Signatures of First Stars in Galaxy Surveys: Multi-Tracer Analysis of the Supersonic Relative Velocity Effect and the Constraints from the BOSS Power Spectrum Measurements
研究了暗物质和重子之间的超声相对速度对大尺度星系成团的影响，并利用重子振荡谱巡天（BOSS）的功率谱测量结果导出了相对速度偏差参数的约束条件.最近的研究表明，如果第一颗恒星在z~20附近的微晕中形成，或者如果相对速度效应通过次级效应传播到在较晚红移形成的恒星，那么相对速度效应可能会对高红移的恒星形成产生巨大的影响。相对速度效应在这些源的大规模聚类中具有特别强的特征，包括BAO位置。假设在低红移的大质量星系中有一小部分恒星保留了原始相对速度效应的记忆，星系团的测量可以用来限制第一批恒星的签名。明亮的红色星系包含宇宙中一些最古老的恒星，非常适合寻找这种效应。利用Sloan数据Release 9的BOSS功率谱测量结果，结合Planck方法，我们得到了CMASS星系样本中相对速度效应敏感的恒星比例上限f_star<3.3%（置信水平为95%）。如果额外的星系样本不敏感的效果是在一个给定的调查，联合多示踪剂分析可以应用于构建一个样本方差抵消组合，提供一个独立的模型的方式来验证的相对速度效应的存在下，在大尺度上的星系功率谱。在未来的星系巡天中，这样的多示踪剂分析可以大大改善当前的约束，使f_star达到0.1%的水平。
2013-11-02 astro-ph.CO
The Supersonic Project: Shining Light on SIGOs - a New Formation Channel for Globular Clusters
在宇宙的某些区域中存在着几乎不含暗物质成分的超音速诱导气体天体（SIRST），在重组时，重子和暗物质之间的相对速度不可忽略。使用{ \sc arepo}流体动力学模拟，我们发现这些物体内部的气体密度足够高，可以形成恒星。对在这些SIBs中形成的第一个星团的光度的估计表明，它们可能会在未来的HST和JWST观测中被观测到。此外，我们的模拟表明，SIRIOR位于一个独特的地方，在光度半径参数空间，这可以用来区分SIRIOR从暗物质托管气体系统的观测。最后，作为概念验证，我们在再电离之前模拟恒星形成，并将这些系统发展到当前的时代。我们发现，SIBs占据了类似的部分的大小半径参数空间的球状星团。这些结果表明，SIBs可能与现今的贫金属局部球状星团有关。由于重子和暗物质之间的相对速度在几个Mpc尺度上是相干的，我们预测，如果这是形成球状星团的主要机制，它们的丰度应该在这些尺度上有显着变化。
2019-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
How Density Environment Changes the Influence of the Dark Matter-Baryon Streaming Velocity on the Cosmological Structure Formation
我们研究了暗物质和重子流体之间的相对速度的动力学效应，重子流体在复合后仍保持超音速。这种超音速运动对宇宙结构形成的影响首先由Tseliakhovich & Hirata（2010）根据小尺度波动耦合到平均密度区域中大尺度相对速度的线性理论来阐述。在他们的形式主义中，他们将大尺度密度环境限制为全球平均密度环境。我们通过允许密度环境和相对速度的变化来改进它们的配方。这导致了大尺度和小尺度模式之间的新型耦合。我们发现小尺度涨落的增长是有偏差的：在过密环境中增长较快，在欠密环境中增长较慢。我们还发现，对密度波动的全球功率谱的净效应是从Tseliakhovich & Hirata（2010）的预测中提高其整体振幅。相应地，宇宙晕的条件质量函数和晕偏置参数也受到类似的影响。我们的预测与Tseliakhovich和Hirata（2010）的预测之间的差异是显着的，因此相关的宇宙学和高红移天体物理学应该重新审视。本研究的数学形式可用于生成宇宙学初始条件的小尺度扰动的一般，过密（欠密）背景补丁。
2016-08-03 astro-ph.CO
Relative velocity of dark matter and baryonic fluids and the formation of the first structures
在复合的时候，重子和光子退耦，重子流体中的声速从相对论速度下降到氢原子的热速度。这小于通过线性微扰理论计算的重子和暗物质的相对速度，因此我们推断，相对于由暗物质产生的潜在势阱，存在重子的超音速相干流。因此，大尺度速度流对小尺度扰动（在重子金斯尺度附近）的平流对第一重子结构的形成是重要的。这种效应在宇宙学扰动理论方程中包含一个二次项，因此没有被包括在基于线性微扰理论的研究中。我们发现，相对运动抑制的丰度的第一绑定对象，即使只调查暗物质晕，并导致其空间分布的质的变化，如引入尺度依赖的偏见和随机性。我们讨论了高红移星系团簇和再电离的可能观测到的影响。
2010-10-18 astro-ph.CO
Effect of Streaming Motion of Baryons Relative to Dark Matter on the Formation of the First Stars
我们评估的重子和暗物质之间的超音速相对速度的第一气体云在z < 50的热和密度演化的效果。通过一系列的宇宙学模拟，初始化在z=100与一系列的相对流动速度和minihalo形成红移，我们发现，典型的流动速度将有气体演化的影响很小。一旦坍缩开始，气体的后续演化将与没有流的情况几乎无法区分，恒星形成仍将以相同的方式进行，特征性的Pop III恒星质量没有变化。预计再电离主要是由质量大于10^8太阳质量的晕所控制，因此流的预期影响可以忽略不计。
2011-02-01 astro-ph.CO
The Supersonic Project: rotational effects of supersonic motions on the first structures in the Universe
我们介绍了“超音速计划”，旨在调查的暗物质（DM）和重子之间的超音速相对速度的影响，在高红移使用的分析计算和宇宙学模拟相结合。在本文中，我们研究了这种流的速度对第一结构的角动量在早期宇宙中使用模拟的效果。我们专注于DM晕和它们的气体成分，以及最近预测的超音速诱导的气体物体（SIPERS），由于流速相移而产生的。我们发现，在这些第一晕的气体成分的自旋参数的增加与流速度。此外，我们发现，当考虑到流的速度，DM组件和气体组件的角动量矢量通常是不对齐的，这个不对齐的角度具有近各向同性的分布。气体成分的自旋参数值高于无气流速度的情况，即使在没有冷却的情况下，也可能导致更多的扁长天体。我们还概括的自旋参数的SITERS和发现，他们通常有一个更大的自旋参数相对于他们的暗物质同行，并没有相关的自旋参数和prolateness这样的结构。我们推测，在早期宇宙中，SIBs可能被观测到是非常低光度的天体，并且可能是小蓝点系统的潜在祖先。
2018-09-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Relative baryon-dark matter velocities in cosmological zoom simulations
本文提出在宇宙学缩放模拟中自洽引入重子与暗物质相对速度的方法，发现该速度显著抑制晕重子比例、延迟恒星形成并降低最终恒星质量。
2023-09-14 astro-ph.CO
Impact of the Relative Motion between the Dark Matter and Baryons on the First Stars
最近的研究表明，暗物质与重子的初始超音速相对速度对高红移下的星系形成有重要影响。我们研究了这种相对运动对恒星形成晕分布和第一颗恒星形成红移的影响。我们包括一个新的方面，在最近的模拟中发现，通过拟合他们的结果，以获得分子冷却所需的空间变化的最小晕质量的相对速度效应。因此，相对速度有三个独立的效果：抑制晕丰度，抑制每个晕内的气体含量，并提高最小冷却质量。我们表明，两个supplies（气体含量和晕丰度）的主要影响的小minihalos，不能形成恒星，而冷却质量提升结合丰度抑制，以产生秩序统一波动的恒星密度。我们量化了星系的大尺度不均匀性，发现68%的恒星形成（平均在3 Mpc尺度上）局限于z=20时体积的35%（z=40时仅为18%）。此外，我们估计第一颗恒星的红移为z ~ 65，其中包括由于相对速度引起的Dz ~ 5延迟。
2011-10-11 astro-ph.CO
Large-scale variation in reionization history caused by Baryon-dark matter streaming velocity
在宇宙复合时，重子与暗物质之间存在超音速相对运动，这种相对运动起源于早期宇宙中的重子声振荡。这种运动被认为对宇宙再电离后期的影响可以忽略不计，因为相对速度迅速降低。然而，最近的研究表明，小于本地金斯质量（$\lesssim$ $10^8~M_\odot$）的气体云中的复合可以通过增加电离星系际介质所需的紫外光子数量来影响再电离历史。出于这一动机，我们进行了一系列的辐射流体动力学模拟，以调查是否流运动可以产生变化的局部再电离的历史，通过平滑的clusional小尺度结构和降低电离光子预算。我们发现，流速可以在再电离末端红移中增加$Δz_e$ $\sim$ $0.05$ $-$ $0.5$的变化，这取决于X射线预热的水平和电离源的时间演化。当星系的电离效率越往后降低时，这种变化越大。考虑到流运动（$\gtrsim 100$ Mpc）的长空间涨落尺度，它有助于解释类星体观测到的Ly $α$不透明度变化，并在星系际介质的电离场上留下再电离过程中的大尺度印记. X射线源的预再电离加热是另一个关键因素，可以抑制小尺度气体聚集，并可以减少由流动运动引入的$z_e$的变化。
2021-01-22 astro-ph.CO
Cosmological advection flows in the presence of primordial black holes as dark matter and formation of first sources
在基于暴胀的宇宙学中，暗物质（DM）密度分量在$z_{\rm eq}\sim 3,200$开始相对于宇宙膨胀移动，而重子保持冻结，直到$z_{\rm rec}\sim 1,100$。有人认为，在这种情况下，对小涨落演化的后线性修正，对于标准的$Λ$主导的冷DM（CDM）模型，会导致早期物体的延迟形成，因为复合后超音速平流的发展，所以重子不会立即被小尺度的DM引力捕获。我们开发的流体动力学描述这样的两个组件的平流，并表明，在超音速制度，无旋流体内的平流是由梯度的两个（DM和重子在这里）组件的动能的差异。然后，我们应用这种形式主义的情况下，DM是由LIGO型黑洞（BH），并表明，有平流过程的规模相关的早期结构崩溃将显着不同，从前面讨论的情况下（CDM），因为额外的颗粒组成部分的密度场在膨胀过程中产生的。平流将有效地导致DM和重子分量在与坍缩和第一光源形成有关的尺度上的共同运动，这将导致早期坍缩，从而更容易解释在高$z>7$的类星体中观测到的超大质量黑洞的存在。由此产生的净平流率在$< 10^9M_\odot$附近达到最小值，随后在$\sim 10^{12}M_\odot$的典型质量附近上升到第二个最大值，这可能是z<（几个）时星系形成的重要考虑因素。
2020-12-15 astro-ph.CO gr-qc
The Supersonic Project: SIGOs, a Proposed Progenitor to Globular Clusters, and their Connections to Gravitational Wave Anisotropies
超音速感生气体天体（英语：Supersonically Induced Gas Objects，缩写为SIRST）是一种几乎没有暗物质成分的结构，被预测存在于宇宙中重子和暗物质在复合时具有较大相对速度的区域。它们被认为是现今球状星团的祖先。使用模拟，SITERS已经研究了小尺度（约2百万秒差距），这些相对速度是相干的。然而，它是具有挑战性的，研究SITERS使用模拟在大尺度上，由于不同的相对速度在尺度大于几个百万分之一秒差距。在这里，我们研究SIGO丰度半解析：使用微扰理论，我们预测的数密度SIGO解析，并比较这些结果的小盒子数值模拟。我们使用的数值和分析计算之间的协议外推的大规模变化的SIGO丰度在不同的流速。因此，我们预测类似的大尺度变化的对象与高气体密度的再电离之前，可能会观察到的JWST。如果SIBs确实是球状星团的祖先，那么我们预计在大尺度上球状星团丰度也会有类似的变化。值得注意的是，我们发现SIGO的预期数量密度与观察到的球状星团数量密度一致。作为一个概念的证明，因为球状星团被认为是自然形成的网站引力波源从双黑洞（BBH）合并，我们表明，SITERS应该印上的引力波信号的天空中的各向异性，与SITERS的分布一致。
2021-08-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Theories relating baryon asymmetry and dark matter: A mini review
暗物质的性质和重子不对称性的起源是现代粒子物理学中最深层次的两个谜团。在没有关于这些谜团的可能解决方案的提示的情况下，已经开发了许多方法来同时解决它们，从而导致非常多样化和丰富的模型。我们给出了一个简短的回顾，我们描述了这些模型的一般功能和一般问题的概述。我们还提出了一个图解符号来标记不同的模型。
2013-12-18 astro-ph.CO hep-ph
Large-scale BAO signatures of the smallest galaxies
最近的研究表明，在高红移时，暗物质和重子气体之间的相对速度通常是超音速的。这种相对速度抑制了最早的重子结构（如微晕）的形成，并且这种抑制在大尺度上受到调制。这种效应在最早期结构的聚簇功率谱中留下了特征形状的印记，在100 Mpc尺度上具有显著的功率，具有高度显著的重子声学振荡。这些振荡的振幅在z=20处比先前预期的大几个数量级。这个特征信号可以让我们区分在再电离之前和再电离过程中小晕对星系际气体的影响。我们说明了这种效果与21厘米发射和吸收的红移过程中和再电离前的例子。这种效应可能使我们能够利用100 Mpc尺度的观测来探测kpc尺度的物理学。我们目前的灵敏度预测FAST和阿雷西博。根据参数的不同，这种增强的结构可能在z=15-20附近的红移处被阿雷西博探测到，并且使用适当的仪器，FAST可以高精度地测量BAO的功率谱。原则上，这种效应也可能对通过观测低红移的BAO特征来限制暗能量的努力构成严重挑战。
2010-09-23 astro-ph.CO
Non-Baryonic Dark Matter in Cosmology
本文是对非重子暗物质研究现状的宽带综述。首先回顾了暗物质存在的证据，然后讨论了暗物质如何从小尺度到大尺度分布，最后讨论了暗物质的性质：暗物质候选者及其探测。最后，我讨论了$Λ$ CDM模型的一些局限性，特别强调了范式的小规模问题。
2013-05-01 astro-ph.CO
Streaming velocities and the baryon-acoustic oscillation scale
在退耦时期，宇宙重子相对于暗物质具有超音速，在大尺度上是相干的。这些速度随后减缓了小尺度结构的生长，并通过反馈过程影响较大星系的形成。我们研究的星系关联函数，包括所有领先的顺序的贡献的第一次流动速度的效果。我们发现，对BAO峰的影响是显着增强（由一个因素~5）比以前的调查结果，由于平流的主要新效果：如果一个星系保留的原始流速度的记忆，它这样做，在其拉格朗日，而不是欧拉，位置。由于在BAO尺度上流速的相关性变化很快，这个平流项可能会导致观测到的BAO位置发生显著变化。如果流速影响示踪剂密度在1%的水平，相比线性偏差，恢复的BAO规模移动约0.5%。这种新的效果，这是需要保持伽利略不变性，大大增加了包括流动速度在分析即将到来的BAO测量的重要性，并打开了一个新的窗口，天体物理学的星系形成。
2016-02-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutrino coupling to cosmological background: A review on gravitational Baryo/Leptogenesis
在这项工作中，我们回顾了宇宙中物质-反物质不对称性的起源理论。在CPT守恒场论中实现重子发生和轻子发生的一般条件已由萨哈罗夫规定。在这篇评论中，我们讨论的情况下，背景标量或引力场自发地打破CPT对称性和分裂粒子和反粒子之间的能级。在这种背景下，在热平衡条件下进行的重子或轻子数破坏过程会导致重子或轻子数不对称。
2013-10-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Standard Ruler at Cosmic Dawn
我们宇宙中的物质有两种：暗物质和重子物质。其中，只有后者与光子耦合，产生了众所周知的重子声学振荡，并在此过程中，在暗物质和重子之间产生超音速相对速度。这些速度-在它们的起源中带有声学尺度的印记-阻碍了宇宙黎明（$z\sim 20$）期间第一批恒星的形成，调制了这个时代预期的21厘米信号。在一篇配套论文中，我们结合数值模拟和分析模型表明，这种调制采取了鲁棒的速度诱导声振荡（VAOs）的形式，具有在重组时冻结的众所周知的形状，并且不受恒星形成的未知天体物理学的影响。在这里，我们建议使用这些VAO作为宇宙黎明时的标准标尺。我们发现，三年的21厘米功率谱数据从即将到来的HERA干涉仪应该能够测量哈勃膨胀率$H(z)$在$z=15-20$到100万级精度，范围从$0.3\%$到$11\%$取决于天体物理反馈过程和前景的强度。这将提供一个新的处理我们的宇宙膨胀率在一个其他未探测的时代，打开一个窗口，神秘的宇宙黎明时代。
2019-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Electroweak Baryogenesis with BARYONET: a self-contained review of the WKB approach
Instituto de Física Teórica IFT-UAM/CSIC（理论物理研究所）
该研究通过开源代码BARYONET，基于WKB方法完成电弱重子产生的自包含教学计算，验证框架并提供基准，明确EWBG要素以确保可复现性，为重子不对称性研究提供自动化流程。
2026-08-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Baryons and Their Halos
星系团是由重子星和气体组成的，它们嵌在暗物质晕中。在这里，我简要地回顾了重子和它们的晕之间的联系的两个方面。(1)观测到的星系重子含量低于宇宙重子分数，其数量随质量系统地变化。这些失踪的重子现在在哪里还不清楚。(2)盘星系的特征加速度与其重子质量面密度密切相关。这意味着引力动力学与星系的纯重子成分之间存在着密切的耦合，而引力动力学可能是由暗物质主导的。
2009-12-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mini-review on baryogenesis at the TeV scale and possible connections with dark matter
本文简要介绍了低温（T < ~ 10 TeV）粒子衰变或湮灭的重子生成机制及其在重子非对称性起源和暗物质模型中的应用。
2014-10-20 astro-ph.CO hep-ph
The Sound of the Universe: A Resonant Gravitational Instability Driven by Baryon-Dark Matter Relative Drift
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
研究揭示了重子和暗物质在早期宇宙脱耦后因相对漂移引发的共振引力不稳定性，通过产生声波驱动重子扰动，为暗物质探测提供了新方法，解释了星系团中持续的螺旋臂和加热现象。
2026-09-18 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
A Review of WIMP Baryogenesis Mechanisms
最近有人提出，弱相互作用大质量粒子（WIMP）可能提供新的方法来产生早期宇宙中观察到的重子不对称性，以及解决暗物质和重子丰度之间的宇宙巧合。这表明弱尺度新粒子物理学和现代宇宙学之间可能存在新的联系。本文综述了最近提出的两种WIMP重子生成机制：热冻结过程中WIMP暗物质湮灭的重子生成机制和热冻结后WIMP亚稳衰变的重子生成机制。这封信还讨论了这些模型的有趣现象，特别是可以在强度前沿实验和大型强子对撞机（LHC）实验中探测的实验信号。
2015-10-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
