宇宙学磁场

Cosmological chirality and magnetic fields from parity violating particle decays

We estimate the chirality of the cosmological medium due to parity violating decays of standard model particles, focusing on the example of tau leptons. The non-trivial chirality is however too small to make a significant contribution to the cosmological magnetic field via the chiral-magnetic effect.

宇宙学磁场的产生、演化和观测

Cosmological Magnetic Fields: Their Generation, Evolution and Observation

我们回顾了宇宙磁场产生的可能机制，讨论了它们在充满宇宙等离子体的膨胀宇宙中的演化，并对有关这一问题的文献进行了评论。我们特别强调了利用射电和伽马射线天文学以及超高能宇宙射线对所提出的宇宙学磁生假设进行观测检验的前景。我们认为，原始磁场是可观测的。它们导致星系际介质中的磁场，其磁场强度和相关长度在一个明确定义的范围内。我们还陈述了这个迷人的宇宙学开放问题中未解决的问题，并提出了未来的观测来解决这些问题。

Magnetic heating across the cosmological recombination era: Results from 3D MHD simulations

The origin of cosmic magnetic fields is an unsolved problem and magnetogenesis could have occurred in the early Universe. We study the evolution of such primordial magnetic fields across the cosmological recombination epoch via 3D magnetohydrodynamic numerical simulations. We compute the effective or net heating rate of baryons due to decaying magnetic fields and its dependence on the magnetic field strength and spectral index. In the drag-dominated regime ($z \gtrsim 1500$), prior to recombination, we find no real heating is produced. Our simulations allow us to smoothly trace a new transitio…

模拟宇宙学磁场的大尺度性质

The large-scale properties of simulated cosmological magnetic fields

我们用移动网格程序AREPO进行了包括磁场在内的均匀采样大尺度宇宙学模拟。我们运行两套MHD模拟：一个只包括绝热气体物理;另一个具有基准反馈模型的Illustris模拟。在绝热情况下，磁场放大遵循从“磁通冻结”参数导出的$B \propto ρ^{2/3}$缩放，种子场强度提供总体归一化因子。在高重子超密度下，剪切流和湍流增强了放大。反馈物理学和辐射冷却的加入极大地改变了这幅图景。在晕中，气体坍缩到更大的密度，磁场被强烈地放大到相同的最大强度，而不管初始种子场是什么，任何记忆都丢失了。在较低的密度下，仍然存在对种子场强度和方向的依赖性，原则上可以用来约束宇宙磁生作用的模型。在最大质量的晕内，磁场达到$\sim 10-100\,\,{\rm μG}$的值，与星系团的观测结果一致。场的拓扑结构是纠缠的，并产生与观测结果合理一致的旋转测量信号。然而，与观测数据相比，旋转测量信号向更大半径下降得太快。

宇宙学扰动：涡旋、等曲率和磁场

Cosmological Perturbations: Vorticity, Isocurvature and Magnetic Fields

在本文中，我回顾了一些最近的，相互关联的，使用宇宙学扰动理论进行的工作-一个强大的技术建模在宇宙中的不均匀性。支撑这些工作的共同主题是非绝热压力或熵扰动的存在。在简要介绍了牛顿和相对论宇宙学中描述不均匀性的标准技术之后，我讨论了涡的产生。与经典流体力学一样，涡量在线性化微扰理论中并不存在（除非作为初始条件包括在内）。允许熵扰动，并工作到二阶微扰理论，我表明，涡产生，即使在没有矢量扰动，由纯标量扰动，源项是二次的梯度的一阶能量密度和isocurvature，或非绝热压力扰动。这将克罗克定理推广到了宇宙学的背景下。然后，我介绍了不同的模型中的等曲率扰动，集中在熵扰动的标准，和谐宇宙学，并在暴胀模型涉及两个标量场。作为最后一个主题，我调查磁场，这是一个潜在的观测结果的涡在早期宇宙。我简要地回顾了最近的一些工作，包括磁场在微扰理论在一个一致的方式。我表明，仅使用分析技术，磁场可以产生高阶扰动，虽然太小，提供整个原始种子场，在一些数值研究的协议。最后，我总结了这项工作的一些潜在的扩展。

各向异性热传导下团簇形成的宇宙学MHD模拟

Cosmological MHD simulations of cluster formation with anisotropic thermal conduction

在存在磁场和各向异性热传导的情况下，ICM被认为是不稳定的。我们进行第一宇宙学模拟的星系团簇形成，同时包括磁场，辐射冷却和各向异性热传导。在孤立和理想化的团簇模型中，磁热不稳定性（MTI）倾向于径向重定向磁场。使用宇宙学模拟的圣巴巴拉集群，我们检测径向偏置的速度和磁场。这种径向偏置与由于子结构或即使在湍流存在下也预期的残余MTI驱动场重排引起的不均匀径向气流一致。虽然解开这两种情况是具有挑战性的，我们没有检测到过度的偏见，包括各向异性热传导的运行。通过LOFAR和SKA的无线电极化测量以及未来IXO的X射线光谱研究，各向异性效应可能是可检测的。我们表明，辐射冷却提高了放大的磁场约两个数量级超出预期的非辐射的情况下。在z=0时，磁场与仅由宇宙膨胀产生的均匀磁场相比被放大了约10^6倍。有趣的是，运行，包括辐射冷却和各向异性热传导表现出更强的磁场放大比纯粹的辐射运行在偏离中心的位置。在这些运行中，远离星团中心的浅温度梯度使ICM中性浮力。ICM在这些区域中更容易混合，并且冻结的磁场的缠绕更有效，从而导致更强的磁场放大。

磁种子场理论宇宙学一级电弱相变中磁种子场产生的理论

Theory of Magnetic Seed-Field Theory of Magnetic Seed-Field Generation during the Cosmological First-Order Electroweak Phase Transition

我们提出了一个理论的磁种子场产生的气泡碰撞过程中的一阶电弱相变（EWPT）可能的一些参数的选择在最小超对称标准模型。该理论扩展了早期的工作，并制定了评估的重要性，在这种碰撞的表面动力学。我们被引导到具有O（3）对称性的线性化运动方程，该方程适合于研究希格斯场相对于其在碰撞体积中的平均值不受扰动的碰撞。气泡内带电$W$场的相干演化是产生种子场的电磁电流的主要来源，费米子也通过电导率项做出贡献。我们提出的数值模拟在这个配方中量化碰撞气泡的表面的作用，特别是表面的厚度，并显示如何从早期的工作得出的结论进行修改。主要的敏感性出现，使得气泡表面越陡峭，种子场变得越增强。因此，磁种子场可能比早期研究中发现的碰撞体积大几倍且更平滑。因此，我们的工作提供了额外的支持，假设磁场在早期宇宙的EWPT期间产生的种子银河系和河外磁场今天观察。

磁场演化的宇宙学扰动理论

Evolution of magnetic fields through cosmological perturbation theory

银河系和河外磁场的起源是现代宇宙学中一个悬而未决的问题。一个可能的情况来自于这些领域的想法出现了一个小领域，一个种子，这是在早期宇宙（相变，通货膨胀，.）它会随着时间的推移而发展宇宙学扰动理论为研究原始磁场的演化提供了一种自然的方法。在宇宙学的背景下，这个领域的动力学是由一个宇宙发电机方程描述的，通过发电机项。本文从规范不变量出发，得到了微扰麦克斯韦方程组，并计算了微扰理论中的二阶能量动量张量。两种可能的情况进行了讨论，首先，我们考虑FLRW背景没有磁场，我们研究了微扰理论引入磁场作为一个扰动。第二种情况，我们考虑了磁化FLRW，并建立了微扰理论在此背景下。我们比较宇宙发电机一样的方程在这两种情况下。

Cosmological Features of Primordial Magnetic Fields

The aim of this thesis is to study the effects on the CMB anisotropy due to primordial magnetic fields and to analyze some favorable scenarios of magnetogenesis constrained by those signatures, including limits on the amplitude of the fields from bounds on CMB non-Gaussianity and background models. In fact, we found out that helicity in the fields plays an important role in the analysis PMFs origin, by generating significant features in the cross-correlation polarization pattern and the increasing of the signal in the reduced CMB bispectrum. In the latter case, we reported that non-causal fiel…

Conversion of Gravitons into Dark Photons in Cosmological Dark Magnetic Fields

It is well known that gravitons can convert into photons, and vice versa, in the presence of cosmological magnetic fields. We study this conversion process in the context of atomic dark matter scenario. In this scenario, we can expect cosmological dark magnetic fields, which are free from the stringent constraint from the cosmic microwave observations. We find that gravitons can effectively convert into dark photons in the presence of cosmological dark magnetic fields. The graviton-dark photon conversion effect may open up a new window for ultra high frequency gravitational waves.

用AMIGA研究磁场对结构形成的影响

Investigating the influence of magnetic fields upon structure formation with AMIGA - a C code for cosmological magnetohydrodynamics

尽管观测方法有了很大改进，但宇宙尺度上磁场的存在及其在大尺度结构形成过程中的作用仍然不清楚。在本文中，我们要解决的问题，如何在大尺度上的假设原始磁场的存在影响宇宙结构的形成在数值模拟。作为一种工具进行这样的模拟，我们提出了我们的新的数值代码AMIGA。它结合了一个N体代码与欧拉网格为基础的求解器的全套MHD方程，以进行模拟的暗物质，重子和磁场在一个完全的宇宙学设置在一个自洽的方式。我们的数值方案包括有效的方法，以确保正确捕获的冲击和高超声速流和无发散的磁场。大量的数值试验证明了该程序的高精度。然后，我们提出了一系列的宇宙学MHD模拟和确认，为了有一个显着的影响，在大尺度上的物质分布，原始的磁场强度将不得不显着高于目前的观测和理论约束。

Cosmological magnetic braking and the formation of high-redshift, super-massive black holes

We study the effect of magnetic braking due to a primordial magnetic field in the context of the formation of massive ($\gtrsim 10^{4} M_\odot$) direct collapse black holes (DCBHs) at high redshifts. Under the assumption of axial symmetry, we analytically compute the effect of magnetic braking on the angular momentum of gas collapsing into the potential well of massive dark matter haloes ($\simeq 10^{7-9} M_\odot$) which are spun up by gravitational tidal torques. We find that a primordial magnetic field of strength $B_0\simeq 0.1$~nG (comoving) can remove the initial angular momentum gained b…

Sensitivity reach of gamma-ray measurements for strong cosmological magnetic fields

A primordial magnetic field with the strength in the 1-10 pG range can resolve the tension between different measurements of the Hubble constant and provide an explanation for the excess opacity in the 21 cm line at redshift $15<z<20$, if it is present during the recombination and reionization epochs. This field can also survive in the voids of the large-scale Structure in the present day universe. We study the sensitivity reach of the gamma-ray technique for measurement of such relatively strong cosmological magnetic field using deep exposure(s) of the nearest hard spectrum blazar(s) with CTA…

脉冲星计时阵列对夸克禁闭时期宇宙磁场的约束

Pulsar timing array constraints on the cosmological magnetic field from quark confinement epoch

本文结合三种PTA随机引力波背景测量与原初黑洞丰度约束，分析夸克禁闭期一阶相变，并精确预测其产生的宇宙磁场初始参数。

磁FLRW宇宙学中宇宙学扰动的对比公式

Contrasting formulations of cosmological perturbations in a magnetic FLRW cosmology

本文通过比较1+3协变规范不变量和规范不变量这两种宇宙学扰动理论中与磁场相关的规范不变量，对它们进行了比较。在第一部分中，我们给出了一个介绍每个形式主义假设存在的磁场。我们发现，用1+3协变方法定义的规范不变量与两个封闭基本观测者之间的磁场（定义在规范不变形式中）的空间变化有关。这个关系是通过在磁化宇宙中的规范不变量方法中选择共动规范来计算的。此外，我们还导出了电磁势的规范不变量方法的规范变换，并将麦克斯韦方程组写成了这些势。

宇宙磁场中残余引力波向光子的转换

Conversion of relic gravitational waves into photons in cosmological magnetic fields

讨论了引力波到电磁辐射的转换。计算了在复合时期和随后的宇宙学阶段中，在宇宙学背景磁场存在下引力子转变为光子的几率。产生的电磁辐射集中在光谱的X射线部分。研究表明，如果宇宙在大爆炸核合成（BBN）之前是由原初黑洞（PBH）主导的，那么PBH发射的残余引力子将在宇宙磁场中转化为光子，从而转化为几乎各向同性的电磁辐射背景.这种河外辐射可能是宇宙X射线背景的显著甚至主要成分。

从超维Gauss Bonnet引力看宇宙的磁成因

Cosmological Magnetogenesis From Extra-dimensional Gauss Bonnet Gravity

在暴胀期间原始磁场的产生通常需要打破电磁作用的共形不变性。在本文中，这已经自然地实现了在一个更高的维度的宇宙模型与高斯-邦纳项的行动。额外维度的标度因子的演化（其动力学受高斯-博内项的影响）是破坏共形不变性的原因。人们研究了不同的情况，每一种情况都以高维数、高斯-邦纳参数值和宇宙学常数为特征。许多被考虑的场景都受到宇宙演化是稳定的、正常维度扩张以及没有因电场增长而产生的反反应等要求的高度限制。然而，确实存在满足上述要求并且非常适合于磁发生的情况。特别是，额外维度的数量$D=4$和宇宙学常数不为零的情况，最适合产生原始磁场。结果表明，对于这些参数值，可以产生$10^{-10}-10^{-9}$ $G$量级的尺度不变磁场。即使在这些最有利的情况下，高维空间在膨胀期间也会以与正常维度相同的速率膨胀。因此，如果一种机制可以冻结更高维度的进化，这似乎是一个可行的机制，以产生可接受的原始磁场。

用弯曲机制实现引力耦合电动力学产生磁场

Completing magnetic field generation from gravitationally coupled electrodynamics with the curvaton mechanism

在暴胀过程中，引力耦合电动力学可以产生具有宇宙学意义的场强的原始磁场。由于宇宙学约束要求这是幂律暴胀，因此不可能同时产生暴胀的曲率扰动。因此，在这里被认为是一个完整的大规模磁场的膨胀期间产生的和原始曲率模式在随后的时代从曲率场。研究发现，对于磁种子场$B_s\stackrel{>}{\sim}10^{-30}$ G，可以同时满足获得强磁场和抑制暴胀过程中产生的曲率扰动幅度的约束条件.

用大尺度结构一致性关系检验宇宙磁场的起源

Testing the Origin of Cosmological Magnetic Fields through the Large-Scale Structure Consistency Relations

研究了描述暗物质、重子和磁场演化的后复合宇宙磁流体动力学方程组的对称性。这是在流体方程和相空间中的Vlasov-Poisson-麦克斯韦方程组的水平上完成的。本文讨论了在磁场和物质超密度情况下，（n + 1）-相关函数软极限的相容性关系。特别是，我们强调，任何违反这种一致性关系在相同的时间将指向一个膨胀的起源磁场。

再论宇宙复合时的磁场谱

Magnetic field spectrum at cosmological recombination revisited

如果矢量型扰动存在于复合前的原始等离子体中，则通过哈里森机制，磁场的产生是不可避免的。在标准的宇宙学扰动理论中，一阶标量扰动的非线性耦合会产生二阶矢量扰动，从而产生磁场。本文在前人研究的基础上，重新研究了宇宙学扰动中二阶磁场的产生，并采用新开发的二阶Boltzmann程序，考虑了纯二阶矢量扰动的时间演化，从而进一步研究了二阶磁场的产生.我们证实了由一阶标量模的乘积项得到的磁场振幅与我们以前的研究结果是一致的。然而，我们发现，无论是数值计算和分析，从纯粹的二阶矢量扰动的磁场部分抵消了磁场的一阶标量模式的乘积项，在紧耦合制度中的辐射占主导地位的时代。因此，小尺度磁场的振幅$k \gtrsim 10~h{\rm Mpc}^{-1}$小于先前的估计。在宇宙学复合中产生的磁场的幅度约为$B_{\rm rec} =5.0\times 10^{-24}~{\rm Gauss}$对$k = 5.0 \times 10^{-1}~h{\rm Mpc}^{-1}$。最后，我们讨论了其他作者对磁场振幅的估计存在差异的原因。

Lorentz破坏理论中由原初挠率引起的宇宙磁螺旋度和双折射

Cosmological magnetic helicity and birefrigence from primordial torsion in Lorentz violation theories

宇宙学磁螺旋度被认为是宇宙中磁场放大的基本因素。最近Semikoz和Sokoloff [Phys Rev Lett 92（2004）：131.301.]表明种子场的弱并不一定意味着磁宇宙螺旋度的弱。本文推导了Riemann-Cartan时空中基于平扭光子非最小耦合的发电机方程。从这个推导，我们可以从宇宙学的磁螺旋度，计算出一个平坦的扭转场产生银河发电机种子的必要条件。这个发电机方程的一个特点是电阻率依赖于Ricci标量曲率。这一特征也存在于湍流发电机模型中。这里的有效电导率是利用$R(Γ)F^{2}$拉格朗日的平扭模得到的，其中R是指Ricci-Cartan时空。计算了磁场的功率谱。光子的双折射与挠率的半极小耦合自然地产生洛伦兹破坏。尽管Dobado和Maroto [Mod Phys Lett A 12：3003（1997）]之前已经研究了原始扭转在光传播各向异性中的作用，但他们使用QED拉格朗日的费米子部分进行了研究，而我们使用光子部分获得了类似的结果。他们也使用了伪挠迹，而我们这里用挠迹本身来计算。

星系际磁场II引起的法拉第旋转测量：宇宙学贡献

Faraday Rotation Measure due to the Intergalactic Magnetic Field II: the Cosmological Contribution

利用宇宙大尺度结构中基于湍流发电机的星系际磁场（IGMF）模型，研究了从宇宙网到宇宙学距离的星系际磁场引起的法拉第旋转测度（RM）.通过将IGMF和气体密度数据叠加到红移$z=5$，并考虑测量RM的偏振背景射电源的红移分布，我们模拟了RM的天空图。星系团的贡献从地图中减去，基于几个不同的X射线亮度和温度标准。我们的调查结果如下。不同红移的射电源的RM分布表明，均方根值随红移的增加而增加，对于$z \ga 1$，RM达到饱和。饱和值为RM $_{\rm rms} \approx$几个${\rm rad m^{-2}}$。$|{\rm RM}|$的概率分布函数服从对数正态分布。功率谱在$\sim 1 - 0.1^\circ$的角标度上具有宽平台，在$\sim 0.15^\circ$附近具有峰。二阶结构函数在$\ga 0.2^\circ$的角分离中具有平坦的轮廓。我们的研究结果可以为调查提供有用的见解，以探索IGMF与平方公里阵列（SKA）和即将推出的SKA探路者。

等离子体对磁单极宇宙学Abandonment的约束和宇宙磁场的起源

Plasma Constraints on the Cosmological Abundance of Magnetic Monopoles and the Origin of Cosmic Magnetic Fields

现有的理论和观测对磁单极子丰度的限制是有限的。在这里，我们证明了一个合奏的单极子形成等离子体的性质是很好地确定和其集体效应的地方新的严格的限制宇宙学丰度的单极子。特别是，在星系团和射电遗迹中存在微高斯磁场，这意味着这些结构的尺度低于德拜屏蔽长度，从而为单极子的宇宙学密度参数$Ω_M\lesssim3\times10^{-4}$设定了上限，这使得它们不能成为暗物质。未来对Gpc级相干磁场的探测可以将这一限制提高几个数量级。此外，我们预测存在磁朗缪尔波和湍流，可能出现在天空中的“斑马图案”的交变磁场与${\bf k\cdot B}\not=0$。我们还表明，星系团吸积激波附近激发的磁朗缪尔湍流可能是产生观测到的团内磁场的有效机制。

盘星系宇宙学模拟中的磁场

Magnetic fields in cosmological simulations of disk galaxies

在观测上，磁场与银河系等盘状星系的星际介质中的热能和宇宙射线达到均分。然而，到目前为止，对星系形成和演化的宇宙学模拟通常忽略了磁场。我们采用移动网格代码\textsc{Arepo}跟踪的第一次银河系的盘状星系在其完整的宇宙学背景下，同时考虑到磁场的形成和演化。我们发现，一个规定的微小的磁种子场的增长呈指数级的小规模发电机，直到它饱和周围的$z=4$与大约$10\%$的动能在星系的主要祖晕中心的磁能。通过$z=2$，形成了一个定义明确的气体盘，其中磁场通过差动旋转进一步放大，直到它在盘平面中的平均场强为$\sim 6 \mug$时饱和。在这一阶段，磁场从一个混乱的小尺度场转化为一个有序的大尺度场相干的规模相当于磁盘半径。最终的磁场强度，其径向轮廓和恒星结构的磁盘比较与观测数据。一个小的合并会暂时增加磁场强度大约2倍，然后它会迅速衰减回饱和值。我们的结果是高度不敏感的初始种子场强度，并建议在旋涡星系的大规模磁场可以解释为宇宙结构形成过程的结果。

相变产生的大尺度宇宙磁场

Phase Transition Generated Cosmological Magnetic Field at Large Scales

我们利用相对论能量密度上的大爆炸核合成约束，对相变（PT）过程中产生的原始磁场（PMF）进行了约束。在大尺度下，保偏光纤的振幅取决于保偏光纤谱在其最大相关长度尺度之外的形状。即使在1兆秒差距的PMF的幅度很小，PT产生的PMF可以留下可观察到的签名在潜在的可检测的遗迹引力波背景，如果足够大的分数（$1-10%$）的热能转换成PMF。

可行的引力$f(R)$模型中磁Bianchi I的宇宙动力学

Cosmological dynamics of magnetic Bianchi I in viable $f(R)$ models of gravity

本文研究了$f(R)$理论中爱因斯坦-麦克斯韦方程的标准动力系统分析。本文利用可行的引力$f(R)$模型研究了正交空间均匀（OSH）Bianchi I型宇宙中均匀磁场的宇宙动力学。在这项工作中，$f(R) = R -αR^n$和$f(R) = \left( R^b - Λ\right)^c$模型进行检查，通过使用我们的动力系统分析。我们的结果表明，这两个$f(R)$模型都有一个可行的宇宙学的结果与文献\cite{Amendola:2007nt}中对FLRW背景的分析相同。与文献\cite{Amendola:2007nt}相反，我们发现在我们的模型中，在标准物质历元出现之前，存在一个额外的各向异性的非零宇宙学磁场不动点。这意味着宇宙具有初始各向同性阶段，中间时期为各向异性背景，最终以各向同性晚期加速度结束。原始磁场在这两个模型的剪切演化中起着至关重要的作用，这两个模型的宇宙时间标度与$σ\sim t^{-\frac13}$相同，而不是$σ\sim t^{-1}$。

利用旋转测度网格探测宇宙磁场--贝叶斯方法

Using rotation measure grids to detect cosmological magnetic fields -- a Bayesian approach

确定宇宙大尺度结构中不同环境下的磁场性质及其随红移的演化是揭示宇宙磁场起源的基础性步骤。射电观测允许通过测量河外射电源的法拉第深度来研究河外磁场。我们的目的是调查有多少不同的河外环境有助于这些源的法拉第深度方差。我们开发了一个贝叶斯算法来区分统计法拉第深度方差贡献固有的源，由于源和观察者之间的介质。在我们的算法中，银河系前景和测量噪声被考虑作为银河系模型的不确定性相关。此外，我们的算法允许调查可能的红移演化的河外贡献。这项工作提出了算法的推导和模拟观测进行测试。随着宇宙磁场成为新一代无线电干涉仪的关键科学项目之一，我们已经对下一代无线电干涉仪数据的算法性能进行了预测。对实际数据的应用留待以后的工作。

宇宙磁场生存

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。

来自超轻暗物质的宇宙学磁场

Cosmological Magnetic Fields from Ultralight Dark Matter

本文提出一种在重组后由振荡赝标量暗物质驱动的参数共振机制，在兆秒差距尺度上产生超过观测下限的宇宙学磁场。

宇宙学相变磁场产生的引力辐射

Gravitational Radiation Generated by Cosmological Phase Transition Magnetic Fields

我们研究了在电弱（EW）和QCD相变中由磁泡碰撞产生的宇宙磁场所产生的引力波。这里考虑的磁场产生机制是基于基本EW最小超对称（MSSM）和QCD拉格朗日量的使用。利用磁流体动力学（MHD）湍流模型计算了引力波谱。我们发现EW相变产生的引力波振幅峰值在1-2 mHz附近，为$10^{-20}-10^{-21}$量级，因此该信号可能被激光干涉空间天线（LISA）探测到。然而，在QCD相变期间产生的引力波在LISA敏感带之外。

真实的循环磁宇宙

Realistic Cyclic Magnetic Universe

本文提出了一个完整的基于非线性磁场的循环宇宙学方案。它由重子物质、暗物质、辐射、中微子和宇宙磁场五种流体组成。前四种流体以标准方式处理，第五种流体，磁场，由非线性电动力学描述。自由参数由观测数据（SNIa，CMB，河外磁场等）和简单的理论考虑来拟合。由此产生了一个循环宇宙学模型，它保留了标准大爆炸模型的主要成就，并解决了初始奇点、当前加速度和大撕裂等问题。

超高能宇宙线在河外磁场中的传播：宇宙学模拟的观点

Propagation of Ultra High Energy Cosmic Rays in Extragalactic Magnetic Fields: A view from cosmological simulations

我们用CRPropa程序模拟了超高能宇宙射线的传播（能量$\geq 10^{18} \rm eV$和纯质子成分）通过银河系外磁场，已经用宇宙学ENZO代码模拟。我们测试了原始和天体物理的磁成因方案，以调查不同的磁场强度在集群中的影响，在宇宙学距离上传播的宇宙射线的偏转上的细丝和空隙。我们还研究了不同的宇宙射线源分布对模拟银河观测者的影响。我们的分析表明，到达谱和各向异性的事件是相当不敏感的河外磁场的分布，而它们更受集群内的源$\sim 50$兆位差距的距离到观察者。最后，我们发现，为了再现观测到的宇宙线在$\sim $ EeV能量的各向同性程度，在宇宙空洞的平均磁场必须是$\sim 0.1 \rm \ nG$，提供原始种子场的强度限制。

来自原初克尔-纽曼黑洞的宇宙学磁场

Cosmological Magnetic Fields from Primordial Kerr-Newman Black Holes

本文研究早期宇宙中带电旋转的原初克尔-纽曼黑洞产生宇宙学磁场的可能性，计算了磁场强度与关联长度，并指出其与随机引力波背景的关联可作为主要观测特征。

对中微子磁矩的强宇宙学约束

Strong cosmological constraints on the neutrino magnetic moment

本研究通过计算早期宇宙多组分原初等离子体中右手中微子的产生率及其对相对论性能量密度的贡献，利用宇宙学数据给出中微子磁矩的强约束，并指出未来实验可与恒星限制竞争。

Cosmological magnetic fields in turbulent matter

We study the evolution of magnetic fields in turbulent hot plasma of the early Universe accounting for the chiral magnetic effect. The magnetohydrodynamic turbulence is modeled by replacing the matter velocity in the advection term in the Faraday equation with the Lorentz force. The system of the kinetic equations for the spectra of the densities of the magnetic helicity and the magnetic energy, as well as for the chiral imbalance, is derived. The amplification of the magnetic field is shown to result from the presence of the chiral magnetic effect solely. The system of the kinetic equations i…

Magnetic fields from cosmological bulk flows

We explore the possibility that matter bulk flows could generate the required vorticity in the electron-proton-photon plasma to source cosmic magnetic fields through the Harrison mechanism. We analyze the coupled set of perturbed Maxwell and Boltzmann equations for a plasma in which the matter and radiation components exhibit relative bulk motions at the background level. We find that, to first order in cosmological perturbations, bulk flows with velocities compatible with current Planck limits ($β<8.5\times 10^{-4}$ at $95\%$ CL) could generate magnetic fields with an amplitude $10^{-21}$ G o…

Progress on Cosmological Magnetic Fields

A variety of observations impose upper limits at the nano Gauss level on magnetic fields that are coherent on inter-galactic scales while blazar observations indicate a lower bound $\sim 10^{-16}$ Gauss. Such magnetic fields can play an important astrophysical role, for example at cosmic recombination and during structure formation, and also provide crucial information for particle physics in the early universe. Magnetic fields with significant energy density could have been produced at the electroweak phase transition. The evolution and survival of magnetic fields produced on sub-horizon scal…

ALP暗物质、宇宙磁场与直接坍缩黑洞形成场景

ALP Dark Matter, Cosmological Magnetic Fields and the Direct Collapse Black Hole Formation Scenario

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。

复合前非绝热涨落产生的原初磁场

Primordial magnetic fields generated by the non-adiabatic fluctuations at pre-recombination era

在预复合时代，宇宙学密度涨落可以通过汤姆森散射自然产生磁场。在以往的研究中，只考虑了初始绝热涨落产生的磁场。本文基于宇宙学扰动理论，利用光子流体和重子流体之间的紧耦合近似，研究了由原初非绝热涨落产生的宇宙学磁场.结果表明，在紧耦合近似的一阶展开下，非绝热涨落产生的磁场是可以产生的。这一结果与绝热初始涨落的情况相反，绝热初始涨落的情况下只能产生二阶的磁场。在一个一般的情况下，原始密度扰动包含小的非绝热波动上的主要绝热的顶部，我们表明，领先的磁场的来源是由二阶耦合的绝热和非绝热波动。我们计算了当非绝热涨落具有蓝色功率谱时所产生的磁场的功率谱，这是最近的宇宙学观测所提出的。

基于非线性电动力学的磁宇宙没有令人信服的宇宙学模型

No compelling cosmological models come out of magnetic universes which are based in nonlinear electrodynamics

在这里，我们调查的宇宙动力学的弗里德曼-罗伯逊-沃克宇宙-平坦的空间部分-这是由非线性电动力学（NLED）拉格朗日驱动。我们特别注意检查平方声速的符号，因为只要后者为负，相应的宇宙学模型对背景能量密度的小扰动是经典不稳定的。此外，基于因果关系的论点，人们必须要求所提到的背景的小扰动最多以光速传播。我们还寻找曲率奇点的发生。我们的研究结果表明，几个宇宙学模型是基于已知的NLED拉格朗日，要么是困扰突然和/或大裂缝类型的曲率奇异性，或对宇宙学背景的小扰动是激烈的不稳定-由于负的平方声速-或两者兼而有之。此外，与背景扰动的超光速传播相关的因果关系问题也可能出现。

宇宙学纠缠磁场中的轴子产生和CMB谱畸变

Axion production and CMB spectral distortion in cosmological tangled magnetic field

在复合时期之前，由于纠缠磁场中的光子-轴子混合和磁场阻尼而产生的轴子产生可以产生宇宙微波背景（CMB）光谱失真。特别是，这两个过程的贡献CMB $μ$失真的情况下，共振光子轴子混合的研究。假设磁场功率谱近似为幂律$P_B(k)\propto k^n$，谱指数为$n$，结果表明，对于磁场截止尺度$172.5$ pc $\leq λ_B\leq 4\times 10^3$ pc，轴子对CMB $μ$畸变的贡献小于宇宙等离子体中磁场阻尼的贡献.利用COBE上限对$μ$和磁场尺度的$λ_B\simeq 415$ pc进行了研究，发现了DFSZ轴子模型和轴子质量$m_a\geq 2.6\times 10^{-6}$ eV的磁场强度（$B_0\leq 8.5\times 10^{-8}$ G）比其它研究的极限弱10倍，并对PIXIE/PRISM对$μ$的预期灵敏度进行了预测.

暴胀和反反应产生的宇宙磁场

Cosmological Magnetic Fields from Inflation and Backreaction

本文研究了暴胀磁生机制中的逆反应问题。在通常的分析中，假设电磁场的反作用一旦变得重要，就会破坏暴胀。然而，这一假设没有任何理由。因此，我们通过考虑反反应来分析暴胀的磁生作用。相反，天真的期望，我们表明，通货膨胀仍然继续，即使在逆反应开始工作。然而，事实证明，由于逆反应，原始磁场的产生被显著抑制。

宇宙学AMR MHD与恩佐

Cosmological AMR MHD with Enzo

在这项工作中，我们提出了MHDEnzo，扩展的宇宙学代码恩佐包括磁场的影响，通过理想的MHD近似。我们使用一个高阶Goddom Riemann求解器的界面通量的计算。我们使用两种约束输运方法来计算这些界面通量的电场，这同时推进了感应方程，并保持了磁场的发散。一个三阶发散自由重建技术被用来插入块结构AMR框架中的磁场已经存在于恩佐。该重建还将磁场的发散度保持在机器精度。我们使用算子分裂来包括引力和宇宙膨胀。然后，我们提出了一系列的宇宙学和非宇宙学的测试问题，以证明这种组合的解决方案的质量。

来自与宇宙磁场相互作用的ALP暗物质的光子次级产生

Secondary Production of Photons from ALP Dark Matter interacting with a Cosmological Magnetic Field

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。

使用GCMHD +的宇宙学模拟

Cosmological Simulations using GCMHD+

对星系团的射电观测表明，星系团内部介质中存在μG磁场。这些宇宙磁场的起源和演化目前还没有很好的理解，因此它们对结构形成动力学的影响也不清楚。需要数值模拟来获得更好的理解，并为下一代射电望远镜做出预测。我们提出的银河系化学动力学平滑粒子磁流体动力学（SPMHD）代码（GCMHD+），这是一个MHD实现宇宙学平滑粒子流体动力学代码GCD+。1，2和3维测试的结果，并显示相对于ATHENA网格代码的代码的性能。GCMHD+与ATHENA生产的参比溶液具有良好的一致性。然后，该代码被用来模拟一个简单的原始磁场嵌入气体中的星系团的形成。一个10^-11 G的均匀种子场在簇的形成过程中被放大了10^3倍。结果表明，与其他类似分辨率的磁团簇模拟中发现的配置文件有很好的协议。

Covariant polarized radiative transfer on cosmological scales for investigating large-scale magnetic field structures

Polarization of radiation is a powerful tool to study cosmic magnetism and analysis of polarization can be used as a diagnostic tool for large-scale structures. In this paper, we present a solid theoretical foundation for using polarized light to investigate large-scale magnetic field structures: the cosmological polarized radiative transfer (CPRT) formulation. The CPRT formulation is fully covariant. It accounts for cosmological and relativistic effects in a self-consistent manner and explicitly treats Faraday rotation, as well as Faraday conversion, emission, and absorption processes. The fo…

由电弱弦播种的原始磁场能在宇宙尺度上引起类星体轴的排列吗？

Can primordial magnetic fields seeded by electroweak strings cause an alignment of quasar axes on cosmological scales?

在早期宇宙的电弱相变中形成的非拓扑电弱弦的衰变可能在今天的宇宙中留下可观察到的印记。这样的弦可以自然地产生原始的磁场。于是原星系倾向于形成其旋转轴与外部磁场平行的星系，而且，外部磁场产生的扭矩迫使星系轴与磁场对齐，即使这两个轴最初并不对齐。这可以解释类星体偏振矢量的排列（观察到的，但尚未解释）。我们证明了两个环状电弱弦所留下的磁场的形状可以解释类星体极化矢量的非平凡排列，并对未来的观测做出预测。

锂问题的宇宙学解：光子冷却、$X$粒子衰变和原始磁场的大爆炸核合成

Cosmological solutions to the Lithium problem: Big-bang nucleosynthesis with photon cooling, $X$-particle decay and a primordial magnetic field

在BBN中计算的$^7$ Li丰度与从CMB功率谱拟合得到的重子-光子比是固定的，这与在贫金属晕星表面观察到的锂丰度不一致。以前提出的解决这个$^7$ Li问题的宇宙学解决方案包括光子冷却（可能通过标量粒子的玻色-爱因斯坦凝聚）或长寿命$X-$粒子（可能是次轻的超对称粒子）的衰变。在本文中，我们重新分析这些解决方案，无论是单独的和一致的。我们还介绍了原始磁场（PMF）到这些模型的可能性。我们约束的$X-$粒子和PMF参数所观察到的轻元素丰度使用的可能性分析，以表明，包括所有三种可能性导致锂问题的最佳解决方案。我们推导出了PMF中$X-$粒子参数和能量密度的允许范围，可以解决$^7$ Li问题。

宇宙磁场中高频遗迹引力波向光子的转化

Conversion of high frequency relic gravitational waves into photons in cosmological magnetic field

本研究延续前人工作，将FLRW宇宙中Gertsenshtein效应的微分方程组针对辐射主导期视界下的高频引力波简化并解析求解，发现1 nGs磁场下频率不低于10^-11Hz的遗迹引力波转化效应显著增强，并讨论了结果的模型依赖性。

Cosmological Magnetic Field and Dark Energy as two sides of the same coin

It has been recently argued \cite{Barvinsky:2017lfl} that the de Sitter phase in cosmology might be naturally generated as a result of dynamics of the topologically nontrivial sectors in a strongly coupled QCD-like gauge theory in expanding universe. It is known that the de Sitter phase is realized in the history of our Universe twice: the first occurrence is coined as the inflation, while the second time (which is occurring now) is dubbed as the dark energy (DE). The crucial element of the proposal \cite{Barvinsky:2017lfl} is the presence of a nontrivial gauge holonomy which is the source of …

Towards convergence of turbulent dynamo amplification in cosmological simulations of galaxies

Our understanding of the process through which magnetic fields reached their observed strengths in present-day galaxies remains incomplete. One of the advocated solutions is a turbulent dynamo mechanism that rapidly amplifies weak magnetic field seeds to the order of ${\sim}μ$G. However, simulating the turbulent dynamo is a very challenging computational task due to the demanding span of spatial scales and the complexity of the required numerical methods. In particular, turbulent velocity and magnetic fields are extremely sensitive to the spatial discretisation of simulated domains. To explore…

宇宙学SPMHD模拟中的一个发散清洗方案

A divergence-cleaning scheme for cosmological SPMHD simulations

在磁流体力学中，磁场由感应方程导出，并通过洛伦兹力与气体动力学耦合。我们进行数值平滑粒子磁流体动力学（Spmhd）模拟和研究的数值磁发散的影响。对于由发散B相关误差引起的不稳定性，我们发现Dedner等人2002年提出的双曲/抛物线清洗方案给出了良好的结果，并防止数值伪影的增长。此外，我们表明，某些当前的Spmhd实现的磁场正则化引起非物理的不稳定性，在长时间的模拟。我们也发现这种效果时，采用欧拉势（发散的定义），这是不能够正确地遵循的缠绕过程的磁场线。此外，我们提出了极高分辨率的星系团形成的宇宙学模拟，包括磁场的演变。我们显示合成法拉第旋转地图，并推导出结构函数，将它们与观测结果进行比较。比较所有的模拟和不发散清洗，我们能够确认以前的模拟结果进行的标准实施的MHD在Spmhd在正常分辨率。然而，在极高的分辨率，清洗方案是必要的，以防止在小尺度的数值误差的增长。

早期宇宙中轴子-光子转换产生的轴子暗辐射的宇宙学约束

Cosmological constraints on axionic dark radiation from axion-photon conversion in the early Universe

轴子在弦论中似乎无处不在，其中一些可能是由重标量衰变产生的非热，有助于暗辐射。研究了在原初磁场存在下，由轴子暗辐射通过轴子-光子转换产生的光子的各种宇宙学效应，导出了轴子-光子耦合与原初磁场结合的严格约束.

扩展电磁学中由暴胀产生的宇宙学磁场

Cosmological magnetic fields from inflation in extended electromagnetism

在这项工作中，我们考虑了一个扩展的电磁理论，其中的标量状态，这通常是由洛伦兹条件消除允许传播。在标准暴胀宇宙学的背景下，这种状态已经被证明会产生一个小的宇宙学常数。在这里，我们表明，通常的洛伦兹规范破缺项现在起着有效的电磁流的作用。这种电流是在膨胀期间从量子涨落产生的，并产生随机的有效电荷密度分布。由于膨胀后宇宙等离子体的高导电性，电荷密度产生电流，从而产生亚哈勃尺度的涡旋和磁场。由宇宙微波背景辐射温度各向异性引起的涡度上限被转换为宇宙磁场的下限。我们发现，对于一个近尺度不变的涡度谱，磁场$B_λ> 10^{-12}$ G通常产生的相干长度范围从亚星系尺度到目前的哈勃半径。这些场可以作为银河发电机的种子，甚至可以通过原银河云的坍缩和差异旋转来解释观测结果。