Scale-dependent CMB asymmetry from primordial configuration
我们证明了拓扑缺陷可以解释CMB的半球功率不对称性。第一点是，在暴胀之前已经存在的缺陷配置可以引起CMB的不对称性。第二点是调制机制，如曲率和其他调制机制，可以解释不对称性的尺度依赖性。使用一个简单的分析的$δN$形式主义，我们显示模型中，尺度依赖的半球形功率不对称性的原始配置的缺陷解释。
2014-07-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
CMB power spectra induced by primordial cross-bispectra between metric perturbations and vector fields
本文研究了由暴胀模型中暴胀子和矢量场耦合产生的度规微扰和矢量场的互双谱所产生的宇宙微波背景辐射的温度和偏振各向异性。如果再加热后矢量场仍然存在，则辐射占优时期由矢量场组成的各向异性应力会增强原初标量和张量涨落。我们表明，通过这种增强的原始交叉双谱产生不仅CMB双谱，但CMB功率谱。一般来说，我们可以预期这种交叉双谱产生标量和张量涨落之间的非平凡模式耦合信号。然而，我们明确表明，这种模式耦合信号不出现在CMB功率谱。通过对CMB标量模功率谱的数值分析，我们发现，虽然这些交叉双谱的信号小于初级非电磁信号，但它们具有一些特征，例如温度和偏振模式的负自相关。另一方面，信号从张量模式几乎是可比的主要非电磁的，因此观察到的$B$模式频谱的形状可能偏离预测在非电磁的情况下。这些印记可能有助于我们判断早期宇宙中标量场和矢量场之间是否存在耦合。
2012-12-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Implications of primordial power spectra with statistical anisotropy on CMB temperature fluctuation and polarizations
威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和普朗克观测报告了宇宙微波背景（CMB）温度波动的半球不对称性。这种半球不对称性可能源于宇宙暴胀时期的原始统计各向异性。本文研究了具有偶极各向异性的原始功率谱对CMB温度涨落和偏振的可能影响。我们明确地表明，统计偶极各向异性可能会导致非对角（\(\ell'\neq\ell\)）$TT$，$EE$，$BB$和$TE$的相关性，以及对角（\(\ell'=\ell\)）$TB$和$EB$光谱。特别地，这些相关系数一般预期是\(m\)依赖性的。这些统计各向异性的信号可能在未来的CMB观测中得到检验。
2014-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial gravitational wave phenomenology with polarized Sunyaev Zel'dovich tomography
通过原始引力波对宇宙微波背景（CMB）偏振各向异性的影响来探测和表征原始引力波是当前和未来CMB观测的主要科学目标。随着CMB实验灵敏度的巨大飞跃，一个辅助数据集将变得可用，这就是极化Sunyaev Zel'dovich（pSZ）效应，即由再电离后宇宙中自由电子散射引起的小尺度CMB极化各向异性。pSZ效应与星系巡天的互相关，一种被称为pSZ断层扫描的技术，可以用来重建遥远的四极场：从宇宙中不同位置观察到的CMB四极场。原始引力波在遥远的四极场上留下了明显的印记，使pSZ层析成像成为表征其性质的潜在新方法。在以前工作的基础上，我们探讨了主CMB和重建的远程四极场之间的全套相关性的实用性，既提供原始引力波的振幅的排斥限制，以及提供限制的张量部门的几个唯象模型：轴子规范场膨胀，一般模型与手征张量，和修改后的后期衰减张量的模型。我们发现，相对未来的实验要求是必要的，以提供竞争力的排斥限制相比，主要的CMB。然而，pSZ断层扫描可以是张量的后期演化的强有力的探测器，并且通过与主CMB的互相关，可以对具有手征原始引力波的各种模型中的参数约束提供温和的改进。
2018-10-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing the origin of our universe through primordial gravitational waves by Ali CMB project
这是《中国科学》物理、力学和天文邀请的一个研究亮点。
2016-05-10 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Reconstruction of the primordial power spectrum from CMB data
测量原始功率谱的标度不变性的偏差是暴胀的关键检验。本文利用双对数空间中三次样条插值的分箱方法，从Wilkinson微波各向异性探测器7年观测数据和Atacama宇宙望远镜148 GHz观测数据等宇宙微波背景数据中重建了曲率扰动的原始功率谱形状。我们发现，幂律谱是首选的数据和Harrison-Zel'dovich谱是不利的，在95%的置信水平。这些结论在允许和不允许张量模式的情况下都成立，但是数据更倾向于不带张量的简单模型。我们没有发现证据的功能，在原始的功率谱-在宇宙膨胀的一般预测完全一致。
2011-08-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial trispectra and CMB spectral distortions
研究了宇宙微波背景温度（T）各向异性和化学势（$μ$）畸变之间的相关性产生的$TTμ$双谱，分析了它对原初局域三谱参数$g_{\rm NL}$和$τ_{\rm NL}$的依赖性.我们交叉检查我们的结果，通过比较完整的双谱计算与预期从一般的物理参数，根据预测的形状$μ$ -T的相关性从短和长的扰动模式之间的耦合引起的原始非高斯性。我们表明，$both$ $g_{\rm NL}$和$τ_{\rm NL}$ -原始三谱源的一部分，一个非零的$TTμ$信号，相反的$μμ$自相关函数，这是敏感的，只有$τ_{\rm NL}$ -组件。一个简单的基于Fisher矩阵的预测表明，未来的宇宙方差主导实验原则上可以使用$TTμ$检测$g_{\rm NL} \sim 0.4$和$τ_{\rm NL} \sim 40$。
2016-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Magnetic Field Limits from CMB Trispectrum - Scalar Modes and Planck Constraints
宇宙磁场在大尺度上被观测到是相干的，并且可能有一个原始的起源。宇宙微波背景辐射（CMB）中的非高斯信号是由原始磁场产生的，因为原始磁场引起的磁应力和温度各向异性与磁场成二次方关系。我们计算大角度尺度上的CMB标量三谱，近尺度不变的磁场，通过萨克斯-沃尔夫效应的来源。由磁能密度和磁标量各向异性应力引起的三谱被发现具有典型的幅度约为$10^{-29}$和$10^{-19}$，分别。标量各向异性应力三谱也计算在平天近似，并产生类似的结果。从普朗克任务的数据对CMB的非高斯性的观测限制，使我们能够设置上限的$B_0 \lesssim 0.6 $ nG的原始宇宙磁场的现值。在三谱中考虑暴胀磁曲率模可以进一步将磁场上限收紧到$B_0 \lesssim 0.05 $ nG。这些sub-nanoGauss约束从磁三谱是最严格的限制，到目前为止的原始磁场的强度，在兆秒差距尺度上，显着优于从CMB双谱和CMB功率谱的限制。
2013-12-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Gravitational Waves and the local B-mode polarization of the CMB
在宇宙微波背景的偏振和/或激光干涉仪中，可以很快检测到原始引力波的随机背景。至少有三种GWB来自于暴胀：在暴胀期间产生并与时空模的拉伸相关的GWB;在暴胀后预热的剧烈阶段产生的GWB;以及如果暴胀通过全局对称性破缺场景结束，则与Goldstone模的自排序相关的GWB，如混合暴胀。每个GW背景具有其自身的具有特定特征的特征光谱。我们讨论了检测每个GWB和区分它们之间的一个非常敏感的探头，本地B模式的CMB偏振的前景。
2010-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic Microwave Background Trispectrum and Primordial Magnetic Field Limits
原始磁场在宇宙微波背景辐射（CMB）中会产生非高斯信号，这是因为磁场应力和它们引起的温度各向异性与磁场成二次关系。我们计算一个新的措施，磁非高斯，CMB三谱，在大角度尺度上，通过萨克斯-沃尔夫效应的来源。由磁能密度和磁标量各向异性应力引起的三谱的典型幅值分别约为10^{-29}和10^{-19}的几倍。从WMAP数据的CMB非高斯性的观测限制，使我们能够保守地设置上限的nG，并可能sub-nG，对原始宇宙磁场的现值。这代表了迄今为止对原始磁场强度的最严格限制，在Mpc尺度上，并且优于CMB双谱和CMB功率谱中所有模式的限制。因此，CMB三谱是一种新的、更灵敏的大尺度原始磁场探测器。
2012-06-14 astro-ph.CO gr-qc 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
Detectability of nGauss primordial magnetic fields in the B-mode polarization of CMB
宇宙中大尺度磁场的起源仍然是未知的。观测结果表明，在最后的散射表面存在n高斯原始磁场。这种场的存在将影响宇宙学扰动的演化，并可能在CMB各向异性上留下印记。在这里，我们表明，B-模式功率谱进行了明确的签名的随机原始磁场高达几个nGauss。具体地说，存在的nGauss原始磁场改变BB功率谱在所有尺度。在大尺度下，张量模式对B模式谱有贡献，而非零矢量模式在小尺度下有贡献。我们表明，B模式的CMB进行了独特的签名的原始磁场。为了验证我们的预测，我们使用BICEP 2和POLARBEAR数据，发现从实验中的B模式观测是一致的非零原始字段。我们还使用BICEP 2观测约束的原始磁场。我们提供了一个详细的分析与原始磁场的CMB的B-模式极化，并调查即将到来的CMB任务的影响。
2020-02-04 astro-ph.CO gr-qc
CMB Power Asymmetry from Primordial Sound Speed Parameter
宇宙微波背景中的半球功率不对称性可以用一些原始宇宙学参数的调制来解释，例如暴胀子的声速。这种调制可以通过在暴胀期间对光场的扰动来实现。我们用数值方法研究了这种机制，并表明它与当前的观察结果是一致的。此外，该模型还预测了功率不对称性同样存在于具有相同形状的温度-偏振相关和偏振自相关中，以及具有特定形状的等边型原始非高斯性中。因此，我们的机制在即将进行的实验中是可观测的。
2013-07-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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 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
Tibet$^\prime$s Window on Primordial Gravitational Waves
作为中国引力波计划的重要组成部分，阿里CMB偏振望远镜（AliCPT）是通过测量宇宙微波背景（CMB）的B模偏振来观测原始引力波（PGW）的地基实验。AliCPT于2014年首次提出，目前处于快速建设阶段，是中国第一个计划于2019年投入使用的CMB项目。该项目由中国科学院（CAS）高能物理研究所（IHEP）牵头，是超过十五所大学和研究机构的全球合作项目。简要介绍了阿里CMB项目。
2018-02-23 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
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
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
Primordial Magnetism in CMB B-modes
由于法拉第旋转（FR）引起的宇宙微波背景（CMB）极化B模的频率依赖性和在小尺度上的弱阻尼，可以提供原始磁场的独特特征。FR还导致E和B型偏振之间以及温度和B模式之间的模式耦合相关性。这些额外的相关性可以进一步帮助区分磁场与其他B模式源。我们审查FR引起的CMB签名，并提出了原始磁性的限制，可以预期从即将到来的CMB实验。我们的研究结果表明，宇宙微波背景辐射将是一种很有前途的原始磁场探测器。
2012-10-19 astro-ph.CO gr-qc
Tests of the CMB temperature-redshift relation, CMB spectral distortions and why adiabatic photon production is hard
在膨胀的宇宙中，宇宙微波背景（CMB）的平均温度与TCMB~（1+z）一样依赖于红移z。绝热光子的产生（或破坏）或偏离各向同性和均匀性可能会改变这种标度，并已进行了几次观测测试。在这里，我们解释了为什么“绝热”条件是非常困难的，以建立在这些测试所针对的红移范围。因此，不是导致CMB温度的简单重新缩放，而是应该产生光谱失真，这可以使用COBE/FIRAS来约束。对于晚期光子产生的情况，温度-红移关系（TRR）的测试因此应该被重新解释为弱光谱畸变极限，直接探测光子产生过程的能量依赖性。对于非均匀宇宙学，会产生一个平均的y型扭曲，但这种类型的扭曲可以通过其他几种方式产生。在这里，我们简要讨论可能有助于解开失真信号的不同贡献的可能影响，发现这是非常具有挑战性的。我们还认为，测试的TRR，使用SZ效应的适用性有限，并为非重力变化的TRR的CMB各向异性谱应表现出额外的Y型依赖。
2014-07-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Probing early-universe phase transitions with CMB spectral distortions
早期宇宙中的全局破缺相变可以产生导致度规扰动的标度种子网络。这些度规扰动所产生的光子-重子等离子体中的声波，当被Silk阻尼时，会产生宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变。在这项工作中，由于缩放种子网络的化学势失真（$μ$）的计算和伴随的康普顿$y$型失真估计。选择的特定模型是用于$N\gg 1$的$O(N)$非线性$σ$模型，但是对于其他缩放种子，结果保持相同的数量级。如果CMB对$O(N)$模型的各向异性约束饱和，则产生的化学势畸变为$μ\lesssim 2\times 10^{-9}$。
2014-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Localized correlated features in the CMB power spectrum and primordial bispectrum from a transient reduction in the speed of sound
普朗克卫星任务第一年的观测表明，宇宙微波背景（CMB）波动与原始扰动中的高斯统计相一致，这是最简单的暴胀模型的关键预测。然而，在CMB功率谱和双谱中有异常的迹象。我们检查的可能性，这些异常的功能有一个共同的物理起源在一个短暂的减少暴胀声速。我们这样做，利用预测的功率谱和双谱之间的相关性。我们的研究结果表明，目前的数据可能已经足够敏感，可以检测到声速的短暂降低，只要轻微到百分之几。由于这是相互作用的特征，它为在暴胀期间检测额外的自由度打开了一个新的窗口。
2015-10-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
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
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
Beyond y and μ: the shape of the CMB spectral distortions in the intermediate epoch, 1.5x10^4 < z < 2x10^5
我们计算中间型光谱失真的数值解和解析近似。在CMB中检测到μ型畸变（饱和康普顿化）将把能量注入的时间限制在红移2x10^6> z > 2x10^5处，而检测到y型畸变（最小康普顿化）将意味着在红移z< 1.5x10^4处有CMB加热。我们指出，在1.5 × 10 ~ 4 < z × 2 × 10 ~ 5的红移范围内产生的部分康普顿化的光谱畸变比纯y型和μ型畸变信息丰富得多。在此期间产生的光谱介于y和μ型畸变之间，并且敏感地依赖于能量注入的红移。这些中间型失真不能在所有频率下通过y和μ型失真的混合来模仿，反之亦然。这些中间型CMB光谱畸变的测量不仅可以精确地限制早期宇宙中能量释放的数量，而且可以精确地限制机制，例如，粒子湮灭和丝绸阻尼可以与粒子衰变区分开来。中间型失真模板和使用这些模板来计算用户定义的能量注入率的CMB频谱失真的软件代码是公开可用的。
2012-09-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
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
Computation approach for CMB bispectrum from primordial magnetic fields
我们提出了一个详细的计算，我们以前的短文件[M。Shiraishi，D. Nitta，S.横山角Ichiki和K. Takahashi，Phys.Rev.D82，121302（2010）.]其中我们研究了由原始磁场诱导的矢量模的漫画微波背景温度双谱对磁场强度的约束。通过考虑自旋球谐函数和Wigner符号的双谱的角度依赖性，我们明确地证明了由各向同性的原始矢量涨落引起的宇宙微波背景双谱也可以用旋转不变的方式描述为角度平均形式.我们还研究了原始磁场功率谱不同谱指数的情况。
2011-07-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On non-linear CMB temperature anisotropy from gravitational perturbations
计算了大尺度上三阶以上的非线性CMB温度各向异性。在大尺度和Sachs-Wolfe极限下，我们给出了原始曲率扰动到三阶的温度各向异性的显式表达式。我们导出了最终的各向异性的双谱和三谱以及相应的非线性参数，其中原始扰动和原始曲率扰动到温度各向异性的非线性映射对观测到的非高斯性的贡献是透明分离的。
2010-05-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Inflation and primordial power spectra at anisotropic spacetime inspired by Planck's constraints on isotropy of CMB
最近，普朗克2013年的结果表明，在低-（\ell）多极的CMB温度波动的偶极功率调制的可能证据。这种反常现象可能意味着与统计各向同性的某些偏差。为了将普朗克数据纳入标准宇宙学模型，我们提出了一个各向异性时空中的极早期宇宙暴胀模型。在Randers-Finsler时空中提出了一种广义Friedmann-Robertson-Walker（FRW）度规.我们得到了具有方向依赖性的标量微扰（如偶极调制）的本征功率谱。这与普朗克观测信号的CMB各向异性的偶极功率调制是一致的。
2013-12-23 astro-ph.CO gr-qc
Correlating CMB Spectral Distortions with Temperature: what do we learn on Inflation?
探测短波长和长波长宇宙学波动之间的相关性，对于加深当前在微观物理水平上对暴胀的理解具有决定性意义。宇宙微波背景辐射的光谱畸变可能是由宇宙学扰动在暴胀后重新进入哈勃时的耗散引起的。因此，将光谱失真与温度各向异性相关联将提供机会，大大扩大可以测试压缩极限的尺度范围，打开一个新的通货膨胀窗口，补充目前用CMB和LSS探测的窗口。在本文中，我们讨论了各种暴胀机制，可以有效地约束与扭曲温度的相关性。对于其中的一些实现（代表大类模型），我们得到的压缩极限双谱的定量预测，发现它们的振幅高于实验的灵敏度限制，如建议的PIXIE。
2016-06-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Imprints of primordial gravitational waves with non-Bunch-Davies initial states on CMB bispectra
本文研究非Bunch–Davies初态张量模对原初及CMB双谱的增强，指出在与广义相对论具有相同张量二次、三次算符的理论中该效应不可观测，并给出可被CMB实验探测的替代引力理论。
2023-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A new probe of Axion-Like Particles: CMB polarization distortions due to cluster magnetic fields
我们建议利用即将开展的宇宙微波背景辐射（CMB）地基实验来探测星系团中类轴子粒子（ALP）与磁场相互作用的信号。在星系团磁场存在下，CMB光子和ALP之间的转换会导致星系团周围CMB的偏振光谱畸变。信号的强度取决于星系团的红移，并将表现出一个独特的空间轮廓周围取决于电子密度和磁场的结构。该失真产生与其他已知的频谱失真（如$y$型和$μ$型）不同的形状，因此可与多频CMB观测分离。该频谱接近于运动学Sunyaev-Zeldovich（kSZ）信号，但可以使用偏振信息与其分离。对于未来的地面CMB实验，如西蒙斯天文台和CMB-S4，我们估计在前景污染，仪器噪声和CMB各向异性的存在下，该信号的可测量性。这种新的途径可以探测ALP质量范围从$10^{-13}$ eV到$10^{-12}$ eV的光子-ALP耦合，其精度比CMB-S4的现有边界高两个数量级。
2020-02-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological constraints from CMB distortion
我们研究了宇宙微波背景（CMB）的$μ$型光谱畸变的绝热和等曲率密度起伏的界限。这种失真的研究是补充CMB测量的光谱指数及其运行，并将有助于限制这些参数在显着更小的尺度。我们发现，检测到的顺序$μ\sim 10^{-7}$将强烈不符合标准的宇宙学模型的一个几乎标度不变的光谱的绝热扰动。此外，我们发现，给定当前CMB对等曲率模式振幅的约束，几乎尺度不变的等曲率模式（常见于许多曲率模型）不能产生显著的$μ$失真。最后，我们表明，未来的实验将强烈约束的等曲率模式的振幅与高度蓝色光谱预测某些轴子模型。
2012-07-25 astro-ph.CO hep-ph 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 with the background primordial magnetic field
研究了背景太初磁场（PMF）对宇宙微波背景（CMB）的影响。背景保偏场使紧耦合光子-重子流体的声速增加。增加的声速导致CMB温度波动的奇峰被抑制，并且CMB峰位置向更大尺度移动。背景PMF引起更强的衰减电位，并增加CMB的振幅。背景PMF在较小尺度上的这两种效应抵消，并且背景PMF的总体效应是第一峰周围的CMB的抑制和峰向大尺度的移位。我们还讨论了获得信息的PMF生成机制，我们研究的非线性演化的PMF的PMF分布的最大规模的约束。最后，我们讨论了PMF参数与标准宇宙学参数之间的简并性。
2014-04-21 astro-ph.CO gr-qc
CMB and BBN constraints on evaporating primordial black holes revisited
我们推导出新的CMB各向异性功率谱和BBN约束的蒸发原始黑洞明确解决电磁粒子级联的发射粒子和沉积的这种发射能量的背景重子光子等离子体。我们发现，CMB各向异性可以提供更强的约束相比，BBN和CMB光谱失真的黑洞的质量小到$M_{\rm BH}=1.1\times 10^{13}$ g，一个稍小的质量比文献中已经考虑到现在。我们还表明，随着更多的最新数据的氘和氦-3丰度，BBN约束显着加强。
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Parameterization of temperature and spectral distortions in future CMB experiments
宇宙微波背景辐射的光谱畸变是由康普顿与电子的碰撞引起的。我们回顾了各种计划来表征各向异性CMB与非普朗克谱。我们主张使用几何平均的温度矩作为首选的语言来描述这些光谱失真，无论是理论建模和观测。数值模拟更简单，矩是框架无关的，在散射方面的模式截断是准确的。
2015-01-05 astro-ph.CO gr-qc
CMB constraints on primordial black hole dark matter
我们重新审视宇宙微波背景辐射（CMB）对原始黑洞暗物质的约束。来自COBE/FIRAS的光谱失真限制不施加相关约束。Planck CMB各向异性功率谱表明具有$m_{BH}\gtrsim 5~M_{\odot}$的原初黑洞是不受欢迎的。然而，由于对黑洞吸积过程的处理，这容易受到相当大的不确定性的影响。这些约束条件弱于那些在早期文献中引用的相同的观测量。
2017-04-15 astro-ph.CO
Quadrupole--octopole alignment of CMB related to primordial power spectrum with dipolar modulation in anisotropic spacetime
WMAP和Planck的观测结果表明，CMB的四极和八极取向可能是一致的。我们揭示了四极-八极排列是各向异性时空中原始功率谱的自然含义。原始功率谱呈现偶极调制。我们通过采用“功率张量”技术获得了特权平面。在这个平面上，四极子和八极子之间的相关性最大。这种排列的概率比各向同性宇宙中的概率大得多。我们发现，该模型将导致偏离统计各向同性只有低- \(\ell\)多极。
2013-12-23 astro-ph.CO gr-qc
The imprint of primordial gravitational waves on the CMB intensity profile
利用光子束在受扰Friedmann-Robertson-Walker（FRW）时空中传播的二维横截面上的诱导几何，计算了现今望远镜收集区上的宇宙微波背景（CMB）光子分布.事实证明，在每一条视线上，由于引力剪切，光子沿着横向被稀释。这种效应可以用两个自旋-重量-两个变量来表征，这让人想起斯托克斯偏振参数。类似于这种情况，我们可以构造一个标量和一个伪标量函数，其中后者只从张量模中得到贡献。我们解析地确定了一个简单暴胀模型中超视界尺度下赝标量的功率谱，并简要讨论了可能的观测结果。
2021-05-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Prospects of Future CMB Anisotropy Probes for Primordial Black Holes
原始黑洞（PBH）以霍金辐射形式注入的粒子串能够电离和加热星系际介质，从而改变宇宙复合的历史，进而改变宇宙微波背景（CMB）的各向异性谱。在本文中，我们研究了未来的几个CMB实验的预期灵敏度约束的丰度分布在$10^{15}\sim10^{17}$ g质量窗口根据四个质量函数：单色，对数正态，幂律和临界崩溃模型。我们的结果表明，未来的实验，如CMB-S4和PICO，可以提高目前的{ \it{Planck} }边界约两个数量级。目前CMB数据允许的PBH参数空间中的所有区域，包括质量大于$4 \times 10^{16}$克的单色分布PBH，都可以被即将进行的具有重要意义的任务排除。
2021-06-06 astro-ph.CO hep-ph
Joint constraint on primordial gravitational waves and polarization rotation angle with current CMB polarization data
宇宙CPT破坏将使CMB光子的偏振方向发生旋转，部分CMB E模转换为B模，反之亦然。它将产生非零的EB、TB光谱，并改变EE、BB、TE光谱。这一现象为我们从CMB观测中检测CPT破坏特征提供了一种方法，也为产生B模偏振提供了一种新的机制。在本文中，我们执行一个全球性的分析张量标量比$r$和偏振旋转角度的基础上，目前的CMB数据集与低$\ell$（普朗克，BICEP 2/Keck阵列）和高$\ell$（POLARBEAR，SPTpol，ACTPol）。得益于CMB数据的高精度，我们获得了68% C. L.处的各向同性旋转角$\barα = -0.01^\circ \pm 0.37^\circ $，各向异性旋转角$C^α(0)<0.0032\,\mathrm{rad}^2$的方差、95%C. L.处的尺度不变功率谱$D^{αα}_{\ell \in [2, 350]}<4.71\times 10^{-5} \,\mathrm{rad}^2$和$r<0.057$。结果表明，考虑偏振旋转效应后，$r$的95%上限收紧了17%。
2019-10-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial Magnetism in the CMB: Exact Treatment of Faraday Rotation and WMAP7 Bounds
法拉第旋转诱导的B模式可以提供原始磁场的独特特征，因为它们的特征频率依赖性，并且因为它们在小尺度上仅被弱阻尼，从而允许它们支配来自其他源的B模式。通过数值求解完整的CMB辐射输运方程，我们研究了随机磁场诱导的B模功率谱，该磁场在小于最后散射表面厚度的尺度上具有显著的功率。对磁场能量密度和惯性尺度的约束来自WMAP 7年的数据，并强于大爆炸核合成（BBN）的参数范围内的约束。在较小的角度尺度下观测CMB偏振对于提供更严格的约束或检测至关重要。
2011-09-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Tightening constraints on primordial oscillations with latest ACT and SPT data
利用最新ACT DR6和SPT-3G D1数据结合Planck，将原初功率谱周期性振荡振幅上限收紧至0.029（95% C.L.），未发现振荡迹象，展示了地面CMB实验限制超越慢滚模型新物理的能力。
2025-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
CMB Spectral Distortions: A Multimessenger Probe of the Primordial Universe
本文回顾CMB谱畸变研究的关键科学目标，提出结合下一代实验与引力波、21厘米宇宙学等互补探针，可实现对奇异物理场景的模型区分，为原初宇宙研究提供新的多信使探测路径。
2024-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Effects of primordial magnetic fields on CMB
大尺度磁场的起源是宇宙学中一个尚未解决的问题。为了克服这个问题，一种可能的设想是，这些磁场是从早期宇宙中产生的一个小的原始磁场（PMF）中产生的。这个场可能导致观测到的大尺度磁场，但也会在宇宙微波背景（CMB）上留下印记。在这项工作中，我们总结了一些统计特性的这种保偏光纤的FLRW背景。然后，我们用宇宙学扰动理论给出了PMF的功率谱，并讨论了PMF对CMB各向异性的影响。
2015-09-13 astro-ph.CO gr-qc
Parity violation of primordial magnetic fields in the CMB bispectrum
研究了原初磁场（PMF）诱导的宇宙微波背景（CMB）双谱中宇称破缺现象。推导出一个一般公式的CMB双谱产生的不仅是非螺旋，但也螺旋PMFs，我们发现，螺旋PMFs产生的特征信号，消失在宇称守恒的情况下，如强度-强度-强度双谱所产生的$\sum_{n=1}^3 \ell_n = {\rm odd}$。为了快速数值计算CMB双谱，我们利用极点近似将单圈公式简化为树级公式。然后，我们表明，磁各向异性应力，这取决于非螺旋和螺旋保偏光纤的平方，并作为源的CMB波动，产生本地型非高斯。比较由标量模和张量模组成的CMB双谱与噪声谱，我们发现，假设从大统一能标产生近似标度不变的非螺旋和螺旋保偏光纤，（$10^{14} {\rm GeV}$）到电弱的（$10^{3} {\rm GeV}$），强度强度在$B_{1 \rm Mpc}^{2/3} {\cal B}_{1 \rm Mpc}^{1/3} > 2.7 - 4.5 {\rm nG}$与$B_{1 \rm Mpc}$和${\cal B}_{1 \rm Mpc}$是非线性的条件下，通过WMAP实验可以观察到$\sum_{n=1}^3 \ell_n = {\rm odd}$的强度双谱。螺旋和螺旋PMF强度分别在1 Mpc上平滑。
2012-06-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Bayesian analysis of inflationary primordial spectrum models using Planck data
目前可获得的CMB数据表明，在大角度尺度（l < 40）下，CMB温度波动值非常低。最小LCDM模型无法解释这种能量的缺乏，文献中探讨的解决这个问题的可能机制之一是早期宇宙物理激发的原始功率谱（PPS）中存在的特征。本文利用普朗克合作组最新的宇宙微波背景（CMB）数据，采用贝叶斯模型比较的方法分析了一组截止暴胀PPS模型。我们的研究结果表明，标准的幂律参数化是首选的所有模型中考虑的分析，这激发了寻找替代的解释所观察到的缺乏权力的CMB各向异性谱。
2017-10-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reconstruction of CMB Temperature Anisotropies with Primordial CMB Induced Polarization in Galaxy Clusters
宇宙微波背景辐射在星系团中的散射会产生偏振信号，偏振信号由星系团位置光子分布的四极各向异性决定。这种由星系团的激发极化测量得到的“远距四极”为重建局部CMB温度各向异性提供了机会。在这封{ \em Letter}中，我们通过估计潜在的原始引力势来开发重建的算法，原始引力势是星系团中CMB温度和偏振涨落以及CMB诱导偏振的起源。我们发现一个很好的重建四极和八极分量的CMB温度各向异性的援助下的CMB诱导极化信号。重建结果对解决CMB异常问题，特别是WMAP和Planck数据中的低四极和邪恶轴问题，具有重要的一致性检验意义。
2016-03-20 astro-ph.CO
Broad primordial power spectrum and $μ$-distortion constraints on primordial black holes
针对超大质量原初黑洞形成假说受宇宙微波背景μ畸变严格约束的问题，研究发现宽功率谱在非高斯曲率扰动假设下可弱化该约束，为缓解相关限制提供了可能。
2025-01-17 astro-ph.CO gr-qc
