Cosmic Microwave and Infrared Backgrounds cross-correlation for ISW detection
利用积分的Sachs-Wolfe效应研究了宇宙红外和微波背景（CIB和CMB）各向异性之间的互相关。我们首先用线性偏置功率谱描述CIB的各向异性，然后推导出不同仪器和频率下CMB-CIB互相关的理论角功率谱。我们讨论的ISW信号的可检测性，通过执行一个信号噪声（SNR）分析与我们的预测光谱。在理想情况下，根据频率，获得的显著性范围为6σ至7σ;在考虑包括天体物理污染物在内的噪声存在的实际情况下，结果范围为2-5σ，这在很大程度上取决于对噪声项的主要贡献。
2012-05-11 astro-ph.CO
Integral representation of the cosmic microwave background spectrum
我们用一个非热辐射的积分表示来描述宇宙微波背景（CMB）的频谱。上限由瑞利-金斯定律给出，温度$T_{RJ}$可由21 cm光子的吸收信号确定，其中$T_{RJ}$表示RJ尾部光子的平衡温度。如果是$T_{RJ}>T_{CMB}$，那么下限允许我们得出这样的结论：除了大爆炸的残余物之外，还需要光子来解释现在的宇宙微波背景。这些约束是在研究新物理粒子或场所带来的CMB扭曲时，对其他宇宙学或天体物理学约束的补充。
2019-03-08 astro-ph.CO
Current and future cosmological impact of microwave background temperature measurements
本文扩展微波背景温度红移关系的约束研究，分析挠率模型和动力学暗能量模型，并评估下一代设施对标准宇宙学扩展模型的正交参数约束价值。
2024-04-07 astro-ph.CO
Testing the Dark Matter Annihilation Model for the WMAP Haze
分析发现，在WMAP的天空图中，银河系中心周围有一层异常微波发射的“薄雾”。最近一项使用费米数据的研究在伽马射线中发现了类似的薄雾。有几项研究将这些烟雾模拟为暗物质湮灭的轻子副产品辐射，并且可以说没有令人信服的天体物理替代方案。我们讨论了天体物理学宇宙射线源的特性，这些特性可能解释这种微波和伽马射线发射。最有希望的天体物理方案涉及聚集在一起的宇宙射线源，其中许多落在银河系中心的~1 kpc范围内。例如，我们表明，几百银河系中心超新星在过去的一百万年加上扩散硬化的电子光谱可能是一致的，目前的限制，这种排放。或者，它可能是由于大约100万年前发生的可能与人马座A* 有关的活动爆发，产生了大于10^51尔格的宇宙射线电子。不同的模型预测微波和伽马射线光谱的光谱指数的不同趋势，作为银河系中心的角度的函数，应该是强大的宇宙射线传播的不确定性。特别是，如果薄雾是从暗物质湮灭，它应该有一个非常硬的微波和伽马射线光谱的光谱形状不改变显着的角度，我们认为这将是很难实现与任何天体物理机制。普朗克和费米卫星的观测可以利用这些特征区分可行的霾模型。
2011-03-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic backgrounds from the radio to the far-infrared: recent results and perspectives from cosmological and astrophysical surveys
在各种波段，特别是从无线电到远红外波段进行的宇宙学和天体物理学调查提供了关于宇宙性质及其结构形成和演变的独特视角。在序言中的所谓的紧张的问题，这发生在不同类型的数据被用来确定宇宙学参数，我们讨论了快速射电暴在宇宙学中的作用，特别是失踪的重子问题，并从中性氢的21厘米红移线的分析的角度。然后，我们描述了普朗克遗产档案，其丰富的科学信息和未来的发展，以及从更高分辨率的观测，特别是对热Sunyaev-Zel'dovich效应的分析预期有前途的前景。接下来介绍普朗克任务的三个宇宙学结果：康普顿化涨落图的含义，互相关宇宙微波背景各向异性和康普顿化涨落图的偶极分析，以及对原始张量-标量扰动比的约束。最后，我们讨论了宇宙学的一些未来前景和替代方案，如宇宙微波背景极化对洛伦兹不变性破坏的研究，引入新的引力自由度来解决暗物质问题，以及利用高红移亚毫米星系的放大率偏差来约束宇宙学参数。
2022-02-10 astro-ph.CO
Simulating instrumental systematics of Cosmic Microwave Background experiments with s4cmb
宇宙微波背景（CMB）各向异性的观测是物理宇宙学的重要探索之一。这种信号的微弱性质推动了越来越复杂和敏感的实验的建设，用数千个偏振敏感探测器在多个频率下观察天空。鉴于这种实验的高度敏感性，仪器的系统效应可能成为充分科学利用其数据的限制因素。在本文中，我们提出了s4cmb（CMB系统学），一个Python软件包，旨在模拟原始数据流在时域的现代CMB实验的基础上测辐射热技术，并注入这些现实的仪器系统学的影响。该软件包的目的是帮助评估由于仪器系统对实际数据的影响而造成的污染，指导未来仪器的设计，以及增加开发准确的数据分析方法所需的模拟数据集的真实性。
2021-04-23 astro-ph.CO astro-ph.IM
Imprints of the post recombination dissipation of helical magnetic field on the Cosmic Microwave Background Radiation
天体物理磁场衰减主要通过两个过程，即双极扩散和湍流。通过上述过程对宇宙微波背景（CMB）辐射的影响，文献中较早地导出了对非螺旋磁场强度和谱指数的约束。在不同的成磁模型中，磁场也会产生螺旋分量，这可以解释较大的相干长度磁场。在这项研究中，我们专注于研究后复合衰减的最大螺旋磁场通过双极扩散和衰减的磁湍流的影响和这种衰减对CMB的影响。我们发现，螺旋磁场导致重子温度和电离分数的演变的变化，这反过来又导致修改的CMB温度和极化各向异性。这些修改是不同的，由于非螺旋磁场的变化依赖于强度和频谱指数的磁场功率谱。
2020-10-17 astro-ph.CO
The Cosmic Microwave Background -- Secondary Anisotropies
本文综述宇宙微波背景次级各向异性的物理机制、观测现状及其在精密宇宙学中的潜力，强调其作为基础物理和天体物理探针的作用。
2025-01-23 astro-ph.CO
Cosmological Birefringence: an Astrophysical test of Fundamental Physics
我们回顾了用于测试宇宙双折射存在的方法，即在宇宙距离上传播的电磁辐射的线偏振平面的旋转，这可能会出现在一些涉及违反基本物理原理的重要背景下。主要方法用途：（1）射电星系和类星体的射电偏振，（2）射电星系的紫外偏振，（3）宇宙微波背景偏振。我们讨论了迄今为止所取得的主要成果，每种方法的优点和缺点，以及未来的前景。
2010-11-22 astro-ph.CO gr-qc
Furax: A Modular JAX Framework for Linear Operators in Astrophysical and Cosmological Data Analysis
Jodrell Bank Centre for Astrophysics, The University of Manchester（曼彻斯特大学天体物理学中心）；Université Paris Cité, CNRS, Astroparticule et Cosmologie（巴黎西岱大学、法国国家科学研究中心、粒子与宇宙学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara（意大利国家核物理研究所，费拉拉分部）
Furax基于JAX构建，提供通用和领域特定的线性算子，用于天体物理和宇宙学数据建模与逆问题求解，支持模块化扩展。
2026-03-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulation of the analysis of interferometric microwave background polarization data
我们提出的结果，从一个端到端的模拟管道干涉观测的宇宙微波背景偏振。我们使用最大似然和吉布斯抽样技术来估计功率谱。此外，我们使用吉布斯采样的图像重建从干涉的Vibrium。结果指示了各种系统误差（例如，指向误差、增益误差、波束形状误差、交叉偏振）必须被控制，以便成功地检测和表征原始B模式以及其他科学目标。此外，我们表明，吉布斯采样是一种有效的方法，在其他天体物理背景下的干涉数据的图像重建。
2014-07-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmic Polarization Rotation: an Astrophysical Test of Fundamental Physics
对基本物理原理的可能违反，例如所有引力的度规理论（包括广义相对论）所基于的爱因斯坦等效原理，将导致在宇宙学距离上传播的线偏振辐射的偏振面的旋转，即所谓的宇宙偏振旋转（CPR）。我们在这里回顾迄今为止进行的天体物理学测试，以检查CPR是否存在。这些都是利用射电星系的射电和紫外偏振以及宇宙微波背景的偏振（E模式和B模式）。到目前为止，这些测试都是负面的，导致任何CPR角度的上限为一度，从而增加了我们对这些物理原理的信心，包括GR。我们还讨论了未来的前景，在检测CPR或改善对它的限制。
2016-07-26 astro-ph.CO
Status of neutrino properties and future prospects - Cosmological and astrophysical constraints
宇宙学观测是对中微子性质，特别是其质量的有力探测。本文首先讨论了中微子在背景和微扰水平上对宇宙学演化的影响，并描述了中微子对宇宙学观测量如宇宙微波背景和大尺度物质分布的影响。然后，我们提出了最先进的关于中微子质量的约束，从这些可观测的，也审查了未来的实验前景。我们还简要地讨论了从宇宙学确定中微子等级的前景，与实验室实验的互补性，以及中微子性质超出其质量的限制。
2017-12-19 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Sculpture: A new way to visualise the Cosmic Microwave Background
3D打印提供了一种有吸引力的替代物理数据集的视觉表示，如天文图像，可用于研究，推广或教学目的，特别是与视力残疾人相关。我们在这里报告使用3D打印技术来制作普朗克任务制作的全天空宇宙微波背景（CMB）强度各向异性图的表示。成功的这项工作中代表的CMB的主要功能进行了讨论，是这种方法代表其他天体物理数据集的潜力。3D打印这样的数据集是对教学和推广工作中使用的通常2D投影的高度补充，也可以成为本科项目的基础。用于生成本文讨论的模型的CAD文件是可用的。
2016-10-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cross-correlation between the cosmic microwave and infrared backgrounds for integrated Sachs-Wolfe detection
研究了积分萨克斯-沃尔夫（ISW）效应引起的宇宙红外背景（CIB）和宇宙微波背景（CMB）各向异性之间的互相关。我们首先使用线性偏置功率谱描述CIB各向异性，在感兴趣的角度尺度上有效。由此，我们推导出不同仪器和频率下CMB-CIB互相关的理论角功率谱。我们的交叉光谱显示与通常的CMB/星系交叉相关的形状相似。我们讨论的ISW信号的可检测性，通过执行一个信号噪声（SNR）分析与我们的预测光谱。我们的研究结果表明：（i）在无噪声的全天空地图的理想情况下，所获得的显著性范围为6至7 sigma，取决于频率，最大值在353 GHz;（ii）在考虑到包括天体物理污染物在内的噪声存在的实际情况下，结果强烈地取决于对噪声项的主要贡献。它们的跨度从2到5 sigma，用于检测的最有利频率为545 GHz。我们还发现，由于CIB图在不同频率处的高水平相关性，在互相关中联合使用所有可用频率不会显著提高总SNR。
2011-09-05 astro-ph.CO
Cosmic Bandits: Exploration versus Exploitation in CMB B-Mode Experiments
在没有前景和透镜效应的情况下，探测宇宙微波背景（CMB）极化中暴胀引力波（IGW）的卷曲分量或B模式特征的一种优选方法是在几平方度的单个天空区域上进行长时间积分。然而，在实践中，前景比比皆是，通过找到天空中前景最干净的区域，可以大大提高对B模式的灵敏度。因此，检测B模式的最佳策略涉及探索（寻找前景较低的补丁）和开发（通过延长集成）之间的权衡。这个问题类似于概率论中的多臂强盗（MAB）问题，其中赌徒面对一系列具有未知获胜赔率的老虎机，并且必须制定一个策略，以最大化他/她的奖金。虽然最佳MAB策略仍有待确定，但已开发了许多算法以最大化奖金。在这里，基于这种相似性，我们解决了搜索IGW B模式与单频实验中存在的空间变化的前景，通过开发自适应的调查策略，以优化对IGW B模式的灵敏度。我们证明，使用现实的前景模型，并考虑到透镜诱导的B模式，自适应实验可以大大提高张量标量比的上限（在单频实验中的2- 3倍，甚至可能更多）。类似的技术也可以应用于其他勘测，包括对再电离时期的特征进行21厘米测量，搜索随机的原始引力波背景，詹姆斯·韦伯太空望远镜或各种射电干涉仪的深场成像，以及瞬态跟踪搜索。
2015-08-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Spectral distortions of astrophysical blackbodies as axion probes
本研究发现斯隆数字巡天星表中十余颗光学波段近完美黑体光谱的白矮星可作为新物理测试平台，通过其无光谱畸变的观测结果约束带电磁耦合的轴子参数空间，并展望未来改进方向。
2023-05-05 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Constraining Post-Newtonian Parameters with the Cosmic Microwave Background
本文利用宇宙微波背景辐射各向异性观测，约束后牛顿参数α和γ的时间变化，发现其宇宙历史平均值接近广义相对论值，并给出全新引力约束。
2024-12-17 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological impact of microwave background temperature measurements
宇宙微波背景温度是天体物理学观测的基石。它的当前值受到严格的限制，但它的红移依赖性，现在可以确定，直到红移$z\sim6.34$，也是一个重要的探索基本宇宙学。我们表明，它的约束力是现在可比的其他背景宇宙学探测，包括Ia型超新星和哈勃参数测量。我们用三个模型来说明这一点，每个模型都基于不同的概念范式，旨在解释宇宙最近的加速。我们发现，对于参数扩展的$Λ$ CDM的温度和宇宙学数据的组合显着提高了对模型参数的约束，而对于替代模型没有$Λ$ CDM限制，这种数据组合排除了它们。
2022-11-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Efficiency of pseudo-spectrum methods for estimation of Cosmic Microwave Background B-mode power spectrum
估算宇宙微波背景（CMB）极化各向异性的B模式角功率谱是充分利用该探测器科学潜力的关键一步。在伪谱方法的上下文中，主要挑战与B模式谱估计与大得多的E模式的剩余功率的污染有关。这种所谓的E-to-B泄漏是必然存在的，只要一个不完整的天空地图是唯一可用的，因为是任何现实的观察。然后必须最小化或去除泄漏，并且理想地以既不引入偏差也不引入额外方差的方式。在本文中，我们从这两个角度比较最近在这方面提出的三种不同的方法。Smith 2006，Zhao & Baskaran 2010，Kim & Naselsky 2010，我们首先在所谓的chi场的公共代数框架内引入，然后研究它们在两种不同实验配置上的性能-一种对应于覆盖当前地基或气球实验的1%天空的小规模实验，另一种对应于几乎全天空的实验，例如，在一个实施例中，可能的CMB B模式卫星任务。我们发现，虽然所有这些方法允许显着降低的水平的E-to-B泄漏，这是史密斯2006年的方法，它在同一时间确保最小的误差条在所有实验配置研究在这里，由于事实上，它允许直接优化的天空切趾的偏振图用于估计。对于类似卫星的实验，该方法使得能够在大角度尺度下检测B模式功率谱，但仅在适当的合并之后。Zhao & Baskaran 2010的方法在几乎全天空覆盖的情况下是一个接近亚军。
2013-05-31 astro-ph.CO
Impact of reionization history on constraining primordial gravitational waves in future all-sky cosmic microwave background experiments
本文研究了再电离历史不确定性对全天CMB偏振实验限制原初引力波的影响，发现利用大尺度E模功率谱可排除导致偏差的再电离场景，从而确保PGW限制的稳健性。
2024-12-25 astro-ph.CO
Status of CMB observations in 2015
2.725 K的宇宙微波背景在现代宇宙学的发展中发挥了关键作用，它为限制在非常大的红移下发生了什么的可能理论和几乎可以追溯到大爆炸初始奇点的理论推测提供了坚实的观测基础。在讲述了该领域一些鲜为人知的历史后，我总结了当前的观测情况，并讨论了未来的一些令人兴奋的挑战：B模式的寻找、宇宙微波背景辐射引力透镜势的精确映射以及超精确的特征描述宇宙微波背景辐射的频谱，这将允许利用频谱失真来探索新的物理学。
2016-06-15 astro-ph.CO
Confronting cosmic shear astrophysical uncertainties: DES Year 3 revisited
通过校准固有对齐和恒星反馈，该研究提高了弱透镜调查的精度，使S8约束更接近宇宙微波背景结果。
2025-12-03 astro-ph.CO
Radio and Millimeter Continuum Surveys and their Astrophysical Implications
我们审查的主要人口的射电源的统计特性，新兴的无线电和毫米天空调查。最近确定的本地光度函数，并与早期的估计仍在广泛使用。一些悬而未决的问题进行了讨论。其中包括：在高红移时源空间密度的下降（可能与光度有关）;低光度与高光度以及平坦谱与陡谱活动星系核动力射电源的演化特性之间可能的二分法;以及在亚毫焦水平上源计数上升的源的性质。它表明，简单的外推的演化模型，占远红外计数和恒星形成星系的红移分布，匹配的射电源计数在几十microJy的通量密度水平非常好。我们考虑的统计特性的罕见，但物理上非常有趣的类源，如GHz的峰值频谱和ADAF/ADIOS源，和无线电余辉的伽马射线暴。我们还讨论了利用大面积无线电测量研究大尺度结构，通过研究聚类和集成的萨克斯-沃尔夫效应。最后，我们简要介绍了新一代和下一代射电望远镜的潜力。附录中列出了不同频率的源计数概要。
2009-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecasting ground-based sensitivity to the Rayleigh scattering of the CMB in the presence of astrophysical foregrounds
在复合过程中产生的中性氢的宇宙微波背景（CMB）光子的瑞利散射有效地产生了一个额外的散射表面，复合后编码新的宇宙学信息，包括宇宙的膨胀和电离历史。首次探测到瑞利散射是下一代CMB实验的一个诱人目标。我们已经开发了一个瑞利散射预测管道，包括仪器效应、大气噪声和天体物理前景（例如，银河尘埃，宇宙红外背景，或CIB，和热Sunyaev-Zel'dovich效应）。我们预测了瑞利散射探测对即将到来的几个地基实验的意义，包括SPT-3G+，西蒙斯天文台，CCAT-prime和CMB-S4，并研究了大气和天体物理前景的限制以及潜在的缓解策略。当结合普朗克数据，我们估计，地面实验将检测到瑞利散射的显着性之间的1.6和3.7，主要是由大气噪声和CIB的限制。
2022-05-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Cosmic Microwave Background and $H_0$
本研究概述了通过CMB功率谱测定哈勃常数的方法，检验了Planck结果的一致性，探究了ΛCDM扩展模型对哈勃张力的解决潜力，指出该张力仍存，未来CMB实验或提供新线索。
2023-07-24 astro-ph.CO
Using the Crab Nebula as a high precision calibrator for Cosmic Microwave Background polarimeters
宇宙微波背景（CMB）的偏振提供了大量关于早期宇宙的信息。最值得注意的是，来自暴胀时期（宇宙起源的主要解释）的引力波产生了独特的CMB偏振$B$模式信号。对暴胀$B$模式信号的明确探测将是一扇了解宇宙物理的窗口，因为它是大爆炸后$10^{-36}$秒，能量尺度比大型强子对撞机所能产生的大许多个数量级。然而，有几个仪器和天体物理学的来源，可以混淆膨胀$B$模式的信号。CMB望远镜最难校准的参数之一是天线偏振敏感轴的绝对方位。偏振取向的误校准使亮得多的$E$模式信号旋转，产生假的$B$模式信号。目前CMB界对偏振方向的最佳不确定度是$0.5^\circ$，它是根据蟹状星云超新星遗迹在90 GHz至150 GHz的IRAM测量值外推而成的，在90 GHz至150 GHz处CMB信号达到峰值。该精度不足以令人信服地检测由当前允许的膨胀模型预测的$B$模式。我们建议精确测量蟹状星云的偏振，这可以绝对校准到$0.1^\circ$从测量火星的偏振发射，并使用这些数据来校准当前和即将到来的CMB实验。除了暴胀$B$ -模式，更精确的校准将使我们能够更好地约束中微子质量的总和，并通过宇宙极化旋转对奇异物理学（如宇称破坏）设定限制。
2016-02-02 astro-ph.CO
Astrophysical Searches and Constraints on Ultralight Bosonic Dark Matter
从暗物质确实存在并渗透整个宇宙的证据开始，可以估计其性质的各种界限。从宇宙微波背景和大尺度结构出发，总结了超轻玻色暗物质（UBDM）质量和宇宙密度的边界。考虑到星系形成和演化以及黑洞超辐射现象，这些边界被推广到更大的质量。然后，我们讨论了不同类别的UBDM紧凑对象，包括孤子/轴子星和miniclusters的形成。接下来，我们考虑天体物理约束的耦合UBDM的标准模型粒子，从恒星冷却（生产的UBDM）和间接搜索（衰变或转换的UBDM）。在整个过程中，有简短的讨论“提示和机会”在寻找UBDM在每个领域。
2021-06-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
MILCA, a Modified Internal Linear Combination Algorithm to extract astrophysical emissions from multi-frequency sky maps
当前对宇宙微波背景（CMB）实验的分析是基于对不同天体物理成分的多频率天空图的解释，它需要专门定制的成分分离算法。在这种背景下，内部线性组合（ILC）方法已被广泛用于从WMAP多频数据中提取CMB辐射。我们在这里提出了一个修改的内部线性分量算法（MILCA），推广的ILC方法的情况下，多个天体物理组件的电磁波谱是已知的。此外，MILCA校正了标准ILC方法中的固有噪声偏置，并将其扩展到数据的混合空频表示。它还允许我们使用外部模板来最小化额外组件的贡献，但仍然只使用输入数据的线性组合。我们应用MILCA模拟普朗克卫星数据在HFI频段。我们探讨了在普朗克图上重建银河系分子CO辐射以及热Sunyaev-Zeldovich效应的可能性。我们的结论是，MILCA能够准确地估计这些排放量，它已成功地用于这一目的的普朗克合作。
2013-05-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper: Probing dark matter with small-scale astrophysical observations
目前对暗物质的理解主要来自于对宇宙中总物质含量的测量，来自于引力物质在非常大尺度上的分布，以及来自于次星系尺度上的旋转曲线和速度色散。然而，小尺度结构很可能是解开宇宙中仍然神秘的85%物质的粒子物理学的关键。利用下一代引力波探测器和先进的天体测量仪器提供的大量高精度测量数据，将有可能对新粒子和暗物质进行新型小尺度天体物理探测。宇宙微波背景和大尺度结构调查将提供互补的限制暗物质模型与独特的小尺度签名。我们列出了小尺度结构和致密物体作为暗物质探测器的研究，并总结了实现目标的要求。
2022-07-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Subtracting the kinetic Sunyaev-Zeldovich effect from the cosmic microwave background with surveys of large-scale structure
本文提出“de-kSZing”方法，通过大尺度结构巡天构建模板并从CMB图中减去部分kSZ信号，预测了多种巡天的效率（10-20%）及其在宇宙学约束中的应用潜力。
2023-04-06 astro-ph.CO
Neutrino masses from clustering of red and blue galaxies: a test of astrophysical uncertainties
结合测量星系功率谱和宇宙微波背景（CMB）是一个强有力的手段来约束中微子物质的总质量总和（m_nu），但由于非线性结构的形成、红移空间畸变和星系偏差而受到系统不确定性的影响。我们经验性地测试了中微子质量结果对这些影响的鲁棒性，通过分别分析斯隆数字巡天（SDSS-II）数据发布7（DR 7）的红色和蓝色星系的功率谱，结合CMB五年威尔金森微波各向异性探测器（WMAP 5）数据。我们考虑使用12个不同的星系偏置模型拟合最大波数k的范围。例如，使用基于微扰理论并包括红移空间畸变的新模型（Saito et al. 2009），全星系功率谱与WMAP 5相结合，对于k<0.2 Mpc/h的波数范围，产生95% CL总和（m_nu）<0.46 eV。红星系和蓝星系的功率谱分别为0.41和0.63 eV。使用模拟目录，我们发现这些限制的预期差异假设一个真正的中微子质量为零是0.10 +或-0.14 eV。因此，红星系和蓝星系的中微子质量上限之间的差异为0.22 eV，与预期值相差约1 sigma。我们发现类似的结果为其他模型和k范围测试。这表明当前数据的一致性很好，但暗示下一代调查可能存在问题。能够进行这种系统的测试是有利的，未来的调查将受益于包括广泛的星系人口和光度，使这种分解。
2010-09-06 astro-ph.CO hep-ex
Ultra-low frequency gravitational waves from cosmological and astrophysical processes
超低频引力波（${\lesssim 100\,\mathrm{nHz}}$）是理解低红移质量$\sim 10^{6}-10^{9}\,M_\odot$天体物理黑洞双星组装和演化的关键。这些GWs也提供了一个独特的窗口到各种各样的宇宙学过程。脉冲星定时阵列（PTA）开始在$\sim 1-100\,\mathrm{nHz}$测量这种随机信号，预计几个阵列的数据组合将在未来几年内确认检测。产生$\mathrm{nHz}$频率的引力辐射的主要物理过程仍然不确定。PTA观测目前无法区分一个二进制BH天体物理前景的宇宙学背景下，由于说，一阶相变的温度$\sim 1-100\,\mathrm{MeV}$在一个弱相互作用的黑暗部门。这封信探讨了在何种程度上纳入集成边界的超低频GW频谱的任何组合的宇宙微波背景，大爆炸核合成或天体测量观测可以帮助打破这种简并。
2021-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Anisotropies in the astrophysical gravitational-wave background: Predictions for the detection of compact binaries by LIGO and Virgo
我们开发了一个详细的各向异性模型的天体物理引力波背景，包括两个恒星质量的黑洞，两个中子星，或每一个，预计将是最强的贡献在LIGO-Virgo频段的二进制合并。角谱的各向异性，量化的$C_\ell$组件，计算使用两种互补的方法：（i）一个简单的，封闭形式的解析表达式，和（ii）一个详细的数值研究，使用一个全天空模拟光锥星系目录的千年模拟。这两种方法在大角度尺度上非常一致，在较小尺度上相差一个阶数。这些各向异性的幅度要比宇宙微波背景的温度大得多，这证实了对这些各向异性进行建模是很重要的，并表明这是未来理论和观测工作的一个有希望的途径。
2018-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Shadows of Giants: Constraints on Stupendously Large Black Holes from Negative Sources against the Cosmic Microwave Background
Breakthrough Listen, Department of Physics, Denys Wilkinson Building, Keble Road, Oxford OX1 3RH, UK（突破聆听计划，牛津大学物理系）
本文通过分析超大黑洞对宇宙微波背景的阴影，提出了一种有效约束其数量的方法，指出质量超过10^17太阳质量的黑洞在最后散射面内被排除，且暗示质量在10^15至10^18太阳质量范围内的黑洞密度上限为10^-5。
2026-05-05 astro-ph.CO gr-qc
Astrophysical uncertainties challenge 21-cm forecasts: A primordial black hole case study
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de València（瓦伦西亚大学与西班牙国家研究委员会联合物理研究所）；C.N. Yang Institute for Theoretical Physics, Stony Brook University（纽约州立大学石溪分校杨振宁理论物理研究所）；INFN Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；INFN Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）
本文研究了天体物理不确定性对21厘米信号预测的影响，探讨了原初黑洞能量注入对宇宙微波背景限制的潜在影响。
2026-02-16 astro-ph.CO hep-ph
CFHTLenS revisited: assessing concordance with Planck including astrophysical systematics
我们研究了天体物理系统学对加拿大-法国-夏威夷望远镜透镜巡天（CFHTLenS）观测的宇宙剪切宇宙学参数约束的影响，以及与普朗克观测的宇宙微波背景的一致性。我们提出了更新的CFHTLenS宇宙剪切断层扫描测量扩展到度尺度使用一套新的N体模拟校准的协方差。我们分析了这些测量与一个新的模型拟合管道，占关键系统的不确定性所产生的内在星系排列，重子效应的非线性物质功率谱，和光度红移的不确定性。我们研究的宇宙学参数的约束，独立和联合系统的自由度的影响。当独立考虑系统不确定性时，固有对准幅度是数据基本上优选的唯一自由度。当系统的不确定性被认为是共同的，有没有一贯强烈的偏好，有利于更复杂的模型。我们量化的CFHTLenS和普朗克数据集之间的一致性水平，采用两种不同的数据一致性测试，基于贝叶斯证据和信息理论。我们发现，这两个数据一致性测试在很大程度上彼此一致，并且CFHTLenS和普朗克数据集之间的一致性水平对我们分析中包含的系统不确定性的确切细节很敏感，从决定性的不一致性到实质性的一致性，因为系统不确定性的处理变得更加保守。最不保守的情况是宇宙切变数据最支持的情况，但它也是与普朗克最不一致的情况。数据和分析代码在https://github.com/sjoudaki/cfhtlens_revisited上公开
2016-11-19 astro-ph.CO
Constraints on axions from patchy screening of the cosmic microwave background
本研究利用普朗克卫星CMB观测数据构建轴子斑驳屏蔽图，与unWISE星系巡天数据互相关未发现轴子证据，在95%置信水平下约束了特定质量范围轴子的光子耦合，补充了现有轴子搜寻方法。
2024-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological and astrophysical probes of dark baryons
我们研究了“暗重子”的宇宙学和天体物理学特征，这是一种与中子混合的中性费米子。由于混合是通过夸克水平上的高维算子进行的，因此高能暗重子的产生得到了增强，因此它在早期宇宙中的丰度可能是显着的。把它的初始丰度作为一个自由参数，我们得到新的，强大的限制的性质的黑暗重子。原始核合成和宇宙微波背景提供了强的约束，由于中子通过其诱导跃迁偶极相互转换为暗重子，并由于暗重子的后期衰变。此外，中子星中的中子可以缓慢地衰变为暗重子，提供了一种新的热源，但受到脉冲星温度测量的限制。考虑到所有的约束条件，我们确定参数空间的黑暗重子可以是一个可行的暗物质的候选人，并讨论有前途的途径探测它。
2020-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
The Radio Synchrotron Background -- A Cosmic Conundrum
最近已经变得明显的是，天空中弥漫性无线电发射的背景水平明显高于已知的河外射电源类别或我们的银河系，因为我们目前对其大尺度结构的理解。与微波、红外线、光学/紫外线、X射线和伽马射线波长的更知名和更受约束的宇宙学和天体物理学背景相比，无线电波长的"无线电同步加速器背景“为考虑新的天体物理源和新的粒子发射机制的可能性提供了明确的动机。
2019-11-28 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Constraints on Dark Matter Interactions with Ordinary Matter
在宇宙早期，暗物质与电子或质子的相互作用在宇宙微波背景和物质功率谱上留下了印记，可以通过宇宙学和天体物理学观测来探测。这些相互作用导致普通物质和暗物质成分之间的动量和热量交换，这反过来又导致压力从普通物质转移到暗物质。我们探索这些相互作用使用不同的数据：宇宙微波背景各向异性，重子声学振荡，莱曼- $α$森林，和丰富的牛奶路subhalos。我们推导出的约束条件，使用模型独立的参数化的暗物质-电子和暗物质-质子相互作用的横截面和映射到具体的暗物质模型这些约束。我们的限制是互补的暗物质与普通物质的相互作用，如直接检测，大爆炸核合成，各种天体物理系统和加速器为基础的实验的其他探针。它们排除了足够大的横截面，用于大范围的暗物质质量，由于地球大气层或地壳的覆盖层，无法通过直接检测实验获得。
2022-03-16 astro-ph.CO hep-ph
Investigation of the electromagnetically induced transparency in era of cosmological hydrogen recombination
对宇宙微波背景形成过程的研究是目前最实际的问题之一。本文分析了氢原子对外光场的响应。场的特征是通过宇宙复合时代的条件来定义的。用三能级原子近似描述了“原子-场”相互作用。结果表明，在这种情况下发生了电磁感应透明现象。考虑EIT现象，有必要更新天体物理学描述的过程中的宇宙微波背景的形成，特别是索博列夫逃逸概率。发现Sobolev逃逸概率定义中光学深度的附加项约为1%。
2012-07-23 astro-ph.CO physics.atom-ph
Foreground model recognition through Neural Networks for CMB B-mode observations
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)（国际高等研究院 (SISSA)）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（国家核物理研究院 (INFN)）；Institute for Fundamental Physics of the Universe (IFPU)（宇宙基础物理研究所 (IFPU)）
在这项工作中，我们提出了一个神经网络（NN）算法的宇宙微波背景（CMB）$B$模式多频观测的背景下，弥漫偏振银河系辐射的适当参数化的识别。特别是，我们把我们的分析集中在低频前景相关的偏振观测：即银河系同步加速器和异常微波发射（AME）。我们已经实施和测试了我们的方法在一组模拟地图上对应的频率覆盖范围和灵敏度代表未来的卫星和低频地面探测。神经网络在识别不同天空区域的前景发射的正确参数化方面的效率达到约$90\%$的精度。我们已经比较了这种性能与$χ^{2}$信息参数前景估计使用多频率拟合，并量化的增益提供了NN的方法。我们的研究结果表明，在CMB $B$模式的观测模型识别的相关性，并强调开发专用程序，以达到这一目的。
2020-06-11 astro-ph.CO cs.LG
Full-sky Models of Galactic Microwave Emission and Polarization at Sub-arcminute Scales for the Python Sky Model
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Stanford University（斯坦福大学）；CNRS-UCB International Research Laboratory（法国国家科学研究中心-加州大学国际研究实验室）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；International School for Advanced Studies (SISSA)（高级研究国际学校）；Institute for Fundamental Physics of the Universe (IFPU)（宇宙基础物理研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出了一种基于极化分数张量框架的银河微波辐射模型，用于改进PySM软件，以更准确地模拟亚弧分尺度的银河前景辐射特性。
2025-12-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Impact of the Spectral Response of an Achromatic Half-Wave Plate on the Measurement of the Cosmic Microwave Background Polarization
研究了在天体物理前景存在的情况下，消色差半波片引起的线偏振旋转的光谱依赖性对宇宙微波背景偏振测量的影响。我们重点讨论了星系尘埃偏振和光谱指数的不确定性对暴胀引力波测量的系统影响。我们发现，对于实验配置和噪声水平的球载EBEX实验，它有三个频段集中在150，250，和410 GHz，一个粗糙的尘埃减法过程减轻系统的影响，低于可检测的水平为10%的极化尘埃和张量标量比低至r = 0.01。我们还研究了仪器光谱响应的不确定性的影响。每个波段的光谱响应的顶帽模型，其特征在于频带中心和带宽，并具有相同的粗减尘过程，我们发现，这些参数需要确定在1和0.8 GHz在150 GHz; 9和2.0 GHz在250 GHz;和20和14 GHz在410 GHz，分别。本文提出的方法适用于其他光学元件，表现出偏振旋转作为频率的函数。
2011-12-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmic microwave background and inflation in multi-fractional spacetimes
我们使用FIRAS和普朗克2015年的数据，将观测边界的暴胀场景在多分数时空与$q$ -衍生物。虽然在几何时间坐标中的幂律展开受到张量-标量比的通常约束，但黑体和标量谱的模型无关最佳拟合产生理论的多重分形测度的自由参数的上限。当描述分形时空几何的测量是非振荡的时，CMB黑体谱的信息对理论的约束独立于但弱于从标准模型、天体物理学引力波和伽马射线暴（GRB）获得的约束。当日志振荡和测量描述了一个离散的分形时空在微观尺度上，我们得到的第一个观测约束的振幅，这样的振荡，并发现，在一般情况下，强约束的多尺度几何和空间的维数。这些结果完成了理论参数空间的扫描和约简。黑体边界也得到了加权导数的理论。
2016-08-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Axion-Induced Patchy Screening of the Cosmic Microwave Background
本研究计算了轴子诱导的CMB斑块状屏蔽对相关函数的贡献，并预测了现有及未来巡天对光子-轴子耦合的灵敏度，表明与unWISE结合可探测至3×10⁻¹² GeV⁻¹，CMB-S4可再扩展近一个数量级。
2024-11-11 astro-ph.CO hep-ph
Separable projection integrals for higher-order correlators of the cosmic microwave sky: Acceleration by factors exceeding 100
我们提出了一个案例研究，描述了努力优化和现代化的“模态”，模拟和分析管道所使用的普朗克卫星实验约束一般非高斯模型的早期宇宙通过双谱（或三点相关）的宇宙微波背景辐射。我们专注于一个特定的元素的代码：双谱的投影从年底的通货膨胀的球壳去耦，这定义了我们今天观察到的CMB。这段代码涉及两个函数之间的三维内积，其中一个需要积分，在包含稀疏网格的非矩形域上。我们表明，通过采用可分离的方法，这种计算可以减少到一个一维的总和加上两个积分，减少整体维数从四到三。可分离函数的引入也解决了非矩形稀疏网格的问题。这种可分离的方法在某些情况下可能变得不稳定，因此必须计算较慢的不可分离积分。我们提出了两种方法的优化讨论。我们展示了约100倍的显着速度提升，这是由于算法改进和架构感知优化的结合，旨在改善线程和向量化行为。由此产生的MPI/OpenMP混合代码能够在包含处理器和/或协处理器的集群上执行，在多达16个节点上具有98.6%的强大扩展效率。我们发现，单个协处理器的性能优于两个处理器插槽的1.3倍，在两个微架构的组合中运行相同的代码，可将每个节点的性能提高3.38倍。通过使双谱计算与功率谱（或两点相关器）的计算竞争，我们现在能够考虑联合分析宇宙科学开发的新数据。
2016-01-26 astro-ph.CO cs.DC cs.PF
The Python Sky Model 3 software
Python天空模型（Python Sky Model，PySM）是宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background，CMB）实验中使用的Python软件包，用于在HEALPix像素化中模拟与CMB频率相关的银河系辐射的各种散射天体物理成分（即尘埃、同步加速器、自由和异常微波辐射）以及CMB本身的地图。这些图可以在给定的仪器带通上积分，并利用给定的仪器光束进行平滑。PySM 2于2016年发布，已成为模拟银河系辐射的事实上的标准，例如它被CMB-S4，Simons Observatory，LiteBird，PICO，CLASS，POLARBEAR和其他CMB实验所使用，正如PySM 2出版物的80多篇引文所示。随着即将到来的实验分辨率的提高，PySM 2软件已经开始显示出一些局限性，解决这些问题的方法是从头开始重新实现PySM，重点关注这些功能：使用Python的numba Just-In-Time编译器重新实现所有模型，以减少内存开销并优化性能;通过mpi 4py使用MPI来协调PySM 3在多个节点上的执行，并依赖libsharp进行分布式球谐变换;使用astropy提供的数据实用程序基础设施下载输入模板，并在请求时缓存它们。在这个阶段，我们努力保持与PySM 2的完全兼容性，因此我们使用相同的命名方案实现完全相同的天体物理发射模型。在扩展测试套件中，我们将…
2021-08-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Constraining the astrophysical origin of intergalactic magnetic fields
本研究利用Fermi LAT和H.E.S.S.观测数据，通过耀变体电磁级联现象约束星系际磁场（IGMF）的起源，发现强空间填充原初磁场比例须至少为0.67，并设定了不同耀变体活动时间下原初IGMF的下限。
2024-02-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Astrophysical information from the Rayleigh-Jeans Tail of the CMB
最近EDGES-LOW波段21-cm测量到的80 MHz附近的强吸收信号的一种解释是宇宙微波背景（CMB）中存在一个过剩的射电背景。这种过剩可以通过不稳定粒子衰变成与电磁具有非零混合角的小质量暗光子来产生。我们使用EDGES-LOW波段的测量，以获得联合约束的早期星系的属性和这样一个粒子物理模型的过剩的无线电背景的参数。贝叶斯分析表明，高的恒星形成效率和X射线发射的$4-7 \times 10^{48} ~\rm erg$每太阳质量的恒星是必需的，随着抑制恒星形成的晕维里温度$\lesssim 2\times 10^4$ K。同样的分析还表明，衰变的暗物质粒子的质量，它的寿命，暗光子质量和混合角的$[10^{-3.5}, 10^{-2.4}]$ eV，$[10^{1.1}, 10^{2.7}]\times 13.8 ~\rm Gyr$，$[10^{-12.2}, 10^{-10}]$ eV和$[10^{-7}, 10^{-5.6}]$的暗光子和普通光子振荡分别为68%的可信区间。这意味着在80 MHz附近有一个比CMB强$\approx 5.7$倍的过剩无线电背景。该值是一个系数$\sim 3$，高于先前使用21 cm信号简化模型的预测值。
2022-03-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
Impacts of Dark Stars on Reionization and Signatures in the Cosmic Microwave Background
我们对暗恒星对宇宙再电离历史的可能影响及其在宇宙微波背景（CMB）中的特征进行了详细而系统的研究。我们计算了包括暗星在内的一系列恒星星族的氢再电离历史、CMB光学厚度和各向异性功率谱。如果暗星通过核散射捕获大量的暗物质，再电离可以被大大延迟，导致综合光学深度下降，最后散射和大规模的EE偏振功率谱的功率。利用WMAP7观测到的积分光学深度，在我们的正则再电离模型中，我们排除了具有高散射诱导捕获率的暗恒星占据了所有第一批恒星形成重子的90%以上，并且寿命超过2.5亿年的参数空间部分。当核散射只提供了适量的暗物质时，再电离可以稍微加速，适度增加CMB的光学深度。如果暗星没有通过核散射获得任何暗物质，那么对再电离和宇宙微波背景辐射的影响可以忽略不计。暗星对再电离及其CMB标记的影响可以通过改变再电离模型的现有参数来很大程度上模拟或补偿，这使得暗星难以从天体物理学的不确定性中解脱出来，但也拓宽了再电离模型中标准参数的范围，这些参数可以与观测结果保持一致。
2011-09-01 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
A New Paradigm for Testing Gravity: Theory-Independent Constraints Using Data From All Astrophysical and Cosmological Scales
Jodrell Bank Centre for Astrophysics, University of Manchester（曼彻斯特大学乔德雷尔银行天体物理学中心）；Department of Physics and Astronomy, Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院物理与天文系）
本文提出了一种统一框架，通过结合宇宙微波背景、大尺度结构和太阳系观测数据，对偏离广义相对论的引力参数进行无理论偏见的约束，结果表明参数在宇宙历史中均保持在1%以内。
2025-08-15 astro-ph.CO gr-qc
Astrophysical and Cosmological Searches for Lorentz Invariance Violation
本文综述利用光子、中微子、引力波及宇宙学探针检验洛伦兹不变性破缺的方法、结果与矛盾限制。
2023-12-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
