Revisiting Dark Photon Constraints from CMB Spectral Distortions
重新审视CMB谱畸变对暗光子的约束，发现先前估计符号相反且振幅被低估约1.5倍，并扩展到大畸变区域，表明约束显著弱化，为利用畸变各向异性研究暗光子开辟新途径。
2024-09-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Spectral distortions of the CMB dipole
我们考虑了与原始复合辐射（PRR）和原始$y$ -和$μ$ -畸变有关的宇宙微波背景（CMB）偶极子各向异性的畸变。这些信号是由于我们相对于CMB静止坐标系的运动而产生的，并表现为CMB温度偶极子的频率依赖性失真。对于首阶，CMB偶极子的预期相对失真不依赖于特定的观测方向，并且在1 - 700 GHz的频率范围内，对于PRR-和$μ$ -失真达到$10^{-6}$的水平，对于$y$ -失真达到$10^{-5}$的水平。由残余CMB畸变的偶极各向异性引起的温差依赖于观测方向。对于相互相反的方向，共线的CMB偶极轴，温度差，因为PRR-和$μ$ -偶极各向异性达到值$ΔT\simeq 10\,$ nK在考虑的范围内。由$y$ -偶极各向异性引起的温差可达到高达$1\,μ$ K的值。所考虑的效果的关键特征如下：（i）效果的观测不需要绝对校准;（ii）可以选择具有最小前景污染的天空块。因此，未来CMB偶极子失真的测量将提供一种直接检测PRR、$y$和$μ$失真的替代方法。$y$失真偶极子可以用PIXIE在几个标准差下检测到。
2015-09-11 astro-ph.CO
The synergy between CMB spectral distortions and anisotropies
CMB的光谱畸变和各向异性为研究早期宇宙的能量注入过程提供了独立和互补的探针。在这里，我们讨论了这些观测之间的协同作用，并显示了有前途的未来的光谱失真任务，以约束外来和非外来的能量注入。我们表明，传统的探针，如大爆炸核合成和CMB各向异性可以受益于，甚至超越未来的光谱失真实验。为此，我们在玻尔兹曼代码CLASS中实现了一个统一的框架，以一致地处理光子和重子的热演化。此外，我们给出了一个广泛的和教学的介绍到整个宇宙的热历史的光谱扭曲和能量注入的主题，突出了它们的一些独特的功能和潜力，作为一个新的宇宙学和粒子物理学的探测。
2020-02-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Statistical anisotropy in CMB spectral distortions
宇宙微波背景辐射谱$y$畸变各向异性的测量提供了对$0.01\lesssim k{\rm Mpc}\lesssim 1$原始密度扰动统计各向同性的检验。我们计算1点系综平均值的$y$失真各向异性消失的统计各向同性扰动。对于四极统计各向异性，我们发现$4π\langle y_{2m}\rangle=-6.8A_2\times 10^{-9}Y_{2m}(\mathbf d )$与四重勒让德系数的各向异性功率谱$A_2$和$\ell=2$球谐$Y_{2m}(\mathbf d )$的首选方向$\mathbf d $。此外，我们还讨论了统计各向异性宇宙中$y$ -畸变各向异性的宇宙方差。
2019-01-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining Viscous Dark Matter in light of CMB Spectral Distortion
本文计算了粘性暗物质与重子相互作用引起的CMB谱畸变，利用COBE/FIRAS和PIXIE观测约束了粘性暗物质的参数空间。
2024-04-20 astro-ph.CO
CMB $μ$ distortion from primordial gravitational waves
提出了一种新的产生宇宙微波背景辐射$μ$畸变的机制，该机制起源于原初引力波。这种$μ$失真是由温度各向异性通过汤姆逊散射的阻尼产生的，即使在比Silk阻尼更大的尺度上也是如此。这种机制与原始曲率（标量）扰动形成鲜明对比，其中温度各向异性主要通过Silk阻尼效应衰减。我们估计的$μ$失真的大小从新的机制，它可以用来限制振幅的原始引力波在较小的尺度上独立于CMB各向异性，给出更宽的范围内的限制其频谱指数的CMB各向异性的振幅相结合。
2014-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrinogenic CMB spectral distortions
该研究提出利用CMB谱畸变缓解有效中微子数无法唯一确定辐射源的简并问题，分析中微子产生的CMB谱畸变机制，指出二者协同可探测以中微子耦合为主的隐藏区，拓展联合实验的参数探测空间。
2025-10-06 astro-ph.CO hep-ph
Measuring primordial anisotropic correlators with CMB spectral distortions
我们发现，膨胀模型与破碎的旋转不变性产生可测试的非对角签名之间的相关性的$μ$型失真和温度波动的宇宙微波背景。更确切地说，通常由原始矢量场的波动产生的具有四极双谱不对称性的场景，当$|\ell_1-\ell_2|=2$时产生非零的$μ$相关。由于光谱畸变对极小尺度的原始波动很敏感，因此宇宙方差限制的光谱畸变实验可以以高的信噪比检测到这种效应。
2015-10-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Spiky CMB distortions from primordial bubbles
在多维势中，在暴胀期间可能通过量子隧穿成核的原始气泡可能留下了一些目前可探测到的遗迹。这些气泡在辐射时代转变为黑洞，这可能解释了LIGO黑洞、超大质量黑洞，并可能在暗物质中发挥重要作用。通常，这些黑洞被向外传播的球形声波包形式的能量赤字所包围。在这项工作中，我们研究如何在重组的时间之前，宇宙等离子体的扰动消散，导致CMB的光谱失真。我们发现在最后一个散射面上可能存在一些罕见的包含巨大黑洞的区域，这些区域产生了潜在的可检测的$μ$型畸变的点状信号。
2020-03-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Spectral distortions in CMB by the bulk Comptonization due to Zeldovich pancakes
如果宇宙的大尺度结构是通过Zeldovich煎饼产生的，即使是部分，那么CMB辐射的波动应该是由于收缩煎饼上的黑体光谱的体康普顿化而形成的。得到了体压缩后CMB能谱的近似公式。通过比较这两种情况下的谱图，可以估计由于热和体康普顿化引起的CMB的康普顿化能谱之间的差异。
2019-02-04 astro-ph.CO
Constraints on primordial black holes with CMB spectral distortions
在由原始黑洞（PBH）和弱相互作用大质量粒子（WIMPs）组成的混合暗物质场景中，WIMPs可以吸积到PBH上，在早期宇宙中形成具有密度尖峰的超紧小晕（UCMHs）。与经典的暗物质晕相比，UCMH形成时间更早，中心密度更高。由于湮没率与WIMP粒子数密度的平方成正比，因此可以预计，在UCMH中WIMP粒子的湮没会增强，并对早期宇宙产生影响。在复合时间和物质辐射相等之间，UCMH中WIMP湮灭释放的能量被注入宇宙，导致CMB $y$型扭曲。我们利用远红外绝对分光光度计（FIRAS）的观测结果研究了这些影响，并推导出了多溴联苯的丰度上限。我们发现，对于WIMP的质量范围$1\le m_χ\le 1000~\rm GeV$，PBH的丰度上限是$5\times 10^{-3}\le Ω_{\rm PBH}\le 5\times 10^{-2}$。
2022-08-31 astro-ph.CO gr-qc
Constraining the Initial Primordial Black Hole Clustering with CMB-distortion
原始黑洞的合并速率取决于它们的初始聚集。在缺乏与短尺度和大尺度相关的原初非高斯性的情况下，原初黑洞在其形成时呈泊松分布。然而，局域型的原初非高斯性可能与大尺度上的原初黑洞相关。我们表明，未来的实验寻找CMB $μ$ -失真将测试的假设初始原生黑洞集群引起的本地非高斯性，而现有的限制已经表明，显着的非高斯性是必要的诱导原生黑洞集群。
2021-09-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Evolution of CMB spectral distortion anisotropies and tests of primordial non-Gaussianity
宇宙微波背景（CMB）频谱畸变的各向异性可以通过早期宇宙中空间变化的加热过程产生。例如，小尺度声学模式的耗散确实会产生失真各向异性，特别是对于非高斯原始扰动。在这项工作中，我们推导出近似，允许描述相关的失真场。我们提供了一个系统的制定使用傅立叶空间窗口函数的问题，澄清和推广以前的近似。我们的表达式突出了这样一个事实，即由非高斯性引起的频谱失真波动的幅度也取决于这些失真的齐次值。因此，需要绝对测量来获得对原始非高斯性的模型无关的失真约束。我们还包括一个简单的描述通过光子扩散的扭曲的演变，表明这些修正通常可以忽略不计。我们的配方提供了一个系统的框架计算高阶关联函数的失真与CMB温度各向异性，并可以扩展到描述相关的偏振各向异性。
2016-12-30 astro-ph.CO
Leverage on small-scale primordial non-Gaussianity through cross-correlations between CMB $E$-mode and $μ$-distortion anisotropies
多场暴胀模型和非Bunch-Davies真空初始条件都预测了宇宙微波背景（CMB）黑体的相当大的非高斯原始扰动和各向异性$μ$型光谱畸变。虽然CMB各向异性允许我们探测波数$k\simeq 0.05\,{\rm Mpc^{-1}}$处的非高斯性，但$μ$失真各向异性与具有大得多的波数$k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}}$的原始扰动模式的非高斯性有关。通过CMB和$μ$ -失真各向异性之间的互相关，人们因此可以阐明上述通货膨胀模型。我们调查的能力，未来的CMB卫星成像仪，如LiteBIRD测量$μT$和$μE$交叉功率谱之间的各向异性$μ$ -失真和CMB温度和$E$模式的偏振各向异性的前景的存在下，并获得LiteBIRD预测${f_{\rm NL}^μ(k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}})}$。我们发现，在前景的存在下，与CMB偏振的$μE$互相关对$f_{\rm NL}^μ$提供了比$μT$互相关更多的约束力，并且$μT$和$μE$观测量的联合组合进一步增加了对小尺度原始非高斯性检测的杠杆作用。我们发现LiteBIRD在去除前景后能在$5σ$显著性上检测${f_{\rm NL}^μ}=4500$，并通过结合CMB温度和偏振在68% CL下实现最小误差${σ(f_{\rm NL}^μ=0) \simeq 800}$。由于CMB和$μ$失真各向…
2022-02-22 astro-ph.CO
FSD: Frequency Space Differential measurement of CMB spectral distortions
虽然宇宙微波背景在目前的实验范围内与一个完美的黑体光谱相一致，但在已知光谱特性的情况下，预计它会表现出一定的光谱失真。本文提出了一种利用亮温的频间差异来测量CMB光谱畸变的新方法--频率空间差分法（FSD）。在不存在任何失真的情况下，在不同频率下观察到的CMB温度之间的差异必须与黑体光谱的频率导数一致。然而，在存在频谱失真的情况下，所测量的频率间差也将表现出与黑体的偏差，这可以针对已知的频谱失真源（如$y\,\&\,μ$）来建模。我们的技术使用CMB黑体、$y$、$μ$或任何其他光谱失真源的FSD信息来对观察到的信号进行建模。在未来的CMB任务中成功应用这种方法可以提供一种提取光谱失真信号的替代方法，并可能使在没有内部黑体校准器的情况下测量光谱失真变得可行。
2018-01-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Primordial magnetic non-Gaussianity with generic vacua and detection prospects in CMB spectral distortions
本文研究慢滚暴胀中非最小动能耦合破坏共形不变性时原初曲率扰动与磁场的交叉双谱，发现其挤压极限具有一般性的局域型非高斯性，并预测非Bunch-Davies真空可显著提升CMB μT谱的信噪比。
2024-08-07 astro-ph.CO gr-qc
Bounds on QCD axion mass and primordial magnetic field from CMB $μ$-distortion
在大尺度磁场作用下，CMB光子振荡成轴子会引起CMB谱的畸变。利用COBE对$μ$参数的限制和在视界尺度上具有强度为$B\lesssim 3.2$ nG的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型，轴子质量的上限为，$m_a\lesssim 4.8\times 10^{-5}$ eV.另一方面，利用从ADMX实验中得到的被排除的轴子质量$m_a\simeq 3.5\times 10^{-6}$ eV值和束缚在$μ$上的COBE，对于具有当前历元$λ_B\simeq 1.3$ Mpc的相干长度的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型和DFSZ轴子模型分别得到了$B\simeq 46$ nG和$B\simeq 130$ nG.导出了PIXIE/PRISM对$B$和$m_a$的预测对$μ$的预期灵敏度。如果未来的PIXIE/PRISM空间飞行任务能够探测到CMB $μ$畸变，并假设大尺度磁场的强度接近其规范值$B\simeq 1-3$ nG，则质量范围为$2\, μ$ eV - $3\, μ$ eV的轴子将是CMB $μ$ -畸变的潜在候选者。
2015-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The role of CMB spectral distortions in the Hubble tension: a proof of principle
虽然$Λ$ CDM模型的早期和晚期修正都被提出来解决哈勃张力，但令人信服的论点表明，要想成功解决这个问题，它需要修改宇宙在重组之前的膨胀历史。这大大增加了精确的CMB观测的重要性，在这封信中，我们提出了CMB光谱失真的论点，强调了它们在约束模型中的潜在作用，这些模型在标准$Λ$ CDM参数中引入了显着的变化，例如标量光谱指数，试图解决哈勃张力。
2020-09-17 astro-ph.CO
Is the $w_0w_a$CDM cosmological parameterization evidence for dark energy dynamics partially caused by the excess smoothing of Planck CMB anisotropy data?
本研究通过对比Planck CMB与非CMB数据，发现$w_0w_a$CDM参数化对暗能量动力学的证据部分源于Planck CMB各向异性数据的过度平滑，引入变化参数$A_L$可缓解数据集间的张力。
2025-09-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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.
2015-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Spectral $μ$-Distortion of Multiple Inflation Scenario
在多重暴胀的情况下，有两个通货膨胀与中间物质占主导地位的阶段，功率谱估计将被增强的规模小于地平线的大小在开始的第二次通货膨胀，$k > k_{\rm b}$。我们要求$k_{\rm b} > 10 {\rm Mpc}^{-1}$确保增强的功率谱与宇宙微波背景辐射（CMB）的大尺度观测相一致。我们考虑由声波耗散产生的CMB谱失真来约束功率谱。$μ$失真值可以是对于$ k_{\rm b} \lesssim 10^3 {\rm Mpc}^{-1}$的标准$Λ$ CDM模型（$μ_{Λ\mathrm{CDM}} \simeq 2 \times 10^{-8}$）的期望值的$10$倍，而$y$失真几乎不受功率谱的增强的影响。
2018-05-07 astro-ph.CO
CMB spectral distortions as a novel way to probe the small-scale structure problems
在这项工作中，我们考虑CMB光谱畸变作为早期宇宙中的暗物质微观物理的探针。我们表明，未来的实验，如PRISM有可能区分的情况下，提供解决方案的CDM宇宙学的小规模问题。
2017-10-09 astro-ph.CO hep-ph
Primordial B-mode Diagnostics and Self Calibrating the CMB Polarization
原始宇宙微波背景（CMB）沿视线方向的畸变可以用11个场来模拟和描述。这些畸变场对应于各种宇宙学信号，例如由大尺度结构引起的CMB的弱引力透镜，屏蔽斑片状再电离，由于磁场或宇称违反物理引起的偏振面旋转。各种仪器系统，如增益波动，像素旋转，微分增益，指向，微分椭圆率也描述了相同的失真模型。所有这些失真产生污染原始张量B模式信号的B模式。在本文中，我们表明，除了产生B-模式，每个失真唯一耦合不同的模式$(\bfl_1\ne \bfl_2)$的CMB各向异性，产生$<EB>$相关性的原始CMB为零。我们描述并实现了无偏最小方差二次估计器，它使用CMB中的非对角相关性来提取失真图。我们进行蒙特卡罗模拟的估计器的特点，并说明了失真的水平，可以检测到与当前和未来的实验。估计器可用于寻找宇宙学信号，或检查数据中的任何残留系统学。作为原始张量B模式诊断的一个具体例子，我们比较了使用我们的方法的最小可检测失真的水平与B模式检测的最大允许失真水平。我们表明，对于任何实验，失真将被检测到在高的意义上使用相关性之前，他们会出现在功率谱中的伪B模式。
2009-12-18 astro-ph.CO
Testing kinetically coupled inflation models with CMB distortions
与爱因斯坦张量动力学耦合的暴胀场景已经被广泛研究。它们可以与当前的观测数据相一致。未来的实验对CMB失真的测量将潜在地扩展有关标量频谱的信息到小尺度$1 \Mpc^{-1} \lesssim k \lesssim 2 \times 10^4 \Mpc^{-1}$。以PIXIE实验的灵敏度为判据，对动力学耦合暴胀光谱畸变的观测前景进行了模型导向的分析。在参考文献\cite{Martin2013a}中列出的49个单场暴胀模型中，有5个模型可能产生可检测的扭曲水平。这些模型是：谷中混合暴胀（VHI）、非正则凯勒暴胀（NCKI）、广义MSSM暴胀（GMSSMI）、广义重整化点暴胀（GRPI）和运行质量暴胀（RMI）。这些模型中的每一个都可以满足普朗克对光谱倾斜的约束，并导致在其参数空间的调谐区域中与CMB失真相关的尺度上的功率增加。动力学耦合的存在抑制了VHI，GMSSMI和GRIPI的模型参数与质量维度的值，使得这三个模型可以与它们的理论考虑相一致。然而，所有这些模型的调谐区域未能满足张量模式的约束。
2020-04-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stokes parameters spectral distortions due to the Sunyaev-Zel'dovich effect and an independent estimation of the CMB low multipoles
考虑了各向异性宇宙微波背景（CMB）辐射对星系团的康普顿散射（Sunyaev-Zel' dovich效应，SZ）引起的Stokes参数频谱畸变。我们挑出一种非常特殊的扭曲类型，并找到简单的分析公式。我们表明，这种失真有一个非常独特的光谱形状，可以从其他种类的污染物分离。我们证明，这种效果给我们一个机会，独立估计的低多极角CMB各向异性，如偶极，四极和八极。我们还表明，使用扭曲的信号从附近和遥远的集群，可以区分萨克斯-沃尔夫和综合萨克斯-沃尔夫效应。通过高角分辨率和高灵敏度的空间任务，如即将进行的毫米波空间观测实验，可以探测到这种畸变。
2020-06-28 astro-ph.CO
Calibrating the BAO scale using the CMB: Lifting the degeneracy between geometric and dynamic distortions using the sound horizon from the CMB
星系分布的几何畸变（Alcock-Paczynski）和动力畸变（红移空间）之间的简并性一直是宇宙大尺度结构研究中的一个长期存在的问题。我们用重子声学振荡（BAO）标度作为已知物理尺度（声视界r_s ~ 150 Mpc）的一个特征，研究了提升这种简并度和限制宇宙学参数的可能性。我们用宇宙微波背景（CMB）中的等效特征标度了这个标度。首先，我们构建了一个玩具模型的功率谱，其中包括BAO以及几何和动态失真。通过在约1%的声视界上增加一个先验，我们用Fisher矩阵分析表明，对于20（Gpc/h）^3的包含散粒噪声的类DESpec/BigBOSS星系巡天，视线和切向畸变参数的误差椭圆缩小了2倍。这种改善在较小的调查中更为明显。我们还对我们的参数空间进行了Monte Carlo嵌套抽样分析。我们发现，蒙特卡罗和费舍尔方法可以同意相当不错的调查量大，但差异很大，小批量的调查。
2011-11-10 astro-ph.CO
Testing Inflation and Curvaton Scenarios with CMB Distortions
在复合之前，Silk阻尼导致声波的能量耗散到宇宙微波背景（CMB）中，导致光谱失真。这些可以用来探测原始标量功率谱在更小的尺度上比它是可能的与CMB各向异性。然而，需要增强这些尺度上的功率，以便通过未来的实验（如PIXIE）检测到所产生的扭曲。本文考察了Martin等人在Encyclopaedia Inflationaris [1]中列出的所有49个单场暴胀模型，发现其中只有一个模型在其参数空间的调谐区域中可能导致可检测到的扭曲，即原始混合模型。三个有效的多场的情况下，也进行了研究：轻轻地，突然转向的轨迹，并与温和的瀑布轨迹。轻微转弯的轨迹不会引起任何可检测水平的失真，而场空间中的突然转弯或温和的瀑布轨迹预测标量功率谱中的峰值（在突然转弯的情况下加上阻尼振荡），这可能导致可观察到的CMB失真量。最后，另一种情况下，导致潜在的可检测的扭曲涉及一个弯曲的蓝色光谱是次主导的CMB角尺度和超越的暴胀子光谱在较小的尺度。然而，在这种情况下，我们表明，从超紧凑minihaloes的界限是不满足的。期望最终的PRISM类实验的特点是灵敏度提高了十倍，讨论了一些模型。
2014-09-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Hydrodynamical Approach to CMB mu-distortions
宇宙微波背景的光谱畸变提供了一个独特的机会，通过进行大尺度测量来探测非常小尺度上的原始扰动。我们讨论了在一个系统的和教学的方式，所有相关的物理现象中涉及的生产和演变的μ型光谱失真。我们的主要结果同意以前的估计（特别是我们表明，最近发现的3/4的因素来自相对论修正波能量）。我们还讨论了绝热冷却、体粘滞效应、重子加载效应和光子热传导效应等几种次主导修正。最后，我们计算了μ-时代结束到现在之间的μ-失真的传递函数。
2012-06-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Distortions from Damping of Acoustic Waves Produced by Cosmic Strings
研究了宇宙弦对光子重子流体中声波的扩散阻尼，计算了宇宙微波背景的$μ$型和$y$型谱畸变.对于在当前范围内具有张力的宇宙弦，它们对光谱畸变的贡献比原始密度扰动的畸变要小。
2013-08-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Disentangling CMB $μ$ and $y$ spectral distortions from foregrounds with poorly defined spectral shapes
提出最小响应法（LRM）线性分离CMB $\mu$ 和 $y$ 谱畸变与谱形不佳的前景，优于mILC方法，并确定望远镜光学系统最佳温度。
2025-09-24 astro-ph.CO
CMB spectral distortions as solutions to the Boltzmann equations
在宇宙学扰动理论框架下，计算了宇宙微波背景~（CMB）黑体谱的畸变。显式求解了二阶Boltzmann方程，考虑了谱$y$畸变和与频率无关的二阶温度扰动。我们还系统地求解了高阶玻尔兹曼方程，发现了电子低能极限的新型光谱畸变。作为一个例子，我们具体地构建了一个解决方案的三阶玻尔兹曼方程，并表明，它可以由三个参数：一个三阶温度扰动和两种不同类型的三阶光谱失真。一个新的线性Sunyaev-Zel'dovich效应，其频率依赖性是不同于通常的$y$失真也讨论了次领先阶Kompaneets项的存在下，我们表明，高阶谱失真也产生的扩散过程中的一个结果，在高阶宇宙学扰动理论的框架。我们还评论说，产生的光谱$μ$失真不能解释在这个框架中，即使在二阶。
2018-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Distortions from Superconducting Cosmic Strings
我们重新考虑了超导弦的电磁辐射对宇宙微波背景（CMB）的μ-和y-畸变的影响，导出了弦张力μ_s和电流I的当前（COBE-FIRAS）和未来（PIXIE）约束。我们发现PIXIE中CMB的不畸变将对μ s和I施加强约束，留下轻弦（G μ s < 10^{-18}）或相对弱的电流（I < 10 TeV）的可能性.
2012-12-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Searching for Dark Matter in the CMB: A Compact Parameterization of Energy Injection from New Physics
高精度测量的温度和偏振各向异性的宇宙微波背景辐射先前已被用来设置强大的约束暗物质湮灭在重组。在这项工作中，我们改进和推广这些限制适用于能量沉积在重组时代与任意红移的依赖。我们的方法还提供了更严格的和模型无关的暗物质湮灭和衰变的情况下的边界。我们采用主成分分析，以确定的能量沉积的加权函数的基础。这些权函数的系数可以作为任何能量沉积模型的参数，并且可以直接由实验来约束。对于WMAP7数据目前允许的一般能量沉积历史，普朗克可以测量多达3个主成分系数，理想宇宙方差有限实验可以测量多达5个系数。对于WIMP暗物质，我们的分析表明，对CMB的影响是由一个单一的（归一化）参数和一个“普遍的”红移依赖的能量沉积的历史。我们给出了WMAP 7的一般能量沉积历史和普遍的WIMP情况下的约束。
2011-09-28 astro-ph.CO
CMB spectral distortions from the decay of causally generated magnetic fields
我们改进了以前的计算由于原始磁场衰减的CMB频谱失真。我们的研究重点是在电弱和QCD相变中因果产生的磁场。我们还考虑了螺旋磁场的衰减。我们表明，在电弱或QCD尺度产生的非螺旋磁场的衰减产生$μ$和$y$型失真低于$10^{-8}$这可能是无法检测到的未来PIXIE类实验。我们表明，在电弱尺度产生的磁场必须有一个螺旋度分数$f_*>10^{-4}$，以产生可检测的$μ$型扭曲。因此，来自磁场衰减的正检测将排除非螺旋原始磁场，并提供磁螺旋度的下限。
2015-08-07 astro-ph.CO
Science with CMB spectral distortions
COBE/FIRAS的测量表明，CMB光谱非常接近于理想黑体。然而，在早期宇宙中有许多过程应该会造成光谱扭曲，其程度在当今技术的范围内。在这次演讲中，我将简要概述最近的理论和实验发展，解释为什么未来对CMB光谱的测量将为早期宇宙和粒子物理打开一扇未探索的窗口，可能会有非标准的惊喜，但也有几个保证的信号在等待着我们。
2014-05-27 astro-ph.CO hep-th
Spectral Distortion of the CMB by the Cumulative CO Emission from Galaxies throughout Cosmic History
我们发现，在整个宇宙历史中，星系的累积CO排放扭曲了宇宙微波背景（CMB）的光谱，其水平远高于未来仪器的检测限，如原始膨胀探测器（PIXIE）。建模的CO信号在100-200 GHz的频率间隔中具有显著的凸起，具有~ 2 $\times$ 10 $^{-23}$ W m $^{-2}$ Hz $^{-1}$ sr $^{-1}$的特征峰值强度。大部分的CO前景来源于适度的红移，z ~ 2-5，并且需要有效地去除来自早期宇宙的更微妙的扭曲。
2016-02-16 astro-ph.CO
New CMB spectral distortion constraints on decaying dark matter with full evolution of electromagnetic cascades before recombination
当前对在使用CMB谱畸变的复合时期之前以高能粒子形式注入能量的约束假设所有能量进入$y$和$μ$型畸变。我们重新审视这些限制与精确计算的频谱失真，通过不断发展的电磁级联。实际的光谱畸变在形状和幅度上不同于$y$型畸变，并且取决于注入粒子的能量和性质。对诸如暗物质衰变等能量注入过程的约束可以放宽多达5倍。
2019-07-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Forecasts for CMB μ- and i-type spectral distortion constraints on the primordial power spectrum on scales 8 < k < 10^4 Mpc^-1 with the future Pixie-like experiments
红移为1.5 x 10^4 < z < 2 x 10^6的丝绸阻尼消除了对应于同向波数8 < k < 10^4 Mpc^-1（10^5 < \ell < 10^8）尺度上的CMB各向异性。这种耗散的能量被CMB吸收，在μ型和i型CMB光谱中产生黑体畸变。我们研究，使用Fisher矩阵，我们可以从测量这些频谱失真的原始功率谱从未来的实验，如Pixie的约束，以及这些约束如何改变，因为我们改变的频率分辨率和灵敏度的实验。我们表明，额外的信息的形状的$i$型失真，结合μ型失真，使我们能够打破这些尺度上的功率谱的幅度和谱指数之间的简并性，并导致更严格的约束。考虑到y型畸变的部分简并度和CMB黑体部分的温度，我们量化了μ型畸变和i型畸变中包含的信息。我们还计算了原始功率谱的约束时，光谱失真的信息相结合的CMB各向异性测量的WMAP，SPT，ACT和普朗克实验。
2013-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Exploring compensated isocurvature perturbations with CMB spectral distortion anisotropies
我们发展了一个线性微扰理论的光谱$y$ -扭曲的宇宙微波背景（CMB）。在复合时期产生的$y$ -失真通常是可以忽略的，因为能量转移由于康普顿散射强烈抑制在那个时候，但他们可以是显着的，如果有相当数量的补偿等曲率扰动（CIP），这是不严格限制从目前的CMB观测。线性$y$ -畸变明显依赖于重子密度涨落，因此$y$各向异性可以完全解决重子等曲率扰动和冷暗物质扰动之间的简并性.这种新颖的方法是免费的透镜污染，可以影响以前的方法的CIP的基础上的非线性调制的CMB各向异性。我们计算了$y$ -畸变与CMB温度和$E$模偏振各向异性的互相关函数。它们对由$f'\equiv\mathcal P_{\rm CIPζ}/\mathcal P_{ζζ}$参数化的相关CIP敏感，其中$\mathcal P_{ζζ}$和$\mathcal P_{\rm CIPζ}$是绝热扰动的自相关以及它们与CIP之间的互相关。我们调查如何以及$y$各向异性将约束$f'$在未来的观测，如提供的PIXIE和PRISM类调查，LiteBIRD和宇宙方差有限（CVL）调查，考虑到由于存在的Sunyaev Zel'dovich效应从星系团的约束力的退化。例如，我们的预测表明，有可能在68% C. L.时达到$f'< 2 \times 10^{5}$的上限。LiteBIRD和$f'<2\times 10^{4}$与CVL观察。
2018-09-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Heliosheath Synchrotron Radiation As A Possible Source For The Arcade 2 CMB Distortions
这份简短的笔记推测，最近报道的残留CMB信号[Seiffert et al 2009]可能起源于太阳的日鞘。导出了一个与Seiffert等人的拟合函数具有相同幂律形式的温度谱函数。特别地，隐含了+2的谱指数。厚度约为1AU的光学薄辐射壳可以匹配所需的1K度幂律振幅。基于Alfven的日球电流模型，以相对论电子的嵌入双层为能量源，讨论了日鞘磁场的可能机制。
2009-02-02 astro-ph.CO
Using non-DESI data to confirm and strengthen the DESI 2024 spatially-flat $w_0w_a$CDM cosmological parameterization result
结合Planck CMB与不含DESI的非CMB观测数据，确认并加强了支持动态暗能量的空间平直$w_0w_a$CDM模型，其以约2σ优势优于$Λ$CDM模型。
2024-11-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Observational constraints on the tilted flat-XCDM and the untilted nonflat XCDM dynamical dark energy inflation parameterizations
我们使用普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）各向异性数据和最近的重子声学振荡距离测量，Ia型超新星数据，哈勃参数观测和增长率测量来约束倾斜空间平坦和非倾斜非平坦XCDM动力学暗能量膨胀参数化。包含四个非CMB数据集导致非平坦XCDM模型中非平坦性的证据显著增强，从单独CMB数据的1.1 $σ$到完整数据组合的3.4 $σ$。在这种非倾斜非平坦XCDM情况下，数据支持空间闭合模型，其中空间曲率对当前宇宙学能量预算的贡献略低于1%;它们也温和地支持动力学暗能量，而不是宇宙学常数为1.2 $σ$。与标准$Λ$ CDM模型相比，这些数据通过平坦XCDM参数化也更好地拟合，但仅在0.3 $σ$显著性下。目前的数据无法排除暗能量动力学。非平坦的XCDM参数化是兼容的暗能量调查限制的均方根质量波动幅度（$σ_8$）的当前值的非相对论性物质密度参数（$Ω_m$）的当前值的函数，但是它不提供良好的拟合更高的多极CMB温度各向异性的数据，作为标准的倾斜平坦的$Λ$ CDM模型。一些测量的宇宙学参数值显着不同时，确定使用倾斜平面XCDM和非平面XCDM参数化，包括重子物质密度参数和再电离光学深度。
2019-04-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Future Steps in Cosmology using Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
自从90年代中期COBE/FIRAS的测量以来，我们知道在平均温度T0~2.726K范围内，宇宙微波背景（CMB）的能谱非常接近理想黑体的能谱。然而，一些早期宇宙过程预计会造成CMB光谱失真-平均CMB能谱偏离黑体-在当今技术范围内的水平。这为研究CMB光谱失真的物理学提供了强大的动力，并询问这些小信号可能能够告诉我们关于我们所生活的宇宙的信息。在这次演讲中，我将对最近的理论和实验发展进行粗略的概述，解释为什么未来对CMB的光谱测量将为早期宇宙和粒子物理学打开一扇未经探索的新窗口。我将介绍不同类型的扭曲，它们如何演变和热化，并强调一些可能导致它们的物理过程。我希望能够说服你，CMB光谱扭曲可以在CMB宇宙学中开辟一条令人兴奋的新道路，这是对计划和正在进行的原始B模式偏振信号搜索的补充。因此，作为今后几十年活动的一部分，应非常认真地考虑频谱失真问题。
2018-06-07 astro-ph.CO
CMB spectral distortions from continuous large energy release
精确计算宇宙微波背景辐射（CMB）的光谱畸变是约束红移$z\gtrsim 10^3$能量释放的前提。现有的文献集中在对背景黑体光谱的小扰动的失真上。在高红移（$z\gtrsim 10^6$）下，这个假设可能会被打破，CMB光谱至少在其宇宙演化的部分过程中会被显著扭曲。在本文中，我们进行了精确的热化计算，在一般的，完全非线性的方式发展扭曲的CMB光谱，一贯占时间依赖性的注入过程中，修改哈勃膨胀率和相对论性康普顿散射。具体来说，我们研究单能量注入和衰变粒子的情况下，讨论这些情况下的约束。我们解决热化问题，使用两个独立的数值方法，现在可在{ \tt CosmoTherm}作为专用的设置计算CMB频谱失真的大失真制度。新的非线性效应在低频率进一步强调，表明这些值得更严格的研究。这项工作消除了一个长期存在的简化CMB光谱失真的计算，这也开辟了道路，以更严格的治疗引起的扭曲高能粒子级联，软光子注入和原始黑洞附近。
2021-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-th
Constraints on primordial magnetic fields from CMB distortions in the axiverse
自从PIXIE和PRISM被提出以来，测量宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变作为宇宙学背景下高能粒子物理的探测器引起了相当大的关注。在本文中，由于CMB光子和轻轴子类粒子（ALPs）之间的共振转换的CMB失真进行了研究，激发弦轴向的情况下，这表明存在着丰富的轻轴子粒子。由于这些共振转换取决于原始磁场的强度，对CMB畸变的约束可以提供光子-ALP耦合常数g和原始磁场B的共动强度的乘积的上限。PIXIE/PRISM的潜在可行约束可以为ALP质量设定g B < 10^{-16} GeV^{-1} nG的极限，m_e < 10^{-14} eV。虽然这个结果不是对g和B的直接约束，但它明显比当前g和B上限的乘积更严格。
2013-09-01 astro-ph.CO hep-ph
CMB all-scale blackbody distortions induced by linearizing temperature
宇宙微波背景（CMB）实验，如WMAP和普朗克，测量强度各向异性，并使用线性化公式将其与温度黑体波动联系起来。然而，该过程也在映射中生成y型失真形式的信号，其与热Sunyaev Zel'dovich（tSZ）效应退化。这些都是温度涨落的二级效应，不是来自原始物理学，而是来自制图过程的这种限制。它们构成了测量的污染物：我们特有的速度，tSZ和原始的y-扭曲。然而，它们可以被很好地建模和解释。我们表明，产生的失真从泄漏的CMB偶极子到y-通道耦合到所有的多极，主要影响范围$\ell$ < ~400。这应该在普朗克的y-图中可见，估计信噪比约为12。然而，我们注意到，这样的频率依赖性条款进行CMB偶极子的性质没有新的信息。这意味着普朗克的多普勒耦合测量的真正意义实际上低于合作报告。最后，我们量化了tSZ和原始y型畸变的污染水平，并表明它高于拟议的下一代CMB实验的灵敏度。
2016-08-14 astro-ph.CO
Beyond the Boost: Measuring the intrinsic dipole of the CMB using the spectral distortions of the monopole and quadrupole
我们提出了一个一般的框架，准确的光谱建模的低多极的宇宙微波背景（CMB）中观察到的提升帧。特别是，我们演示了如何频谱测量的低多极子可以用来分离的运动引起的偶极的CMB从一个可能的固有偶极组件。在一个移动的框架中，泄漏的固有偶极矩到CMB的三极和四极诱导频谱失真与不同的频率函数，分别在337 GHz和276 GHz的峰值。四极矩的泄漏也会导致该模式的空间形态的几何畸变。这些效应的组合可以用来提升运动诱导偶极子和CMB可能拥有的任何固有偶极子之间的简并性。假设当前的特殊速度测量，具有$ΔT = 30μ$ K振幅的本征偶极子泄漏到四极矩和四极矩中，将在$\sim 40~$ nK（$2.5σ$）和$\sim 130~$ nK（$11σ$）水平上在它们各自的峰值频率下通过PIXIE类实验检测到。
2017-11-04 astro-ph.CO
Scalar runnings and a test of slow roll from CMB distortions
如果μ> 7.75 E-8，未来通过PIXIE规范的实验测量宇宙微波μ畸变将提供标量扰动谱指数β= dα/dln（k）的运行的等效3-sigma检测，覆盖PIXIE灵敏度范围的大部分。这对应于β> 0.015的分辨率极限，考虑到任何慢滚假设，这是当前CMB尺度对α< 0的严格限制的结果。我们表明，如果原始信号可以与任何暴胀后的污染区分开来，那么在这个水平上检测到β与慢滚条件是相冲突的。
2012-10-05 astro-ph.CO
Kinetic Sunyaev Zeldovich effect in an anisotropic CMB model: measuring low multipoles of the CMB at higher redshifts using intensity and polarization spectral distortions
我们提出了一种新的数学形式主义，可以很容易地计算预期的动力Sunyaev Zeldovich（kSZ）信号的强度和偏振由于各向异性原始宇宙微波背景（CMB）。我们得到了预期的强度和偏振方向的非移动星系团的扭曲，然后我们推广我们的计算为非零的特殊速度。我们发现，在移动集群的方向，低CMB多极施加强度和偏振光谱失真与不同的频率依赖性。极化信号主要探测CMB的四极矩，原始偶极子和八极矩有显著贡献。对于一个典型的1000 km/s的星系团速度，在200-600 GHz之间，对不运动星系团的四极子激发极化的修正大约是2-10%，并且取决于星系团在天空中的位置、速度大小和运动方向。我们还发现，信号的角度依赖性随观察频率而变化。原始偶极子和八极子引起的极化的不同频率和角度依赖性可以用来测量它们，尽管有其他物理效应和前景。与偏振相反，强度畸变受到所有CMB多极子的影响，因此它们不能很容易地用于探测较高红移的低多极子。然而，强度和偏振信号之间的相关性，可以用来提高原始偶极子，四极和八极的测量的信噪比。在这项工作中提出的像差内核的更一般的计算具有超出SZ集群科学在这里解决的应用。例如，它可以被利用到我们的本地帧中观察到的去增强/去畸变CMB多极子。
2016-06-27 astro-ph.CO
E and B modes of the CMB y-type distortions: polarised kinetic Sunyaev-Zeldovich effect from the reionisation and post-reionisation eras
我们研究了再电离和再电离后时期，源自自由电子横向特有速度（微扰论中的二阶）的宇宙微波背景（CMB）的E和B模式极化。有趣的是，这种极化动力学Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应的光谱可以分解为黑体部分和y型失真。y失真部分可与主E和B模式以及透镜B模式区分开。此外，它还可以与其他y型信号区分开，例如热SZ效应，这些信号是非偏振的。我们表明，这个信号是敏感的再电离的历史，特别是如何快速再电离发生。Y型畸变的E和B模式提供了一种击败宇宙主CMB各向异性方差的方法，并且是宇宙学参数的独立探测器。pkSZ效应的黑体分量将是张量标量比$r \lesssim 3\times10^{-5}$的原始张量模式的重要前景。
2022-10-25 astro-ph.CO
Disentangling the primordial nature of stochastic gravitational wave backgrounds with CMB spectral distortions
本研究利用CMB谱畸变与引力波的关联，通过更新的窗口函数和约束映射，区分随机引力波背景的原初或天体物理起源，并强调未来CMB光谱仪的关键作用。
2023-09-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Spectral Distortions: A Multimessenger Probe of the Primordial Universe
本文回顾CMB谱畸变研究的关键科学目标，提出结合下一代实验与引力波、21厘米宇宙学等互补探针，可实现对奇异物理场景的模型区分，为原初宇宙研究提供新的多信使探测路径。
2024-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Mixed Inflaton and Spectator Field Models: CMB constraints and $μ$ distortion
我们讨论了混合暴胀和旁观者场模型，这两个领域是负责所观察到的密度波动。我们使用当前的CMB数据来约束一般的混合模型以及一些特定的代表性方案，并将结果与CMB光谱$μ$失真的模型预测进行比较。我们发现后验分布的$μ$使用MCMC链，并表明，标准的单场暴胀子模型通常预测$μ\sim 10^{-8}$与一个相对较窄的分布，而对于混合模型，分布变得更广泛，和$μ$可以大几乎一个数量级。因此，未来的$μ$畸变实验可以为原始扰动混合源模型的临界检验提供工具。
2015-11-30 astro-ph.CO hep-ph
CMB at 2x2 order: the dissipation of primordial acoustic waves and the observable part of the associated energy release
由于光子的扩散，光子-重子流体中的原始小尺度扰动的丝绸阻尼不可避免地在CMB中产生光谱失真。利用所提出的CMB实验PIXIE，有可能测量这些畸变，从而将原始功率谱限制在共动波数50 Mpc^{-1} < k < 10^4 Mpc^{-1}。由于宇宙微波背景辐射在这些尺度上的原始涨落被丝绸阻尼完全消除，这些扭曲可能是揭示暴胀物理学中不可观测方面的唯一途径。一个一致的原始耗散问题的治疗需要去二阶微扰理论，而热化这些扭曲需要考虑康普顿散射能量转移的二阶。在这里，我们给出了一个完整的2x2治疗的创建和演变的频谱失真，由于声耗散过程中，一贯包括偏振和光子混合的影响，在自由流制度。我们发现，存储在小尺度温度扰动中的总能量的1/3（比以前的估计大9/4）会产生可观察到的光谱失真，而剩下的2/3只会提高CMB的平均温度，这种影响是不可观察的。在高红移时，耗散主要是通过四极各向异性介导的，而在复合后，特殊的运动是最重要的。在复合期间，较高多极子的阻尼也是显著的。我们使用CosmoTherm计算几个例子的平均失真，分析它们对原始功率谱参数的依赖性。对于最适合的WMAP 7宇宙学之一，n_S=1.027和n_run=-0.034，重子物质的冷却实际上补偿了μ时代声耗散的加热。（节略）
2012-07-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
