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
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
Testing gravity on cosmological scales with cosmic shear, cosmic microwave background anisotropies, and redshift-space distortions
我们使用了一系列的宇宙学数据来约束宇宙尺度上的广义相对论的唯象修正，通过修改泊松和透镜方程。我们包括来自普朗克卫星的宇宙微波背景各向异性测量，来自CFHTLenS和DES-SV的宇宙剪切，以及来自BOSS数据发布12和6dF星系巡天的红移空间扭曲。我们没有发现偏离广义相对论的证据，修正的引力参数被限制在$Σ_0 = 0.05^{+0.05}_{-0.07}$和$μ_0 = -0.10^{+0.20}_{-0.16}$，其中$Σ_0$和$μ_0$指的是偏离广义相对论，在广义相对论中被定义为零。我们还预测了整个五年暗能量巡天和大型综合巡天望远镜等实验对这些参数的敏感性，显示出对$Σ_0$的约束有了实质性的预期改善。
2019-04-26 astro-ph.CO
Distinguishing different scenarios of early energy release with spectral distortions of the cosmic microwave background
宇宙微波背景（CMB）频谱与纯黑体的偏离讲述了一个关于我们宇宙热历史的令人兴奋的故事。在本文中，我们将说明如何以及未来的CMB测量可能会破译这个故事，设想一个PIXIE样的光谱仪，这可以改善与COBE/FIRAS约20年前获得的失真约束至少三个数量级。这打开了一个巨大的发现空间，为粒子和早期宇宙物理学提供了深刻的见解，这些机会不应该再被忽视。具体来说，我们考虑的情况下，湮灭和衰变的遗迹粒子，以及原始的小尺度功率耗散的签名。PIXIE可以潜在地排除不同的早期宇宙场景，而且在许多考虑的情况下将允许明确的检测，正如我们在这里展示的那样。我们还讨论了稍微更未来的实验，提高了几倍的灵敏度，以突出这个新窗口的巨大潜力的预复合宇宙。
2013-10-01 astro-ph.CO
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
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
The Distortion of the Cosmic Microwave Background by the Milky Way
银河系可以作为宇宙微波背景（CMB）的大尺度弱引力透镜。我们研究这种效果，使用光子射线跟踪代码和银河系的质量分布与磁盘，凸起和晕组件。对于银河系中位于太阳坐标系的观测者来说，CMB光子路径的弯曲被限制在小于一个角秒，并且仅限于在银河系中心几度范围内通过的光线。然而，整个天空都受到影响，导致CMB在大角度尺度上的全局扭曲。这些失真会导致CMB天空温度球谐展开的低阶多极子泄漏到高阶模中。因此，CMB偶极的分量是由本星系群相对于本星系宇宙静止坐标系的运动产生的，它对太阳系中观测者的高阶矩有贡献。我们的射线跟踪代码，我们表明，这种现象是不敏感的具体选择银河系的潜力。我们还定量排除它作为一个贡献者CMB异常，如功率不对称或相关的排列低阶多极矩。
2014-07-21 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
Prospects for Measuring Cosmic Microwave Background Spectral Distortions in the Presence of Foregrounds
测量宇宙微波背景的光谱畸变对我们理解宇宙历史上一个巨大窗口中发生的物理过程有着深远的意义。在这样的测量中，前景污染是不可避免的，详细的信号前景分离对于提取宇宙学科学是必要的。我们提出了基于MCMC的光谱失真检测预测存在的银河系和河外前景的一系列可能的实验配置，专注于原始通货膨胀探测器（PIXIE）作为一个基准的概念。我们考虑修改基线PIXIE任务（在失真模式下运行12个月），使用Fisher方法搜索最佳配置。仅使用光谱信息，我们预测一个扩展的PIXIE任务，以检测预期的平均非相对论性和相对论性热Sunyaev-Zeldovich扭曲在高的意义（194 $σ$和11 $σ$，分别），即使在前景的存在。如果不对仪器或外部数据进行额外修改，则无法检测到$Λ$ CDM Silk阻尼$μ$型失真。在这方面，银河同步辐射是最成问题的污染源，可以通过将PIXIE数据与未来的低频地面观测（$ν< 15-30$ GHz）相结合来缓解这个问题。假设同步加速器光谱上有适度的外部信息，我们预计上限为$|μ| < 3.6\times 10^{-7}$（95\% c.l.），略高于基准$Λ$ CDM信号的一个数量级以上的阻尼小规模的原始波动，但一个因素的$\simeq 250$改善目前的上限，从COBE/FIRAS。该限度可进一步降低至$|μ| < 9.4\times 10^{-8}$（95\% c.l.）对…
2017-08-02 astro-ph.CO
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$f_{\rm NL}^…
2017-07-15 astro-ph.CO
Signatures of composite dark matter in the Cosmic Microwave Background spectral distortions
本研究计算了复合暗物质模型通过电磁跃迁在CMB中产生的谱畸变，发现其$\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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
CMB Spectral Distortions from Cooling Macroscopic Dark Matter
我们提出了一个新的机制，暗物质（DM）可以影响早期宇宙。宏观DM或宏观的热内部可以表现为储热器，使得高能光子从其表面发射。这导致了宇宙微波背景的光谱畸变。SD取决于内部的密度和冷却过程，以及Macros的表面组成。我们用中子星作为核密度宏模型，发现对于固定密度，谱畸变与质量无关。在我们的工作中，我们发现，对于这种类型的宏，构成100 $\%$的暗物质，$μ$和$y$失真可以高于检测阈值的典型建议的下一代实验，如PIXIE。
2019-06-30 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Carbon monoxide and ionized carbon line emission global signals: foregrounds and targets for absolute microwave spectrometry
本文研究未来微波光谱仪测量CO/[CII]全球信号的前景，发现其可约束星系金属丰度与分子气体演化，并量化了该信号对μ和y型谱畸变测量的影响及与CO LIM巡天的协同潜力。
2024-06-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Effects of Dark Matter Annihilation on the Cosmic Microwave Background
我们研究了暗物质湮灭过程中和宇宙复合时期后的宇宙微波背景各向异性的影响，考虑到详细的能量沉积的湮灭产品。据发现，一个相当严格的约束的湮灭截面施加TeV尺度的暗物质质量从WMAP观测。
2009-07-23 astro-ph.CO 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
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
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
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
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
Constraints on hidden photons from current and future observations of CMB spectral distortions
各种超越标准模型的情形包含非常轻的隐藏扇形U（1）规范玻色子与光子进行动力学混合。由此产生的普通光子和隐藏光子之间的振荡导致了宇宙微波背景的光谱失真。我们更新的混合参数$χ_0$和隐藏的光子$m_{γ'}$的质量上的界限，为未来的实验测量CMB光谱失真，如PIXIE和PRISM/COrE。对于$10^{-14}\;{\rm eV}\lesssim m_{γ'}\lesssim 10^{-13}\;{\rm eV}$，我们发现在95% CL下，动力学混合角$χ_0$必须小于$10^{-8}$。这些界限比COBE/FIRAS数据强一个数量级以上。
2015-07-09 astro-ph.CO hep-ph
