Cosmic Microwave Background Spectral Distortions from Cosmic String Loops
宇宙弦环包含尖点，尖点通过发射粒子爆发而衰变。释放的能量中有很大一部分以光子的形式存在。这些光子以非热的方式注入，因此会导致宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变。在尖点对引力反作用具有鲁棒性的假设下，我们计算了在红移间隔中作为光子释放的分数能量密度，其中这种非热光子注入导致CMB光谱失真。虽然目前对这种光谱扭曲的限制还不足以限制弦张力，但未来的任务，如PIXIE实验，将能够提供限制，排除$G μ\sim 10^{-15}$和$G μ\sim 10^{-12}$之间的弦张力范围，从而排除产生这种中等尺度宇宙弦的粒子物理模型。
2015-10-28 astro-ph.CO hep-ph
Primordial non-Gaussianity with $μ$-type and $y$-type spectral distortions: exploiting Cosmic Microwave Background polarization and dealing with secondary sources
宇宙微波背景（CMB）温度和$y$-光谱畸变各向异性之间的互相关以前已经被提出作为一种方法来测量局部双谱参数$f_{\rm NL}^{\rm loc.}$在一个尺度范围内无法访问任何CMB（$T$，$E$）双谱或$T$-$μ$相关。这是有用的，例如测试原始非高斯性的尺度依赖性。不幸的是，原始的$y$-T信号被集成的Sachs Wolfe和Sunyaev-Zel 'dovich（SZ）效应之间的后期相关性强烈污染。此外，SZ本身在$y$参数图中产生大的噪声贡献。我们考虑两个原始的方法来解决这些问题。为了去除由于SZ-CMB温度耦合而引起的偏差，同时还添加新的信号，我们在分析中包括$y$失真和CMB {\em偏振}之间的互相关。为了减少噪声，我们建议通过减去SZ模板来清洁$y$-地图，通过与外部示踪剂（CMB和星系透镜信号）的互相关来重建。我们结合这个SZ模板减法与以前采用的解决方案，直接掩蔽检测到的集群。我们的最终预测表明，使用$y$-失真，类似PRISM的调查可以实现$1σ(f_{\rm NL}^\text{loc.}) = 300$，而理想的实验将实现$1σ(f_{\rm NL}^\text{loc.}) = 130$，通过添加$y$-$E$信号改善因子$\sim 3$，并通过模板清洗进一步改善$20-30 \%$。这些预测比{\em Planck}当前的$f_{\rm NL}^…
2017-07-15 astro-ph.CO
Test of the Einstein equivalence principle with spectral distortions in the cosmic microwave background
爱因斯坦等效原理~（EEP）可以通过测量宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变来验证。宇宙学红移效应中能量依赖性的存在意味着EEP破坏。引入由彩虹引力激发的能量依赖的Friedmann-Robertson-Walker度规，我们证明了能量依赖的红移效应导致了CMB光谱的畸变。假设简单的能量依赖形式的度量，我们评估的失真。从COBE/FIRAS束缚出发，我们发现在CMB能量标度下，与EEP的偏离程度小于10^{-9}，这与参数化后牛顿参数“gamma”在能量上的差异相当.
2016-12-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The y-sky: diffuse spectral distortions of the cosmic microwave background
辐射的能量密度的非线性演化示出诱导的宇宙微波背景在重组和再电离时代的光谱失真。这种畸变与非相对论热电子对光子的再散射所产生的热Sunyaev-Zeldovich效应具有相同的光谱特征，其幅度由康普顿y参数量化。在宇宙学扰动的非线性演化过程中，模式耦合将产生一个弥漫的y型天空，并将其归因于星系团的点源贡献。从二阶玻尔兹曼方程出发，导出了描述y场演化的方程和控制其角多极子的方程组。这些方程，然后积分数值，以获得第一个预测的漫射y-天空的功率谱。它被发现是宇宙再电离历史的一个显着的示踪剂。
2011-08-23 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic microwave background spectral distortions from Rayleigh scattering at second order
在严格的二阶宇宙学扰动理论中，首次计算了瑞利散射引起的宇宙微波背景（CMB）谱畸变。在$10^{-2}<k{\rm Mpc}/h<1$处，新的频谱失真对声耗散敏感，这略微扩展了受CMB各向异性约束的尺度。光谱形状不同于温度扰动或来自康普顿散射的任何其他传统光谱失真，诸如$y$和$μ$。新的光谱畸变并不是在宇宙晚期形成的，这与原始$y$畸变退化的热Sunyaev-Zel'dovich效应不同，因为对于瑞利散射来说，光子必须是热的。因此，理想的测量可以将信号与其他效应区分开来，并在重组过程中提取新的信息。假设宇宙学参数与最近的CMB各向异性测量一致，我们发现新的光谱失真是$6.5\times 10^{-3}$ Jy/str，这是一个数量级小于目前提出的目标灵敏度范围的航程2050。
2022-04-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining primordial magnetic fields with distortions of the black-body spectrum of the cosmic microwave background: pre- and post-decoupling contributions
$y$和$μ$型扭曲的观测极限可以限制早期宇宙中磁场的性质。对于高斯、随机和非螺旋场，$μ$和$y$被计算为场的当前强度$B_0$的函数，该强度在特定高斯宽度$k_c^{-1}$和由$P_B(k)\propto k^{n_B}$定义的谱指数$n_B$上平滑。对于$n_B=-2.9$和$k_c^{-1}=1 {\rm Mpc}$，$μ$的COBE/FIRAS限值产生$B_0<40$ nG，而$μ$的预计PIXIE限值将产生$B_0<0.8$ nG。对于非尺度不变谱，约束可以更强。对于含$k_c^{-1}=1 {\rm Mpc}$的$B_0=1$ nG，$μ$的COBE/FIRAS限值排除了$n_B>-2.6$给出的宽范围光谱指数。解耦后，能量耗散是由于双极扩散和衰减的MHD湍流，产生$y$型畸变.畸变完全由衰减的MHD湍流控制，并且对于在解耦时期$k_{d,dec}\approx 290 (B_0/1 {\rm nG})^{-1} {\rm Mpc}^{-1}$在阻尼尺度上平滑的几个nG场是$y\approx 10^{-7}$阶的。这种贡献与已知的贡献一样大，如在较低的红移下的再电离和维里化物体。$y$的预计PIXIE限值将分别排除$B_0>1.0$和0.6 nG（$n_B=-2.9$）以及-2.3 nG（$n_B\geq 2$）和$B_0>0.6$ nG。当前对汤姆逊散射的光学深度…
2013-09-30 astro-ph.CO
Constraining $μ$ and $y$ distortions in the Cosmic Microwave Background with COBE/FIRAS Data
本文提出新方法，利用COBE/FIRAS数据通过黑体辐射反演技术约束CMB的$\mu$和$y$畸变，得到更精确的测量结果，与先前值一致。
2024-11-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Probing the scale dependence of non-Gaussianity with spectral distortions of the cosmic microwave background
许多暴胀模型预测原始密度扰动具有非零的三点关联函数，或者傅立叶空间中的双谱。在这种双谱的几种可能性中，最常见的是局部模型双谱，它可以被描述为长波长密度波动对小尺度（大波数）功率谱的空间调制。虽然局部模型预测这种空间调制与尺度无关，但许多变体具有一定的尺度依赖性。在这里，我们注意到，这种规模的依赖性，可以探测与测量的频谱失真的宇宙微波背景（CMB），特别是突出康普顿- $y$失真。波数为$50\,{\rm Mpc}^{-1} \lesssim k \lesssim 10^4\,{\rm Mpc}^{-1}$的原始扰动的耗散会引起化学势（$μ$）畸变，而波数为$1\,{\rm Mpc}^{-1} \lesssim k \lesssim 50\,{\rm Mpc}^{-1}$的原始扰动的耗散会引起康普顿- $y$畸变。利用局部模型非高斯性，可以通过与CMB温度$T$的互相关将这种耗散引起的失真与其他源引起的失真区分开来。我们表明，相对强度的$μT$和$yT$的相关性，从而探测非高斯的尺度依赖性，并估计可能的信号相对于未来实验的灵敏度的大小。我们讨论的互补性，这些测量与其他探头的挤压限制非高斯。
2015-04-02 astro-ph.CO hep-ph
Limits on primordial black holes from $μ$ distortions in cosmic microwave background
如果原始黑洞（PBH）直接形成于早期宇宙的不均匀性，那么质量范围$10^5 -10^{12}M_{\odot}$中的数量受到宇宙微波背景（CMB）中$μ$扭曲上限的严重限制。这是因为这些尺度上的不均匀性将被红移区间$5\times 10^4\lesssim z\lesssim2\times 10^6$中的Silk阻尼所消散。如果给定质量尺度上的原始涨落具有高斯分布，并且PBH形成于高$σ$尾部，就像在最简单的场景中一样，那么$μ$约束排除了在这个质量范围内的PBH发挥任何有趣的宇宙学作用。只有当涨落是高度非高斯的，或者是通过某种与原始涨落无关的机制形成的，才能排除这个结论。
2018-02-24 astro-ph.CO gr-qc
Revisiting constraints on primordial magnetic fields from spectral distortions of cosmic microwave background
本文采用重联驱动的湍流衰变模型，研究非线性效应对CMB谱畸变的影响，排除了短相干长度磁场，并发现结果受磁螺旋度分数影响。
2025-04-23 astro-ph.CO hep-ph
Determining our peculiar velocity from the aberration in the cosmic microwave background
我们太阳系相对于CMB静止坐标系的运动，由于像差效应，导致观测到的CMB星图发生细微的扭曲。通常由CMB偶极子确定相应的奇异速度，但忽略固有偶极子的贡献。在这里，它是调查是否某些不变的标量措施，这是来自一阶和二阶协变导数的球，可以检测到的畸变效应在高多极造成的失真。这将在原则上允许解开多普勒从固有偶极子的贡献提供了一个独立的方法来确定我们特有的速度。它被发现的Hessian矩阵的温度场的特征值是非常适合于这项任务。
2021-07-22 astro-ph.CO
Spectral distortion and polarization of the cosmic microwave background: Measurement, challenges and perspectives
本文围绕 CMB 光谱畸变与偏振测量，利用 ntSZ 效应约束星系团内磁场，校准 Planck 偏振角，并开发模拟流程评估噪声影响，强调宽频覆盖与地基校准的重要性。
2025-03-11 astro-ph.CO
Taking the Universe's Temperature with Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
宇宙微波背景（CMB）能谱是一个接近完美的黑体。宇宙学的标准模型预测这种形式的光谱会有微小的扭曲，但天空平均CMB光谱的这种扭曲还没有被测量到。我们计算了最大的预期失真，这是由热的，自由电子，称为热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应的CMB光子的逆康普顿散射引起的。我们表明，预测的信号是大约一个数量级低于目前的约束从COBE-FIRAS实验，但可以检测到在巨大的意义（$\gtrsim 1000σ$）的建议原始通货膨胀探测器（PIXIE）。虽然宇宙方差将有效信噪比降低到$230σ$，但这种测量仍然会对可观测宇宙中电子的总热能产生低于百分比的约束。此外，我们表明，PIXIE可以检测到微妙的相对论效应的天空平均tSZ信号在$30σ$，直接探测的光学深度加权的集群内介质电子温度分布的时刻。这些效应打破了平均tSZ信号中电子密度和温度之间的简并性，允许直接推断低红移下的平均重子密度。因此，未来的光谱畸变探测器将以前所未有的精度确定宇宙中电离气体的全球热力学性质。这些测量将对星系形成和宇宙时间内反馈能量注入的模型施加基本的“积分约束”。
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Signatures of composite dark matter in the Cosmic Microwave Background spectral distortions
本研究计算了复合暗物质模型通过电磁跃迁在CMB中产生的谱畸变，发现其$\mu$型和$y$型及非热畸变特征可被下一代实验探测，且现有COBE/FIRAS限制已对暗物质耦合给出比直接探测强三个数量级的约束。
2024-07-19 astro-ph.CO hep-ph
Spectral distortions in the cosmic microwave background polarization
本文计算了在星系际冷电子与宇宙微波背景（CMB）的康普顿相互作用中，由非线性效应引起的CMB偏振的光谱畸变。该信号是$y$型的，并且由再电离时代产生的贡献主导。我们强调，它是不是阴影的热SZ效应，没有等效的偏振。我们分解成$E$ -和$B$ -模式的角度依赖性，我们计算相应的功率谱，无论是准确的，并使用合适的Limber近似，允许一个更简单的数值计算。我们发现$B$模与$E$模具有相同的数量级.两个光谱都相对平坦，峰值在$\ell=280$附近，它们的总振幅与再电离的光学深度直接相关。此外，我们发现这种效应是一个数量级大于非线性动力学的Sunyaev-Zel'dovich效应在星系团。最后，我们讨论了如何提高我们的信号的可探测性，通过交叉相关它与其他数量来源的星系际电子流。
2014-03-21 astro-ph.CO gr-qc
New Horizons in Cosmology with Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
Voyage 2050白皮书重点介绍了利用宇宙微波背景（CMB）的光谱扭曲的独特科学机会。宇宙微波背景辐射的光谱畸变探测了贯穿宇宙历史的许多过程。现有技术可能实现的精密光谱学将为宇宙学标准模型中预期的过程提供关键测试，并为新物理学开辟巨大的发现空间。这为我们进一步理解暴胀、复合、再电离和结构形成以及暗物质和粒子物理提供了独特的科学机会。一种专门的实验方法可以在未来几十年内为早期宇宙打开这个新窗口，使我们能够将大约25年前COBE/FIRAS获得的长期存在的扭曲上限转化为对预期标准失真信号的清晰检测。
2019-09-04 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Distortions of the Cosmic Microwave Background through cooling lines during the epoch of Reionization
通过使用N体流体动力学宇宙学模拟，其中主要金属和分子的化学是一贯解决的，我们研究了金属精细结构线与CMB的相互作用。我们的分析表明，在再电离过程中，OI 145 $μ$ m和CII 158 $μ$ m线中的碰撞诱导发射在低频（$ν< 300$ GHz）引入了振幅高达$ΔI_ν/B_ν(T_{\rm CMB})\sim 10^{-8}$ - $10^{-7}$的CMB谱的失真，即，FIRAS上限的$\sim 0.1$百分比水平。较短波长的精细结构跃迁（OI 63 $μ$ m，Fe II 26 $μ$ m和Si II 35 $μ$ m）通常在较高的观测频率（$ν> 400$ GHz）下对再电离时期进行采样。这对应于CMB谱的维恩尾，并且由这些谱线引起的失真水平可以与$ΔI_ν/B_ν(T_{\rm CMB})\sim 10^{-4}$一样高。这些谱线产生的角各向异性在更高频率下应该更相关：虽然在$ν=145 $ GHz下几乎可以忽略不计，但来自CII 158 $μ$ m和OI 145 $μ$ m的特征应该相当于ACT和SPT合作在$l \sim 5000$和$ν=220 $ GHz下测量的各向异性功率的1%-5%（在假定$Δν_{\rm obs}/ν_{\rm obs}\simeq 0.005$用于谱线观测之后）。我们的模拟表明，来自不同线的各向异性图（例如，OI 145 $μ$ m和…
2017-07-06 astro-ph.CO
Motion induced second order temperature and y-type anisotropies after the subtraction of linear dipole in the CMB maps
宇宙微波背景的y型光谱畸变使我们能够探测星系团和星系群、热气丝和温暖炽热的星系际介质中的不均匀性。几个CMB实验（小面积的天空）和理论组（全天空）最近发表了y型失真图。我们建议在这样的y型图中寻找两个人造热点，这两个热点是由于不完全减去运动诱导偶极子对宇宙微波背景天空的影响而产生的。该偶极子在二阶引入了振幅为几μK的附加温度和y畸变各向异性，这可以通过普朗克HFI和Pixie实验来测量，并且可以用作CMB实验的交叉通道校准源。这种y型失真存在于每个像素中，并且不是平均整个天空的结果。如果需要，可以从最终的y型图中减去根据已知线性偶极子精确计算的这种失真。
2013-02-26 astro-ph.CO
spectroxide: A code package for computing cosmic microwave background spectral distortions
Physics Department, Boston University（波士顿大学物理系）；Faculty of Computing & Data Sciences, Boston University（波士顿大学计算与数据科学学院）
本文介绍了spectroxide，一个由AI助手在人类物理学家监督下开发的代码包，用于计算宇宙微波背景谱畸变，包含14500行Rust代码和400个自动化测试，验证了物理模型并公开了该工具。
2026-04-27 astro-ph.CO astro-ph.IM cs.AI
Constraining Primordial Black-Hole Bombs through Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
研究了非蒸发原初黑洞超辐射不稳定性对宇宙微波背景谱的影响。在辐射主导的时代，PBH被大致均匀的宇宙等离子体包围，通过等离子体频率赋予光子有效质量。在这种情况下，旋转的PBH是不稳定的，通过众所周知的“黑洞炸弹”机制自发自旋下降。在线性水平下，光子密度被有效光子质量捕获，并且由于超辐射而随时间呈指数增长。当等离子体密度由于宇宙膨胀而下降时，PBH周围的相关能量被释放并在CMB中消散。我们评估了在红移范围10^3 < z < 2x10^6内CMB的光谱畸变。利用现有的COBE/FIRAS对CMB光谱畸变的限制，我们得到了在10^{-8}*Msun < M < 0.2*Msin的质量范围内与自旋PBH相关的暗物质的分数上限。对于最大自旋PBH，我们的限制比微透镜或其他方法得到的限制要严格得多。来自拟议的PIXIE任务的未来数据可以将我们的限制提高几个数量级。
2013-08-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Square Kilometer Array as a Cosmic Microwave Background Experiment
本文提出将平方公里阵列SKA作为CMB实验，利用其单天线模式在射电波段测量CMB中到大角尺度模式，并预测SKA与LiteBIRD联合可显著改善对原初非高斯性参数f_nl的约束。
2024-06-06 astro-ph.CO
Impact of Dust on Spectral Distortion Measurements of the Cosmic Microwave Background
宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变对早期宇宙中奇异物理的能量注入非常敏感。提议的原始膨胀探测器（PIXIE）任务具有原始的灵敏度，可以为新物理学提供有意义的限制，但前提是前景发射可以充分建模。我们通过考虑受理论和观测先验约束的一系列粒度分布和成分，量化了星际尘埃对康普顿$y$和$μ$测量的影响（Zelko & Finkbeiner 2020）。我们发现，PIXIE可以边缘化在一个适度的灰尘参数，仍然恢复$y$和$μ$的估计，但增加了不确定性。随着包括更多的前景分量（同步加速器，自由-自由），$y$的估计降低，并且在没有辅助低频前景信息的情况下，有时考虑用于$2\times10^{-8}$的标准$Λ$ CDM的范围内的$μ$的测量变得不可行。另一个问题是CMB防尘罩的灰尘吸收，这是一个必须考虑的微妙影响。我们量化的一种形式的模型差异误差，发现我们的星际介质尘埃模型与修改后的黑体拟合引入的错误是太大的CMB光谱失真是检测。最大的挑战可能是宇宙红外背景（CIB）。我们发现$μ$和$y$对CIB的建模选择非常敏感，并量化了一系列假设的预期偏差。
2021-09-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Missing dust signature in the cosmic microwave background
我检查了一个可能的光谱失真的宇宙微波背景（CMB）由于其吸收星系和星系际尘埃。我表明，即使是微妙的星系际不透明度$1 \times 10^{-7}\, \mathrm{mag}\, h\, \mathrm{Gpc}^{-1}$的CMB波长在本地宇宙中的CMB吸收和CMB强度的下降，因为不透明度急剧增加红移的原因不可忽略。宇宙微波背景辐射即使在由红移$z < 10$定义的宇宙时期也应该是扭曲的。对于这个时期，CMB的最大光谱失真至少为300 GHz处的$20 \times 10^{-22} \,\mathrm{Wm}^{-2}\, \mathrm{Hz}^{-1}\, \mathrm{sr}^{-1}$，远高于COBE/FIRAS、WMAP或普朗克通量测量的灵敏度。如果尘埃质量被认为是红移依赖的，在红移2-4处有明显的尘埃丰度，预测的CMB失真甚至更高。在完全透明的宇宙中，由于星系中的尘埃，宇宙微波背景辐射也会发生畸变，但这种效应比星系际不透明度低一个数量级。宇宙微波背景辐射被尘埃扭曲的现象并没有被观测到，这一事实很有趣，它对不透明度和消光定律的测量以及当前宇宙模型的有效性提出了质疑。
2017-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Turbulence Induced Non-Gaussian Spectral Distortion in the Microwave Sky from Photon-Axion Conversion in Galaxy Clusters
本研究开发了基于数值模拟的星系团光子-类轴子粒子转换技术，首次发现湍流可诱导强非高斯CMB谱畸变信号，为探测特定质量范围的类轴子粒子提供了新方法。
2025-05-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Polarization-dependent heating of the cosmic microwave background radiation by a magnetic field
测定了由于强磁场引起的温度升高所引起的宇宙微波背景（CMB）谱的变化及其对辐射极化的影响。这种效应是由于CMB光子通过与虚对的相互作用耦合到QED真空中的磁场。尽管存在于磁星附近的磁场的CMB谱的失真相当大，但由于所需的角分辨率还不可用，因此目前很难检测到这种效应。
2014-12-23 astro-ph.CO
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
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
The Cosmic Microwave Background: Spectral Distortions
本文综述了宇宙微波背景光谱在宇宙历史中的形成与演化，重点介绍建立现代宇宙图景所需的关键理论要素，并展望CMB未来仍蕴含的重要科学价值。
2025-01-26 astro-ph.CO hep-th
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
Scale-dependent bias of galaxies and mu-type distortion of the cosmic microwave background spectrum from single-field inflation with a modified initial state
我们研究了单个暴胀场初始态的修正的唯象后果。虽然标准Bunch-Davies初始真空态的单场暴胀通常不会在压缩组态中产生可测量的三点函数（双谱），但允许非标准初始状态产生例外。在这里，我们计算的签名的初始状态修改在单场慢卷膨胀的大尺度结构（LSS）和μ型失真的黑体光谱的宇宙微波背景（CMB）的尺度依赖的偏见。我们将初始状态修改参数化，并将某些参数的选择确定为自然的，尽管我们也注意到一些微调的选择可以产生更大的双谱。在这两种情况下，我们在LSS中观察到一个独特的k^-3签名（与局部形式的k^-2签名相反）。由于非零双谱在压缩配置相关的长波长模式与两个短波长模式，它诱导的CMB温度各向异性之间的相关性在大尺度上的温度各向异性平方非常小的尺度上，这种相关性持续作为小尺度的各向异性平方处理成μ型失真。虽然局部形式的μ失真在不久的将来被证明是太小而无法检测到，但是由于额外的k_1/k因子，修改的初始真空状态将信号增强了很大的因子。例如，所提出的绝对校准实验PIXIE预期在可观测模式中对于约0.5的占用数检测到具有大于10的信噪比的这种相关性。相对校准的实验，如普朗克和LiteBIRD也应该能够测量这种效应，只要不同频率之间的相对校准满足所需的精度。（节录）
2012-06-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraining self-interacting ultrahigh-energy muon neutrinos by cosmic microwave background spectral distortion
Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences (HIAS-UCAS)（杭州高等研究院，中国科学院大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific (ICTP-AP)（亚太理论物理中心）；National Institute of Technology, Meghalaya（梅加拉亚邦国立技术学院）；Central China Normal University（华中师范大学）；Department of Physics and Astrophysics, University of Delhi（德里大学物理与天体物理学系）
研究通过标量玻色子介导的自相互作用中微子与宇宙中微子背景的辐射散射注入能量，导致CMB谱畸变，利用COBE/FIRAS和PIXIE实验数据给出缪子中微子自相互作用耦合强度的严格上限。
2026-06-19 astro-ph.CO 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
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
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
Correlation of supernova redshifts with temperature fluctuations of the Cosmic Microwave Background
本文将超新星（SN）和伽马射线暴（GRB）样品的红移与威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）7年数据的像元温度进行了比较，这些像元的位置对应于SN和GRB的天空坐标。我们发现SN红移与WMAP数据有统计上显著的相关性，红移z在0.5 ~ 1.0范围内的平均温度偏差为+29.9 ± 4.4 microK，z在（0.0，0.4）范围内的平均温度偏差为+8.6 ± 1.3 microK。后一个值符合由于综合的萨克斯-沃尔夫效应造成的宇宙微波背景畸变的理论估计，而更高红移的更大异常应在未来进行更详细的研究。
2012-06-24 astro-ph.CO
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
Which spectral distortions does $Λ$CDM actually predict?
不断完善的宇宙学测量已经建立了$Λ$ CDM和谐模型，其关键的宇宙学参数今天被确定为100万级精度。这使我们能够对早期宇宙中发生的各种过程所产生的宇宙微波背景（CMB）的光谱失真做出明确的预测。在这里，我们总结了所有保证CMB失真和评估其总的不确定性内$Λ$ CDM。我们还比较了近似它们的简单方法，突出了一些微妙的方面，当涉及到解释未来的失真测量。在简化的假设下，我们简要地研究了PIXIE类实验可以测量主要失真参数（即，$μ$和$y$）。下一代CMB谱仪有望以极高的显著性检测由再电离和结构形成引起的畸变。它们还将能够通过相关的$μ$失真来约束小尺度功率谱，从而改善对谱指数运行的限制。来自复合时代的扭曲，物质相对于CMB的绝热冷却和暗物质湮灭需要比PIXIE更高的灵敏度。关键的下一步是改进前景和工具方面的建模，正如我们在这里简要讨论的。
2016-05-20 astro-ph.CO
CMB Spectral Distortion Constraints on Thermal Inflation
在典型的能量尺度$V^{1/4} \sim 10^{6 \sim 8} \mathrm{GeV}$上，热膨胀是指数膨胀的第二阶段。如果通常的原始暴胀之后是热暴胀，原始功率谱在大尺度上只有适度的红移，但在小于热暴胀开始时的视界尺寸$k > k_{\rm b} = a_{\rm b} H_{\rm b}$的尺度上受到强烈的抑制。我们计算了在这种情况下，由声波耗散产生的宇宙微波背景的光谱失真。对于$k_{\rm b} \ll 10^3 \mathrm{Mpc}^{-1}$，热膨胀导致$μ$失真幅度的大抑制，预测其远低于$μ\simeq 2\times 10^{-8}$的标准值。因此，未来的光谱失真实验，类似于PIXIE，可以对热膨胀场景设置新的限制，如果发现$μ\simeq 2\times 10^{-8}$，则限制$k_{\rm b} \gtrsim 10^3 \mathrm{Mpc}^{-1}$。
2017-08-07 astro-ph.CO
Green's function of the cosmological thermalization problem
早期宇宙中的能量释放导致宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变，这在未来可能允许探测复合前（z>~ 10 ^3）时期的不同物理过程。取决于能量注入历史，由于康普顿散射、双康普顿散射和韧致辐射的组合作用，相关的畸变部分热化，这是通常难以解决的问题。各种解析近似描述所产生的失真存在，但是，对于小的失真和固定的背景宇宙学的格林函数的问题可以预先计算数值。在这里，我们表明，这种方法给出了非常准确的结果，为广泛的热历史，允许快速和准精确计算的光谱失真的能量释放率。因此，我们的方法是有用的预测早期宇宙物理学的可能的限制，从未来的测量CMB光谱。
2013-06-16 astro-ph.CO
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
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
The blackness of the cosmic microwave background spectrum as a probe of the distance-duality relation
对互易关系的破坏会导致对距离对偶关系的破坏，这种破坏反映在宇宙微波频谱的归一化变化中，其频谱是灰色的。我们表明，现有的观测约束意味着，相互作用关系不能被违反的去耦和今天之间的0.01%以上。我们比较了这种影响的其他来源的违反的距离对偶关系，诱导频谱失真的宇宙微波背景频谱。
2013-01-29 astro-ph.CO gr-qc
Distortions in the Surface of Last Scattering
光子在宇宙微波背景中的末次散射面不是球壳。除了其有限的宽度，每个光子在其到达我们的旅程中经历不同的引力势，导致不同方向的不同旅行时间。由于所有的光子都是在同一个宇宙时间释放的，所以旅行时间较长的光子比旅行时间较短的光子离我们更远。因此，最后散射的表面是波纹状的，是变形的球壳。我们提出了一个估计二次在温度和偏振领域，可以提供一个地图的时间延迟作为一个功能的位置在天空中。这张地图的信噪比可能超过偶极子的单位，从而提供了一个罕见的洞察宇宙的最大可观测尺度。
2019-05-10 astro-ph.CO
Spectral Distortion in a Radially Inhomogeneous Cosmology
在径向不均匀时空中的宇宙微波背景黑体光谱的光谱失真，旨在精确地再现沿过去的光锥的LambdaCDM膨胀的历史，被证明超过COBE-FIRAS建立的上限约3700倍。这个简单的观测测试有助于揭示隐藏在过去光锥中的一系列病理特征，包括解耦时的径向收缩相，以及如果遵循其逻辑极端，径向非均匀大爆炸时的裸奇点。
2013-10-15 astro-ph.CO gr-qc
Using the Milky Way satellites to study interactions between cold dark matter and radiation
冷暗物质（CDM）模型在小尺度上面临着持续的挑战。特别是，从表面上看，该模型大大高估了银河系周围卫星星系的数量。解决这一问题的努力仍然存在争议，甚至导致一些国家完全放弃清洁发展机制。然而，当前的模拟受到暗物质仅感受到重力的假设的限制。在这里，我们表明，包括CDM和辐射（光子或中微子）之间的相互作用，导致卫星星系的数量急剧减少，减轻银河系卫星的问题，并表明物理引力以外的可能是必不可少的小尺度上的结构形成的准确预测。这里介绍的方法给出了暗物质相互作用的限制，显着改善了那些从宇宙微波背景。
2014-08-19 astro-ph.CO hep-ph
Can $f(R)$ gravity relieve $H_0$ and $σ_8$ tensions?
为了研究$f(R)$引力是否可以缓解当前的$H_0$和$σ_8$张力，我们用普朗克-2018宇宙微波背景和红移空间畸变观测来约束Hu-Sawicki $f(R)$引力。我们发现这个模型不能同时消除$H_0$和$σ_8$张力，并且它的两个典型参数$\log_{10}f_{R0}$和$n$对其他宇宙学参数不敏感.结合宇宙微波背景、重子声振荡、Ia型超新星、宇宙计时器和红移空间畸变观测，给出了在$2σ$置信水平下的最佳约束$\log_{10}f_{R0}<-6.75$。
2021-05-19 astro-ph.CO gr-qc
CMB spectral distortions from enhanced primordial perturbations: the role of spectator axions
本研究针对轴子与规范场耦合产生CMB谱畸变的机制，发现标量模式诱导的谱畸变占主导，COBE/FIRAS已限制模型参数，且SU(2)方案下延迟快滚更具挑战，提出了通过耦合调控轴子速度的方法。
2024-09-12 astro-ph.CO
Measuring $μ$-Distortions from the Thermal Sunyaev-Zeldovich effect
本文预测了通过 CMB 巡天测量的星系团 tSZ 频谱畸变对原初 $μ$ 畸变单极子的约束，发现计划实验的灵敏度可达或优于现有约束，但控制前景和系统误差是关键。
2023-05-17 astro-ph.CO
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
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
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
Separation of CMB $μ$ spectral distortions from foregrounds with poorly defined spectral shapes
本文提出了一种新的方法来分离宇宙微波背景的$μ$光谱失真与前景不明确的频谱形状。这个想法是基于找到最佳的反应所观察到的信号。这种响应对前景的敏感性较弱，其参数在其可能变化的某些限制内，同时对$μ$失真的幅度非常敏感。该算法稳定，易于实现，同时最小化了对前景和光子噪声的响应。
2023-03-14 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.data-an
Observing the Epoch of Reionization with the Cosmic Microwave Background
我们回顾了可观测到的后果的时代的再电离（EoR）的宇宙微波背景（CMB），和由此产生的约束EoR。我们讨论如何汤姆逊散射EoR过程中产生的自由电子等同于CMB光子的光学深度。WMAP和普朗克卫星利用大尺度CMB偏振功率谱进行的光学深度测量是目前对宇宙再电离时间的少数限制之一。我们还提出了预测的精度，光学深度将测量未来的卫星任务。其次，我们考虑运动学的Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应，以及kSZ功率谱如何依赖于再电离的持续时间。我们回顾目前的测量kSZ功率和预测未来的实验。最后，我们提到的建议，寻找在CMB的光谱失真，在EoR的电子温度相关，和想法映射的变化，在整个天空的光学深度。
2015-11-03 astro-ph.CO
