Primordial Black Holes from Kinetic Preheating
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Kenyon College（肯扬学院）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本研究通过动能预加热机制在早期宇宙中生成质量约为十克的原始黑洞，并展示了其蒸发过程对宇宙再加热的影响。
2025-11-21 astro-ph.CO gr-qc
Primordial He' abundance implied by the mirror dark matter interpretation of the DAMA/Libra signal
本文计算了在光子和镜像光子之间存在动力学混合的情况下，大爆炸核合成在镜像粒子扇区中产生的原初镜像氦He'的质量分数。我们探索宇宙学相关的动力学混合参数值，这也是目前探测的暗物质直接探测实验。特别是，我们发现，如DAMA/Libra和其他实验所建议的，对于\sim 10^{-9}，产生了大的He'质量分数（Y_{He'} \approx 90%）。如此大的原初He'质量分数值对于直接探测实验的镜像暗物质解释以及镜像星形成和演化的研究具有重要意义。
2010-03-03 astro-ph.CO hep-ph
Primordial power spectra from $k$-inflation with curvature
我们调查的原始功率谱一般动力学膨胀模型，支持一个时期的动力学主导的弯曲宇宙的情况下。我们提出了推导的Mukhanov-Sasaki方程的非标准标量动力学拉格朗日，它体现了自己通过暴胀声速$c_s^2$。我们将Contaldi等人[1]和Thavanesan等人[2]中的解析近似推广到一般的动力学拉格朗日函数，并显示了$k$ -暴胀对曲率模型的原始功率谱的影响。特别是，在封闭宇宙的情况下，声速和曲率之间的相互作用导致功率谱的自然低波数截止。使用的分析近似，我们进一步表明，在不同时期的通货膨胀的结果在所得到的功率谱的共动曲率扰动的非衰减振荡的通货膨胀的声速之间的变化。
2022-06-24 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Tensor Signatures and Gravitational Wave Constraints in Lorentz Violating Inflation with Non-Canonical Kinetics
Indian Institute of Technology (Indian School of Mines)（印度理工学院（印度矿业学院））
本文在非正则动力学洛伦兹破缺暴胀框架中推导张量谱指数与运行，提出其可作为洛伦兹破缺的互补探针，并与GW170817引力波速度约束比较。
2026-10-01 astro-ph.CO gr-qc
State-to-state vibrational kinetics of H$_2$ and H$_2^+$ in a post-shock cooling gas with primordial composition
具有原始化学成分的冲击气体的辐射冷却是与第一批恒星和结构的形成有关的重要过程，也发生在高速云碰撞和超新星爆炸中。在需要考虑的不同过程中，分子氢的形成动力学和冷却是最重要的，因为它们提供了将气体温度降低到远低于$\sim$ 10 $^4$ ~K的值的唯一方法。在以前的工作中，H $_2$和它的阳离子的内能结构已经在低密度的振转基态近似下处理，或者试图用任意的$v>0$ H $_2$能级来描述动力学，该能级被认为是激发振动流形的代表。在这项研究中，我们计算的振动分辨动力学的时间依赖性的化学和热演化的后冲击气体在介质中的原始组成。计算的非平衡分布被用来评估对气体的冷却功能和冷却时间的影响。最后，我们讨论了结果对不同初始激波速度和红移的依赖性。
2016-02-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radiative and Kinetic Feedback by Low-Mass Primordial Stars
电离紫外辐射和超新星在高红移的小晕中的流动控制了宇宙中第一批恒星星族的形成。以前的研究已经解决了非常巨大的原始恒星对附近晕坍缩成新恒星的影响，但是在古老的贫金属恒星中没有对不稳定超新星的奇偶核合成特征表明，第三星族恒星可能小于100 M $_{\odot}$。我们扩大我们的早期调查本地紫外线反馈恒星形成的25 - 80 M $_{\odot}$星，包括动力学反馈的超新星为25 - 40 M $_{\odot}$星。我们发现辐射反馈在这个质量范围内是相对均匀的，主要是因为质量更大的恒星的较大通量被它们较短的寿命所抵消。我们的模型表明，在全球紫外线背景上升之前，来自附近恒星的莱曼-沃纳光子不能阻止晕形成新的恒星。这些计算也揭示了剧烈的动力学不稳定性可以在包裹着原始晕的紫外辐射阵面中爆发，但它们最终对恒星的形成没有影响。最后，我们的模拟表明，遗迹H II地区周围的部分蒸发晕可能会驱逐莱曼-维尔纳背景在较低的红移，使恒星的形成，以前被抑制。我们提供适合辐射和动力学反馈恒星形成的半解析模型和数值模拟中使用。
2010-01-15 astro-ph.CO
Primordial black holes formation in the inflationary model with field-dependent kinetic term for quartic and natural potentials
在四次势和自然势均含场依赖动力学项的暴胀模型框架下，我们研究了原初黑洞（PBH）和引力波（GW）的产生。在这种设置中，我们认为一个动力学函数为$G(ϕ)=g_I(ϕ)\big(1+g_{II}(ϕ)\big)$，并表明，在第一项$g_I(ϕ)$的存在下，四次和自然潜力，在标准模型的通货膨胀，可以是一致的，与普朗克观测的68\% CL。此外，第二项$g_{II}(ϕ)$可以引起小尺度下原始曲率扰动的显著增强，从而导致PBH的形成。对于这两个潜在的，我们得到了一个增强的标量功率谱的尺度$k\sim10^{12}~\rm Mpc^{-1}$，$10^{8}~\rm Mpc^{-1}$，和$10^{5}~\rm Mpc^{-1}$，这导致PBH生产的质量尺度左右$10^{-13}M_{\odot}$，$10^{-5}M_{\odot}$，和$10 M_{\odot}$，分别。观测限制证实，质量标度为$10^{-13}M_{\odot}$的PBH可以构成宇宙中暗物质的总量。此外，我们估计的能量密度参数的诱导GWs，可以检查的观察。我们还得出结论，它可以参数化为幂律函数$Ω_{\rm GW}\sim (f/f_c)^n$，其中的功率指数等于$n=3-2/\ln(f_c/f)$在红外极限$f\ll f_{c}$。
2021-10-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Small-Scale Dynamo Action in Primordial Halos
第一个星系的形成是由于原始晕的引力坍缩。在这个坍缩过程中，微弱的磁性种子场被小尺度发电机以指数方式放大--这是一个将湍流的动能转化为磁能的过程。我们使用Kazantsev理论，它描述了小尺度发电机解析，研究磁场放大不同的湍流速度关联函数。对于不可压缩湍流（Kolmogorov湍流），我们发现增长率与流体动力学雷诺数Re^（1/2）的平方根成正比。在高度可压缩湍流（Burgers湍流）的情况下，增长率与Re^（1/3）成正比。通过详细的化学网络，我们能够跟踪化学演化并确定晕崩溃过程中的动力学和磁粘度（由于欧姆和双极扩散）。这样，我们就可以定量地计算小尺度发电机的增长率，预测小尺度磁场的演化。由于磁能被输送到更大的尺度上的本地涡时标，我们得到的估计的磁场的金斯尺度。即使在那里，我们发现，动能的均分是在小的时间尺度上达到的。因此，在宇宙中第一个物体形成的过程中，就可以预期到动力学相关的场结构。
2012-10-29 astro-ph.CO physics.plasm-ph
Generation of Primordial Black Holes and Gravitational Waves from Dilaton-Gauge Field Dynamics
本文研究了与暴胀子动力学耦合的$U(1)$规范场的粒子产生的观测特征。关于规范动力学函数的形式，我们考虑了它在某个时刻变得稳定的可能性，这使得规范场的增长功率随着急剧的跃迁而非单调地演化。值得注意的是，规范场的大量产生发生在暴胀后期的超视界尺度上，而在暴胀期间的中间尺度上扰动被增强。我们发现，它可以预测一个凹凸不平的形状的曲率功率谱，导致产生的原始黑洞作为一个暗物质膨胀后。我们还估计了由规范场产生的两类张量模：暴胀过程中产生的原初引力波和暴胀后曲率扰动增强产生的感生引力波。我们表明，这两个是潜在的测试与未来的天基引力波干涉仪。
2019-12-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On primordial trispectrum from exchanging scalar modes in general multiple field inflationary models
本文对具有广义动力学项的多场暴胀模型中交换中间标量模的原始三谱作了补充研究。连同计算不可约贡献的原始三谱在参考。[103]，给出了广义多场模型的首阶本原三谱.
2010-10-06 astro-ph.CO hep-th
Higgs Chaotic Inflation and the Primordial B-mode Polarization Discovered by BICEP2
我们证明了在大的场值下，如果动力学项被显著修改，标准模型Higgs场可以实现二次混沌暴胀。这是所谓的动态膨胀的简单实现。关键是希格斯场在高能尺度上遵守近似的位移对称性。张量与标量之比被预测为$r \simeq 0.13 - 0.16$，这很好地解释了最近由BICEP 2实验发现的原始B模式偏振$r=0.20^{+0.07}_{-0.05}$。特别地，允许由移位对称性破缺引起的小调制，也可以引起负的运行谱指数。预计再加热温度很高，成功的热leptogenesis是可能的。高能尺度下Higgs场的四次耦合被抑制可能与Higgs混沌暴胀有关。
2014-06-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on local primordial non-Gaussianity with 3d Velocity Reconstruction from the Kinetic Sunyaev-Zeldovich Effect
本研究首次利用动力学 Sunyaev-Zeldovich 效应结合 CMB 和星系数据实现大尺度速度场三维重建，探测到星系-速度交叉信号，并据此对局部原初非高斯性幅度进行了约束，为未来提升该参数的测量精度奠定了基础。
2024-11-18 astro-ph.CO gr-qc
Void magnetic field and its primordial origin in inflation
由于星系、星系团甚至空区中的磁场都被观测到了，因此从理论上解释其起源的努力受到了强烈的推动。有趣的是，暴胀是造成磁场和密度扰动的原因。然而，众所周知，暴胀磁生有几个问题。我们探讨这些问题，通过使用一个特定的模型，即动力学耦合模型，并显示该模型是如何受到约束。模型独立的参数进行了讨论。
2014-02-05 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Gravitational Waves Induced by Magnetic Fields in an Ekpyrotic Scenario
暴胀和爆炸两种情况都可以解释宇宙大尺度结构的起源。人们常说，探测原始引力波是区分这两种情况的关键。我们表明，这是不正确的，如果规范动力学函数存在于ekpyrotic的情况。事实上，起源于规范场的原始引力波可以在一个爆炸宇宙中产生。我们还研究了由规范场引起的标量涨落，并表明它与原始引力波相比可以忽略不计。这是因为快速滚动条件在行星模型中成立。
2017-12-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reviving non-Minimal Horndeski-like Theories after GW170817: Kinetic Coupling Corrected Einstein-Gauss-Bonnet Inflation
最近两颗中子星合并的GW 170817事件发生后，许多弦修正的宇宙学理论都面临着不可行的危险。这是因为这些理论中的大多数最初都产生了大质量的引力子。在这些理论中，有一种在拉格朗日量中含有非最小动力学耦合修正项，属于Horndeski理论的一个子类。在这项工作中，我们将展示如何这些理论可能会恢复，我们展示了这些理论如何可以产生原始引力波的速度$c_T^2=1$在自然单位，从而符合GW 170817事件。正如我们所证明的，如果爱因斯坦-高斯-邦纳理论的引力作用量也包含$\sim ξ(ϕ) G^{μν}\partial_μϕ\partial_νϕ$形式的动力学耦合，则具有无质量的原初引力子或具有以自然单位表示的速度$c_T^2=1$的等价原初引力波的条件，导致高斯-邦纳项的依赖于标量场的耦合函数的某些条件，这也是动力学耦合的非最小耦合。我们广泛地研究了这样一个理论的现象学意义，专注于暴胀时代，只假设慢卷动力学的标量场。因此，我们简要地研究了标量场以常滚方式演化的情形。通过使用一些说明性的例子，我们证明了手头的理论框架的可行性可以很容易地实现。此外，包含$\sim ξ(ϕ)\Boxϕg^{μν}\partial_μϕ\partial_νϕ$和$\sim ξ(ϕ)\left(g^{μν}\partial_μϕ\partial_νϕ\right)^2$形式的项的理论也导致与我们将在本文中研究的…
2020-11-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Inflation from Charged Scalar and Primordial Magnetic Fields?
本文提出了一个暴胀模型，其中暴胀子场是一个与U（1）规范场耦合的复标量场。由于势的轴对称性，暴胀由径向驱动，而角场由U（1）衡量。由于暴胀子与规范场的耦合，规范场动态地产生了一个依赖于时间的质量项，破坏了共形不变性。我们研究了在暴胀过程中是否可以通过依赖于时间的U（1）规范动力学耦合产生大量的原始磁场。
2010-04-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Waterfall stiff period can generate observable primordial gravitational waves
一个玩具模型进行了研究，它认为两个平面方向满足增强的对称点，使他们实现通常的混合通货膨胀机制。瀑布场的动力学项在普朗克真空期望值（VEV）处有一个极点，与$α$吸引子一样。因此，在终止混合暴胀的相变之后，瀑布场永远不会滚到其VEV。相反，它驱动了一个僵硬的时期，在那里，宇宙$w\approx 1/2$的正压参数导致原始引力波频谱的峰值，这将是由即将到来的LISA任务以及先进的LIGO观测。
2022-09-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial magnetic fields from a non-singular bouncing cosmology
虽然暴胀是产生解释当前观测所需的磁场相干长度的自然候选者，但它需要打破电磁学的共形不变性以获得显著的磁场振幅。最简单的实现是动力学耦合理论$f^2(ϕ)F_{μν}F^{μν}$（或$IFF$理论）。然而，这些已知遭受电场反作用或强耦合问题。在这项工作中，我们将确认，这类理论是有问题的，以支持暴胀宇宙学中的磁生作用。相反，我们表明，一个弹跳宇宙与收缩阶段占主导地位的状态方程与$p>-ρ/3$可以支持磁，回避{反反应/强耦合问题}。最后，我们研究了在一个特殊的弹跳模型与ekpyrotic-like收缩阶段的安全磁生。在这种情况下，我们发现，$f^2(ϕ)F^2$ -不稳定性可能会出现在最后的动力学驱动的扩展阶段陡峭ekpyrotic潜力。
2014-06-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reconstruction of the remote dipole and quadrupole fields from the kinetic Sunyaev Zel'dovich and polarized Sunyaev Zel'dovich effects
动力学Sunyaev Zel'dovich（kSZ）效应和极化Sunyaev Zel'dovich（pSZ）效应是再电离后宇宙结构中CMB光子散射引起的温度和极化各向异性。在kSZ效应的情况下，光学深度中的小角尺度各向异性受到宇宙微波背景（CMB）偶极场的调制，即在每个时空点处观察到的CMB偶极，其来源于原始偶极，特别是局部特有速度。在pSZ效应的情况下，类似的小规模的各向异性调制的CMB四极场，它接收标量和张量模式的贡献。统计各向异性的相互关联的CMB温度和极化与示踪剂的不均匀分布的电子提供了一种手段，隔离和重建的偶极和四极场。在本文中，我们提出了一套无偏最小方差二次估计的重建的偶极和四极场，并预测未来的CMB实验和大尺度结构调查进行这种重建的能力。与以前的工作相一致，我们发现，高保真度重建的偶极和四极场在各种尺度上确实是可能的，并证明原始张量模式的pSZ效应的敏感性。使用主成分分析，我们估计有多少独立的模式可以访问这样的重建。我们还评论了几个第一次应用程序的偶极和四极场的检测，包括重建的原始贡献，我们当地观察到的CMB偶极，一个测试的统计均匀性在大尺度上的第一模式的四极场，和重建技术的原始潜在的最大规模。
2018-10-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A new mechanism to enhance primordial tensor fluctuations in single field inflation
我们讨论了一种新的机制，以增强频谱的原始张量涨落在单场暴胀的情况。这种增强依赖于一个短暂的非吸引子暴胀阶段，它放大了将要衰减的张量模式，并引起超视界尺度上张量波动的增长。我们表明，在此阶段产生的增强可以通过一个吸引子和非吸引子阶段，我们引入张量对偶整齐地处理。我们说明的机制和对偶性在一个动力学驱动的情况下的通货膨胀，与非最小的耦合之间的标量和度量。
2019-02-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes from temporally enhanced curvature perturbation
具有广义动力学相互作用的标量场根据其场值（从宇宙学常数到刚性物质）而发生变形。我们表明，这样的标量场可以引起时间上的增强的曲率扰动在原始宇宙中，导致有效生产的原始黑洞，而增强持续。如果暴胀能量标度很高，那么这些迷你黑洞在大爆炸核合成之前很久就被霍金辐射蒸发了，而宇宙的有效再加热是通过黑洞蒸发实现的。PBH的主导地位和通过其蒸发的再加热改变了原始宇宙的膨胀历史。这导致在DECIGO频带的原始张量模式的频谱的特征，打开一个有趣的可能性测试PBH再加热的情况下，通过测量原始张量模式。如果暴胀的能量标度很低，PBH的质量可能比太阳质量大得多。在这种情况下，PBH是一个有趣的候选种子超大质量黑洞居住在目前的星系。
2014-06-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Primordial spectra from sudden turning trajectory
在暴胀模型中讨论了重场对曲率扰动的原初谱的影响。当重场在突然转向后被激发并在势底附近振荡时，一般会引起以下两种效应：暴胀背景时空的形变和绝热微扰与等曲率微扰之间的相互作用，这两种效应都能影响原初密度微扰。本文在适当考虑这两种效应的情况下，计算了具有突变势的暴胀模型的原初谱。我们发现，有一些非平凡的功率谱中的两个效应之间的相关性，因此，原始标量功率谱有一个峰值附近的规模退出视界的转折。虽然这两种效应都可以引起参数共振放大，但对于正则动力学项的情况，它们被抵消了。讨论了双谱的峰值特征和尺度依赖性。
2014-03-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
New Shapes of Primordial Non-Gaussianity from Quasi-Single Field Inflation with Multiple Isocurvatons
我们研究了一个简单的准单场暴胀的扩展，其中暴胀子与多个额外的大质量标量相互作用，称为isocurvatons。由于暴胀子背景打破了时间平移不变性，该理论包含了暴胀子和等曲率子之间的动力学混合。这些混合产生了新颖的新功能的原始非高斯的标量曲率扰动。一个值得注意的特征是压缩双谱的振幅可以近似地以$(k_s/k_l)^{-3}$增长，同时以${\rm \cosγ\log}(k_s/k_l)$振荡，其中$k_s/k_l$是短波矢和长波矢的长度之比。对这种形状的观察将为充气期间存在多个等曲率提供证据。此外，我们考虑了这些非高斯性对大尺度结构的影响。
2019-03-27 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Footprint of Two-Form Field: Statistical Anisotropy in Primordial Gravitational Waves
本文研究了暴胀宇宙学中两种形式场的观测特征。在我们的装置中，一个两种形式的场与一个旁观者标量场动力学耦合，产生了相当大的引力波和较小的曲率扰动。我们发现，源引力波有一个独特的签名：他们总是统计各向异性和他们的球矩是不为零的十六极和四六零极，而四极矩消失。由于它们的振幅可以达到张量与标量比的$\mathcal{O}(10^{-3})$，我们希望这种新的预测将在下一代的CMB实验中进行测试。
2018-10-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflation with two-form field: the production of primordial black holes and gravitational waves
提出two-form field粒子在inflation中间阶段由inflaton背景运动触发的宇宙学情景，生成原初黑洞作为暗物质并产生可被天基激光干涉仪探测的次级引力波。
2023-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflation with vector fields revisited: heavy entropy perturbations and primordial black holes
本文在共动规范下重访动力学耦合矢量场的暴胀，探索I≫1的未充分研究区域，发现熵扰动变重使累积效应衰减，推导出cₛ²=-1/3的有效场论，为原初黑洞生成提供潜在机制。
2024-10-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
$k$-Inflation-corrected Einstein-Gauss-Bonnet Gravity with Massless Primordial Gravitons
本文研究了$k$ -暴胀修正的Einstein-Gauss-Bonnet理论的暴胀现象。非正则动力学项是已知的生产吉恩不稳定性或超光速的声波速度在上述时代，但我们证明在这项工作中，通过添加高斯-邦纳弦校正，并假设非正则动力学项$ωX^γ$是在二次，可以获得一个鬼自由的描述。要求与最近的GW 170817事件兼容，迫使人们接受标量耦合函数$ξ(ϕ)$的关系式$\ddotξ=H\dotξ$。结果，理论的标量函数被揭示为相互关联的，并且通过为其中一个假设特定的形式，立即指定另一个。在这里，我们假设，一旦高斯-博内耦合被适当地选择，标量势可以直接从运动方程导出，但显然相反的情况也是可行的。结果，进入运动方程的每一项都可以用标量场来表示，并产生了一种相对容易处理的现象学。对于二次动力学项，所得到的标量势在函数上是相当优美的。不同的指数，这导致一个更复杂的解决方案的标量势，仍然是一种可能性，没有进一步研究。我们还讨论了在慢滚和恒滚条件下的非高斯性问题，我们证明了预测的非高斯性的数量是显着增强相比，$k$ -通货膨胀自由Einstein-Gauss-Bonnet理论。
2021-01-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial non-Gaussianities of gravitational waves in the most general single-field inflation model
我们完全阐明了广义G-暴胀中张量扰动的本原非高斯性特征，即，最一般的单场暴胀模型与二阶场方程。它表明，最一般的三次作用量的张量扰动（引力波）$h_{ij}$是由两个贡献，一个与两个空间导数和其他与一个时间导数的每个$h_{ij}$。前者基本上与爱因斯坦引力中出现的立方项相同，并预测了压缩形状，而后者则是在存在与爱因斯坦张量的动力学耦合的情况下新出现的，并预测了等边形状。因此，最一般的单场暴胀模型的引力子双谱只出现两种形状，这为在宇宙微波背景各向异性观测和直接引力波探测实验中识别暴胀引力波提供了新的线索.
2011-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Fluctuations from Inflation with a Triad of Background Gauge Fields
我们研究的线性扰动最近提出的模型的通货膨胀，其中一个统一的规范动力学耦合的暴胀多个矢量场打破了宇宙无毛猜想，同时保持各向同性。我们推导了微扰的一般二次作用量，并利用in-in方法计算了暴胀结束时标量模和张量模的功率谱。结果表明，该模型预测的光谱略带红色，并且张量与标量之比趋于被抑制。与来自WMAP 7年的数据的比较不施加强的约束的参数和弱和强规范场制度是符合当前的观测。
2012-10-06 astro-ph.CO hep-th
Effect of Magnetic Field Dissipation on Primordial Li Abundance
研究了原生磁场对原生元素丰度的耗散效应。当一个磁场重新连接时，它的能量被转换成带电粒子的动能，就像观测到的到达地球的太阳高能粒子一样。这加速了宇宙背景核，高能核引起非热反应。通过对大爆炸核合成过程中非热反应的理论计算，导出了耗散的一个约束条件。我们发现，如果在电子正电子湮没时期后，利用宇宙能量密度的0.01 - 0.1%进行核加速，则Li和D丰度的观测结果可以得到解释。磁场的这种振幅的重新连接产生出射喷流，其整体速度演化到适合于成功的宇宙射线（CR）核合成所需的0.1 - 1 MeV的核能的值。因此，在原始磁场耗散过程中宇宙背景核的加速是一种可能的软CR的产生机制，已被建议作为宇宙Li问题的解决方案。在没有外来物理学的解决方案中，只有耗散磁场模型解释了低Li和高D丰度的观测结果。我们的研究结果表明，在原始元素丰度中已经观察到了早期宇宙中强磁场的特征。
2022-01-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Generation of primordial black holes from an inflation model with modified dispersion relation
本文研究DINKIC暴胀模型中修正色散关系对标量功率谱的增强效应，并计算由此产生的原初黑洞丰度及标量诱导引力波，为解释暗物质和超大质量天体提供机制。
2023-04-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Small-Scale Dynamo and Non-Ideal MHD in Primordial Star Formation
我们研究了原始晕形成过程中磁场的放大作用。在第一批恒星和星系形成过程中，引力下落运动所产生的湍流可以非常有效地放大磁场，并在短时间内达到动态显著值。卡赞采夫理论描述了所谓的小尺度发电机--一种将湍流的动能转化为磁能的磁流体动力学过程--然后我们就可以计算出小尺度磁场的增长率。我们的计算是基于一个详细的化学网络，我们包括非理想的磁流体力学效应，如双极扩散和欧姆耗散。我们跟随磁场的演化到更大的尺度，直到饱和发生在金斯尺度上。假设由比尔曼电池过程产生的弱磁种子场，Burgers和Kolmogorov湍流都导致在相当小的密度范围内饱和。这样的场很可能在原恒星盘形成后变得相关，因此可能影响宇宙中第一批恒星和星系的形成。
2012-05-23 astro-ph.CO physics.flu-dyn physics.plasm-ph
CMB B-mode auto-bispectrum produced by primordial gravitational waves
暴胀产生的引力波会在宇宙微波背景（CMB）中产生极化图样。在最一般的具有二阶场方程的标量场理论中，引力波的非高斯性只有两种。一个来源于广义相对论中固有的非高斯性，另一个来源于爱因斯坦张量与标量场的动力学项之间的导数耦合。我们计算这些非高斯性引起的偏振双谱，通过转换成可分离的形式，凭借拉普拉斯变换。结果表明，如果后一个耦合参数取一个非常大的值，未来的实验只能检测到新的一个，然而，这并不违背目前的观测数据。
2017-04-28 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology of the Spinor Emergent Universe and Scale-invariant Perturbations
一个非奇异的突现宇宙学可以通过一个非常规的旋量场来实现，正如\cite{Cai:2012yf}首先发展的那样。在旋量突现宇宙学框架下，研究了曲率微扰的标度不变原初功率谱的产生机制。特别地，我们引入了一个光标量场，它的动力学项与旋量场的双线性项耦合。这种动力学耦合可以产生一个有效的“哈勃半径”，使来自标量场的原始波动在大尺度上压缩，并形成一个几乎尺度不变的功率谱。我们研究了逆反应的稳定性，并对耦合项的形式进行了约束。这些几乎与尺度无关的涨落可以通过广义曲率机制在宇宙突现期后转化为曲率微扰，从而解释宇宙学观测。
2013-12-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflation with exotic kinetic terms in Einstein-Chern-Simons gravity
关于原始宇宙现象学的另一种方案是k-暴胀。根据这个概念，暴胀可以通过标量场的非标准动力学项，即暴胀子来实现。在这个项目中，我们专注于k-本质模型存在的高阶和线性动力学项。此外，我们还简要地考察了狄拉克-玻恩-因菲尔德标量场的暴胀现象，它起源于引力的量子理论，如超弦理论。我们关于暴胀时代的方法是，它可以在爱因斯坦引力的背景下描述，涉及量子修正，如陈-西蒙斯弦激发的宇称违反引力项。利用变分原理从引力作用量中导出了膨胀背景下的运动方程，即Friedmann方程、Raychadhuri方程和Klein-Gordon方程。关于哈勃参数和暴胀子场的相应微分方程组很难用解析方法求解。因此，在暴胀时期的慢滚条件被强加，而数值贡献较小的项被忽略。从整体唯象分析，它被证明，具有异国情调的动力学项的模型可以产生可行的结果与最新的普朗克数据一致。最后，陈-西蒙斯量子修正的存在使原始光谱张量指数变为蓝色。尽管蓝色引力波尚未被观测到，但如果被探测到，就可以实现与上述理论的兼容性。
2021-10-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial turbulence from inflation: a new inflaton-driven turbulent regime
Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺尔迪塔，皇家理工学院与斯德哥尔摩大学）；The Oskar Klein Centre, Stockholm University（奥斯卡·克莱因中心，斯德哥尔摩大学）；Instituut-Lorentz of Theoretical Physics, Universiteit Leiden（莱顿大学洛伦兹理论物理研究所）；McWilliams Center for Cosmology & Department of Physics, Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学麦克威廉姆斯宇宙学中心与物理系）；School of Natural Sciences and Medicine, Ilia State University（伊利亚州立大学自然科学与医学院）
本文首次将暴胀动力学与磁流体演化直接关联，发现暴胀子驱动的逆级联和湍流，其动能主导并放大磁场，导致更陡的磁能衰减，需在后续演化中考虑。
2026-09-10 astro-ph.CO hep-th
Magnetic Fields in Primordial Galaxies
磁场在恒星形成和星际介质等众多天体物理过程中起着至关重要的作用。特别是，它们在星系形成和演化中的作用还没有得到很好的理解。利用GIZMO软件对原始星系形成过程中的磁场效应进行了高分辨率的磁流体动力学（MHD）模拟。物理过程，如相关气体物理学（例如，气体冷却和气体化学），恒星形成，恒星和超新星反馈，以及化学富集被认为是在模拟。模拟结果表明，在宇宙结构演化和星系形成过程中，宇宙磁场可以从1 e-13 G放大到几个微高斯。在理想的磁流体动力学背景下，在z>8的原始星系中，磁场能量小于热能和动能，因此磁场对星系的气体动力学和恒星形成几乎没有影响。具体而言，在MHD模拟中考虑微观物理性质，例如金属扩散、热传导和粘度，可以增加磁场强度。值得注意的是，金属扩散通过降低金属丰度来减少气体冷却，从而抑制了原始星系中的恒星形成。因此，由这些原始星系驱动的宇宙再电离可能会延迟。
2021-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Generating primordial features at large scales in two field models of inflation
我们研究了由两个标量场驱动暴胀时，原始功率谱（PPS）中大尺度特征的产生。在暴胀的正则单场模型中，这些特征通常是由于偏离慢滚状态而产生的。虽然从慢滚的偏差，可以自然地实现在两个领域的模型，由于在字段空间中的轨迹的急转弯，功能在最大规模的CMB温度各向异性所建议的类型是更难以实现的模型，涉及两个典型的标量场由于存在的等曲率波动。相反，我们表明，标量场的动力学项之间的耦合可以很容易地产生这样的功能。我们讨论的模型，其理论预测与目前的观察是一致的，并强调我们的结果的影响。
2020-08-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Chiral Primordial Gravitational Waves from Dilaton Induced Delayed Chromo-natural Inflation
我们研究了耦合到SU（2）规范场的介子和轴子驱动的暴胀。我们发现，由介子驱动的暴胀发生在暴胀的早期，在此期间，由于规范动力学函数的作用，规范场增长。当磁场的能量密度赶上电场的能量密度时，色自然暴胀在暴胀的后期占据主导地位，我们称之为延迟色自然暴胀。因此，由轴子和规范场驱动的延迟色自然暴胀是由轴子引起的。该模型的有趣结果是在小尺度上手征原初引力波的产生。由于规范场在暴胀的早期是惰性的，所以它与传统的色自然暴胀相比是可行的。我们发现的参数区域中的手征引力波产生的频率范围高于nHz，这是潜在的检测在未来的引力波干涉仪和脉冲星定时阵列，如DECIGO，eLISA和SKA。
2016-02-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Seeding primordial black holes in multifield inflation
原始黑洞（PBH）的暴胀起源依赖于曲率起伏$ζ$的功率谱$Δ_ζ$在比宇宙微波背景各向异性的波长短得多的波长处的大幅度增强。这通常在模型中实现，其中$ζ$演变而不与额外的（等曲率）标量自由度显著交互。然而，受量子引力启发的模型的特征是具有高度弯曲几何形状的模空间和大量可以与$ζ$强烈相互作用的标量场（如宇宙对撞机图片）。在这里，我们表明，isocurvature波动可以与$ζ$混合，诱导其幅度的大幅增强。每当暴胀轨迹在模型的场空间中经历快速转弯，导致对转弯所扫过的总角度呈指数敏感的放大时，就会发生这种情况，这会在$Δ_ζ$上引起特征性的可观察签名。我们推导出准确的分析预测，并表明PBH所需的大的增强需求的多场系统的行动中的非正则动力学项。
2020-09-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Analytical approximations for curved primordial tensor spectra
David A. Dunlap Department of Astronomy and Physics, University of Toronto（多伦多大学大卫·邓拉普天体物理学与物理系）；Texas Center for Cosmology and Astroparticle Physics, Weinberg Institute,Department of Physics, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校韦恩伯格研究所宇宙学与高能粒子物理中心物理系）；Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）；Kavli Institute for Theoretical Physics, Santa Barbara, CA 93106, USA（美国加州圣巴巴拉卡弗里理论物理研究所）；Laboratory for Theoretical Fundamental Physics, Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所基础物理实验室）
本文提出了一种解析方法，用于描述具有非零原初空间曲率模型中原初张量功率谱的特征，通过分析曲率对张量模式的影响，为未来CMB观测中的空间曲率鉴别提供了潜在判据。
2026-01-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial Non-Gaussianity in Supersolid Inflation
我们研究超固体暴胀中的原初非高斯性。超固体的动力学是建立在四个标量场的有效场论基础上的。在标量部分，有两个声子类激发与动力学混合源于完全自发破缺的非对称性。在压缩位形中，标量扰动的$f_{\text{NL}}$与角度有关，与慢滚参数不成比例，表现出对Maldacena相容关系的钝违反。与固体暴胀相反，即使在角平均之后，违反仍然存在，并且一般来说，非高斯性的量是显著的。在暴胀期间，TSS和TTS扇区的非高斯性在参数空间的同一区域中增强，其中引力波的二次产生足够大以进入LISA的灵敏度区域，而标量$f_{\text{NL}}$仍在当前的实验极限内。
2021-07-06 astro-ph.CO hep-th
Combined features in the primordial spectra induced by a sudden turn in two-field DBI inflation
我们研究了在一个双场的Dirac Born Infeld暴胀模型中，其中一个场是重场时，暴胀轨迹的急转弯所产生的特征。不同的功能产生了两种不同的效果：轻，重模式的混合在转向，一方面，和振荡之间的共振沿重方向后，转向，另一方面。与具有标准动力学项的模型相反，共振效应没有被强烈抑制，因为该作用包含衍生相互作用。工作在潜在的基础上，我们研究的振荡后，把和计算的振幅的混合和共振功能的功率谱，以及在双谱的后一种效果。我们发现，这些组合特征的振幅和位置服从特定的一致性关系，这可以面对宇宙学数据。
2014-05-16 astro-ph.CO hep-th
Supergravity, $α$-attractors and primordial non-Gaussianity
我们详细计算了在暴胀能量尺度下爱因斯坦引力的偏差如何在天空中表现为非高斯特征。为了说明这一点，我们使用多场$α-$吸引子模型在超引力的框架实现通货膨胀。我们发现没有明显的障碍，有选择的模型的参数，产生等边和本地类型的非高斯功能的$\cal O$（1）在$f_{\rm NL}$非高斯参数水平，从而在未来的宇宙学调查中可能被检测到。这种非高斯性起源于非正则动力学项（这反过来又是假设模空间的双曲几何的直接结果）、势场中场的相互作用或$α-$参数，或者这三者的组合。这开启了一种令人兴奋的可能性，即把引力定律限制在接近普朗克能量尺度的范围内。
2018-10-05 astro-ph.CO hep-th
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
Bimodal mass primordial black holes in three-field inflation
Shahid Beheshti University（沙希德·贝赫什蒂大学）；Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）
本研究提出三场暴胀模型，通过运动学基分离转向与扭转作用，产生双峰功率谱，形成质量分别为约2×10⁻¹²太阳质量和约52太阳质量的原初黑洞，同时解释暗物质与LIGO-Virgo-KAGRA双黑洞质量范围。
2026-09-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Generating primordial fluctuations from modified teleparallel gravity with local Lorentz-symmetry breaking
在修正的远程平行引力理论中，我们研究了标量挠率理论中原初密度涨落的产生，该理论的拉格朗日密度是挠率标量$T$和标量场$ϕ$的任意函数$f(T,ϕ)$，加上后者的动力学项.众所周知，遥平行引力的一般修正在六参数局部洛伦兹变换下不是不变的。为了恢复当地的洛伦兹对称性，我们已经纳入了六个额外的自由度的形式的戈德斯通模式的对称性打破通过洛伦兹旋转的四分体字段。在积分掉所有的辅助模后，我们得到了标量和张量传播模的二阶作用量及其在暴胀过程中产生的功率谱。研究发现，在曲率扰动的二阶作用量中出现了一个显式的质量项，描述了慢滚一阶局部洛伦兹破坏的印记。我们证明了只有非最小耦合函数$f(T,ϕ)$在$T$中是非线性的暴胀模型，包括具有最小耦合标量场的$f(T)$引力的情况，才能产生原初涨落。对于一个具体的暴胀模型，我们利用最新的普朗克数据研究了幂律势。
2020-08-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
