和高对比度成像技术,无论是在天文台内部,还是使用外部遮光器。JWST的经验表明,在新天文台的开发合同和飞行机会的激励下,坚定的竞争对手能够在技术和运营性能方面取得巨大进步,同时将建设成本保持在与以前的大型天文台相同的规模上。
2009-05-08 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
Gravitational-wave cosmology across 29 decades in frequency
早期宇宙中引力场的量子涨落被暴胀放大,产生了一个跨越宽频带的原始引力波背景。我们得出的限制,这种引力辐射的频谱,因此对早期宇宙的理论,结合实验,覆盖29个数量级的频率。其中包括普朗克观测宇宙微波背景温度和偏振功率谱和透镜效应,以及重子声学振荡和大爆炸核合成测量,以及新的脉冲星定时阵列和地基干涉仪极限。虽然个别实验限制了特定频段的引力波能量密度,但实验的组合使我们能够限制宇宙学参数,包括暴胀光谱指数$n_t$和张量标量比$r$。从个别实验的结果包括最严格的纳赫兹限制的原始背景迄今从帕克斯脉冲星定时阵列,$Ω_{\rm gw}(f)<2.3\times10^{-10}$。仅宇宙微波背景的观测就将95%置信度的引力波指数限制为$n_t\lesssim5$,张量标量比为$r = 0.11$。然而,所有上述实验的组合限制了$n_t<0.36$。预计到2020年,未来的高级LIGO观测将进一步限制$n_t<0.34$。当宇宙微波背景实验检测到一个非零的$r$时,我们的结果将意味着对$n_t$和早期宇宙理论的更严格的约束。
2016-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Testing Gravity Using Type Ia Supernovae Discovered by Next-Generation Wide-Field Imaging Surveys
在未来的十年中,宽视场成像测量将使已确认的$z<0.3$ Ia型超新星(SNe~Ia)的数量从几百颗增加到几十万颗。SNe~Ia的数量密度和立体角覆盖范围的增加,以及它们绝对大小标准化的改进,现在使它们成为结构生长的竞争性探针,从而也成为引力的竞争性探针。速度功率谱对生长指数$γ$敏感,它通过$f=Ω_M^γ$关系反映了重力对结构线性生长的影响。我们提出了第一个预测的精度在$γ$的一系列现实SN特殊速度调查的情况。在接下来的十年里,SNe~Ia在局部$z<0.3$宇宙中的特殊速度将提供一种精确到$\pm 0.01$的$γ$测量,可以明确区分广义相对论和替代引力的主要模型。
2019-03-18 astro-ph.CO
Seeing the First Supernovae at the Edge of the Universe with JWST
第一批恒星结束了宇宙的黑暗时代,创造了行星和生命形成所必需的第一批重元素。这些恒星的性质仍然不确定,可能需要几十年才能直接观察到个别Pop III恒星。然而,它们的质量可以从它们的超新星爆炸中推断出来,这可能很快就会在JWST的深场调查和WFIRST的全天空调查中发现。我们已经进行了辐射流体动力学模拟的近红外信号的Pop III对不稳定超新星在现实的拱星环境莱曼吸收的中性星系际介质。我们发现JWST和WFIRST将分别探测到z ~ 30和z ~ 20的这些爆炸,揭示宇宙中第一代恒星。
2012-11-22 astro-ph.CO
Cosmology from the Highly-Redshifted 21 cm Line
未来十年最令人兴奋的前景之一是探索宇宙“黑暗时代”,在此期间,宇宙中的第一批恒星形成,中性氢的21厘米线。在z>6时,这种光红移到低频无线电区域,可以用新一代的宽场阵列观察到。这些实验有可能观测到巨大的体积,并大大改善宇宙学和天体物理学的约束。在本白皮书中,我们描述了未来十年将如何看到释放这种潜力的第一步,使我们能够回答关于我们宇宙和星系际介质的基本物理学的两个关键问题:标准宇宙学模型是否描述了“黑暗时代”的宇宙?“在这个重要的时期,星系际介质是如何演变的,以氢的再电离结束的?
2009-02-18 astro-ph.CO