Test of the Statistical Isotropy of the Universe using Gravitational Waves
自WMAP和Planck以来，在宇宙微波背景（CMB）的大角度各向异性中出现了一些反常的特征，即所谓的反常。其中之一是半球功率不对称性，即以（l，b）=（221，-20）为中心的两个半球上的平均功率的差异，其显示出相对高的显著性水平。这种反常现象可能是大尺度上统计各向同性偏离的标志。在这里，我们调查的物理起源，这种异常使用宇宙引力波背景（CGWB）可检测的未来GW探测器。事实上，CGWB提供了一个独特的窗口来探索早期宇宙，我们表明，它可以与CMB数据结合使用，以揭示我们宇宙的统计各向同性。具体来说，我们研究了引力子的演化中存在的调制场的标量引力势占半球功率不对称，我们推断这个调制场的振幅通过最小方差估计利用约束和无约束的实现CGWB。我们表明，除了CGWB将允许改进的CMB功率不对称的物理起源的评估。考虑到LISA和BBO的预期表现，我们还表明，后者预计将在大规模上以信号为主，证明CGWB可能是评估这种异常的重要性的基石。
2022-10-05 astro-ph.CO gr-qc
A separate universe view of the asymmetric sky
我们提供了一个统一的描述半球形的不对称性产生的宇宙微波背景的机制提出的Erickcek，Kamionkowski和卡罗尔，使用一个三角洲N形式主义，始终占整个不对称产生模式。我们推导出一个一般形式的功率谱，明确表现出破缺平移不变性。这可以直接与宇宙微波背景观测值进行比较，包括观测到的四极和fNL值，自动合并了Grishchuk-Zel 'dovich效应。我们的计算统一和扩展以前的计算在文献中，特别是给我们的位置在超视界模式，产生的不对称性的相位上的观测量的完全依赖。我们演示了如何由以前的作者获得的明显不同的结果出现不同的极限情况。我们证实了Erickcek等人确定的超视界模式对微波背景四极矩的非线性贡献的存在，并由Kanno等人进一步探索，并表明，这些贡献总是显着的参数制度能够解释所观察到的不对称性。我们表明示例参数值能够解释所观察到的功率不对称性，而不违反其他观测界限。
2015-05-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
More Than Power: Revisiting the CMB Hemispherical Power Asymmetry with Morphological Descriptors
Instituto de Física Teórica UAM-CSIC（UAM-CSIC理论物理研究所）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）
本文通过分析CMB形态和拓扑特性，探讨半球功率不对称性是否超出温度场方差，发现温度方差存在显著双极子，梯度方差存在中等显著双极子，且三者指向同一天空区域，提示可能的非高斯性。
2026-03-23 astro-ph.CO
The small scale power asymmetry in the cosmic microwave background
本文研究了小角尺度下宇宙微波背景的半球功率不对称性。我们发现在多极范围l=601-2048中存在非常高的不对称性，其统计显著性为6.5 σ。然而，我们发现，这种极端的异常只是一个巧合的其他三个影响，相对论性的功率调制，边缘效应从应用的掩模，和尺度间的相关性。在对所有这些影响进行校正后，显著性水平下降到~1 sigma，即，在小角度尺度中没有异常的固有不对称性。使用该零结果，我们推导出对潜在偶极调制幅度的约束，在95% C. L.下，在~10 Mpc尺度上A（k）<0.0045。任何试图解释大角度尺度下半球不对称性的理论模型都必须满足这个新的约束。
2013-09-27 astro-ph.CO
Joint Bayesian analysis of large angular scale CMB temperature anomalies
宇宙微波背景的测量结果与和谐宇宙学模型一致，除了一些值得注意的异常：功率抑制，与和谐模型中预期的相比，温度数据中缺乏大尺度功率，以及宇宙半球不对称性，统计各向同性的偶极击穿。在双极球谐函数中扩展CMB协方差自然地参数化了这两个大尺度的异常，使我们能够对功率谱和统计各向同性的违反进行详尽的、完全贝叶斯的联合分析，直到偶极水平。我们的分析揭示了宇宙半球不对称性的尺度依赖性。假设一个双参数幂律形式的尺度依赖偶极调制模型，我们研究了振幅$A(l = 16)$和幂律指数$α$的后验概率密度函数，并找到了最大后验概率值$A_*(l = 16) = 0.064 \pm 0.022$和$α_* = -0.92 \pm 0.22$。与宇宙半球不对称性相关的最大后验方向是银河系坐标系中的$(l,b) = (247.8^o, -19.6^o)$，与以前的分析一致。我们评估贝叶斯因子$B_{SI-DM}$以比较宇宙半球不对称模型与各向同性模型。数据倾向于各向异性模型（$B_{SI-DM}=0.4$），但基本上不支持该模型。我们考虑了几个先验，发现这个证据比是强大的先验选择。联合推断的各向同性功率谱和非对称模型的参数时，大规模的功率抑制不软化，这表明没有证据表明，这些异常耦合。
2019-08-19 astro-ph.CO
Cosmic Microwave Background Dipole Asymmetry could be explained by Axion Monodromy Cosmic Strings
威尔金森微波各向异性探测器和普朗克任务的观测表明，在宇宙微波背景中存在半球形的功率振幅不对称性，相关长度与可观测宇宙的大小相当。我们发现，这种异常现象可以自然地解释为在我们可见宇宙附近形成的类轴子粒子（ALP）宇宙弦。与这个宇宙弦相关的场变化在暴胀后产生了粒子密度波动，从而在大爆炸核合成（BBN）时代之前衰减为辐射，并导致了观察到的功率不对称。我们发现，在这种情况下，半球功率幅度不对称性是强烈的尺度依赖：$A(k)\propto {\rm exp}(-kl)/k$。诚然，典型的暴胀模型预测每个可观测宇宙的拓扑缺陷的残留数密度为一阶，因此在我们的模型中，宇宙弦必须被调整为具有$1/H_0$阶的影响因子。有趣的是，基于纯粹宇宙学考虑的约束也产生了一个$10^3$级的Peccei-Quinn尺度$F_a$，它大于哈勃膨胀尺度$H_I$。假设$H_I\sim 10^{13}$为GeV，那么我们就有了一个具有$F_a\sim 10^{16}$ GeV的ALP，这与大统一的假设尺度相吻合。由于我们要求ALP衰变发生在BBN时代之前，这意味着相对较重的质量或较强的自耦合，并且考虑到相关势应该柔和地打破移位对称性以保护系统免受辐射校正，我们还得出结论，所需的ALP势本质上应该是单值的。
2019-11-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Scale-dependent CMB power asymmetry from primordial speed of sound and a generalized $δ$N formalism
我们探讨了一个合理的机制，半球功率不对称的CMB是由原始声速参数的空间变化产生的。我们认为，在$δN$形式的推广方法中，局部e折叠数除了依赖于暴胀子的初始值外，还依赖于其它一些原始参数.这里的$δN$形式主义扩展考虑的超哈勃扰动光场引起的空间变化的声速参数的影响。利用这种推广的$δN$形式，我们系统地计算了多速暴胀模型中的非对称原初谱，并考虑了原初非高斯性的约束.我们进一步讨论了具体的模型约束，相应的不对称幅度被发现是规模依赖的，这可以容纳当前的观察功率不对称在不同的长度尺度。
2016-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on anisotropic cosmic expansion from supernovae
我们通过估计Ia型超新星（SN Ia）哈勃图在低红移（z<0.2）的半球各向异性来检验宇宙膨胀的各向同性。我们比较最适合的哈勃图对半球和搜索的最大不对称的方向。对于一个各向同性的宇宙，我们预期只有一个小的不对称性，由于噪音和附近结构的存在。这个检验不依赖于假设的宇宙内容、假设的引力模型或宇宙的空间曲率。由于大尺度结构的可能的波动的预期进行评估的Λ冷暗物质（ΛCDM）模型，并比较超新星的数据从宪法设置为四个不同的光变曲线拟合，从而允许系统的影响进行研究。哈勃膨胀的半球形不对称性的预期数量级与观察到的数量级一致。哈勃不对称的方向是在95%的置信水平（CL）下建立的。使用MLCS 2k 2和SALT II光变曲线拟合器。在（l，b）~（-35°，-19 °）方向膨胀率最大，这与其他研究报道的方向一致。它的幅度与ΛCDM模型的预期并不矛盾。测得的哈勃各向异性为ΔH/H ~ 0.026。95% C. L。膨胀不对称性ΔH/H<0.038。
2013-05-03 astro-ph.CO gr-qc
Towards testing CMB anomalies using the kinetic and polarized Sunyaev Zel'dovich effects
在大角度尺度上对宇宙微波背景（CMB）温度各向异性的测量揭示了一些具有边缘统计意义的异常特征，如半球功率不对称、大角度尺度上的功率缺乏以及功率谱特征。由于原始CMB温度是在宇宙方差极限下测量的，因此确定这些异常是否是新物理学的暗示，而不是前景，系统学或简单的统计侥幸，需要新的观测数据。在本文中，我们强调了潜在的贡献，未来的测量动力学Sunyaev Zel 'dovich效应（KSZ）和极化Sunyaev Zel'dovich效应（pSZ）可以在确定的物理性质的几个CMB异常。kSZ和pSZ效应，温度和极化各向异性引起的散射从自由电子在再电离宇宙中，是占主导地位的黑体贡献的小角度尺度上的CMB。使用SZ层析成像技术，kSZ和pSZ效应的测量可以与星系调查相结合，重建远程CMB偶极和四极场，提供了一个三维探测的大尺度模式内我们的哈勃体积。在以前工作的基础上，我们预测了额外的约束力，这些观测值可能提供一组有代表性的异常模型。我们发现，远程CMB偶极和四极包含了类似的信息量异常模型的主CMB极化。来自宇宙微波背景辐射温度、极化、远程偶极场和四极场的信息是互补的，利用下一代宇宙微波背景辐射实验和星系巡天，全套可观测量可以将异常模型的约束条件提高$\sim 2-4$倍。这可能足以确定几个CMB异常的物理来源。
2019-07-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on the SZ Power Spectrum on Degree Angular Scales in WMAP Data
Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应具有独特的光谱特征，可以将其与宇宙微波背景（CMB）和前景的波动分离开来。使用CMB各向异性测量威尔金森微波各向异性探测器的五年的地图，我们限制SZ波动在大，度角尺度对应的多极在10至400的范围内。我们提供上限SZ波动多极大于50，并找到证据半球不对称信号在10度角尺度。探测到的信号的幅度不能很容易地用星系晕中允许的电子数密度和温度来解释。我们未能将多余的信号解释为已知银河系前景或仪器不确定性（如1/f噪声）的残留。
2011-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Asymmetric Beams and CMB Statistical Anisotropy
波束的不对称性导致了各向异性的宇宙微波背景（CMB）图。通常，它们被研究其对CMB功率谱的影响，然而它们更接近地模仿各向异性效应，例如引力透镜和原始功率不对称。我们讨论的工具，研究光束不对称性的一般二次估计的各向异性，分析全天空观测以及在现实数据的分析。我们证明了这种方法在应用程序中最近检测到的9西格玛四极调制效应的WMAP数据，表明光束提供了一个完整和充分的解释异常。
2010-10-04 astro-ph.CO
Local properties of the large-scale peaks of the CMB temperature
在目前的工作中，我们研究的最大结构的CMB温度测量普朗克在天空中，其中，特别是位于南银河半球的最突出的峰值。除了这些大尺度特征外，分析中还包括著名的冷点异常。所有这些峰值都将对某些CMB大尺度异常做出重要贡献，如宇称和半球不对称性，偶极调制，四极和八极之间的对齐，或者在冷点的情况下，场的非高斯性。峰的分析是通过使用它们的多极配置文件，其特征在于在方位角的离散傅立叶变换的峰值的局部形状。为了量化峰的局部各向异性，多极分布的相位的分布进行了研究，通过使用瑞利随机游走方法。最后，为了考虑到银河掩模的影响，对峰周围的二维场进行了直接分析。分析的结果得出结论，一旦中心处的峰值幅度及其一阶和二阶导数被调节，场的其余部分与标准模型兼容。特别是，它被观察到的冷点异常所造成的曲率在中心的大值。
2017-01-30 astro-ph.CO
CMB Isotropy Anomalies and the Local Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect
几个异常已经确定，这可能意味着一个崩溃的统计各向同性的宇宙微波背景（CMB）。特别是，四极和八极的异常排列和半球形功率不对称的重要性随着数据的改善而增加。已经有几次尝试来解释这些观测，探索早期宇宙中的各向同性破裂机制，但很少有人注意到这些异常在局部宇宙中起源的可能性。我们探索这样一个机制，考虑动力学Sunyaev-Zel'dovich效应由于与银河系相关的气体晕。考虑到几个物理模型的各向异性自由电子光学深度的贡献这样的晕，我们发现，相关的屏蔽映射的原始各向异性有必要的取向，影响异常统计非常显着，但只有当柱密度的自由电子在晕中至少是一个数量级高于目前的观测结果。
2010-02-03 astro-ph.CO
Testing CMB Anomalies in E-mode Polarization with Current and Future Data
本文利用Planck、CLASS和LiteBIRD的CMB模拟，探讨了E模偏振数据独立检验CMB温度数据中四种异常的能力，发现未来LiteBIRD数据将显著降低异常估计量的误差。
2023-04-10 astro-ph.CO
On the significance of power asymmetries in Planck CMB data at all scales
我们进行分析的CMB温度数据采取的普朗克卫星调查，如果有任何显着的偏离宇宙学各向同性。我们寻找两个相对半球之间的频谱差异，也为偶极调制。我们提出了一种新的方法，以避免由于部分天空覆盖的偏见，除了标准的平滑过程，通过产生一个对称的掩模在对跖方向。我们还适当地考虑到多普勒和像差的影响，由于我们特有的速度和噪声的各向异性，因为这些影响引起了显着的半球不对称性。因此，我们能够一直探测到ell = 2000的尺度。经过这样的处理后，我们没有发现明显的半球形异常的证据（即，当对所有尺度求和时，偏差小于1.5 sigma）。虽然在较大的尺度之间有时存在较高的差异，但这些差异总是小于3 sigma。我们还发现结果的偶极调制的功率谱。沿着与2 <= ell <= 2000的最不对称方向对齐的半球，当与模拟比较时，我们发现3.3 sigma差异。然而，如果我们不把自己限制在普朗克的最大不对称轴上，这只能是后验的，并将普朗克数据与模拟的调制沿着各自的最大不对称方向进行比较，差异下降到小于1 sigma（在某些低层模式中，差异几乎为3 sigma）。因此，我们得出结论，没有显着的权力不对称似乎是目前在整个数据集。有趣的是，在没有适当去除多普勒和像差效应的情况下，人们会发现在3 σ和5 σ之间的高ε 1处的虚假异常。即使只考虑ell < 600，我们也发现提升是不可忽略的，并将差异缩小了大约半西格玛。
2015-01-13 astro-ph.CO
Finding origins of CMB anomalies in the inflationary quantum fluctuations
本文通过分析普朗克CMB数据中的宇称不对称性等异常，提出直和暴胀（DSI）框架，证明其比标准暴胀更能解释低多极矩功率抑制等观测异常，为引力量子本质提供证据。
2024-06-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A Scale-Dependent Power Asymmetry from Isocurvature Perturbations
如果在大角度尺度上观测到的宇宙微波背景（CMB）半球功率的不对称性是由于超视界曲率涨落引起的，那么最简单的模型预测原始密度涨落在所有较小的尺度上都应该是类似的不对称性。最近，高红移类星体的分布被用来限制k ~ 1.5h/Mpc尺度上的功率不对称性，并且发现功率不对称性振幅的上限是CMB中功率不对称性振幅的六分之一。我们表明，这是不可能产生的不对称性，通过改变的相对贡献的暴胀子和曲率的绝热功率谱的尺度依赖。相反，我们考虑曲率的情况下，曲率衰减后，暗物质冻结，从而产生等曲率扰动。如果曲率场中存在超视界涨落，那么这些扰动的均方根振幅将是不对称的，并且这种不对称在CMB中的大角度尺度上最为明显。我们发现，只有当曲率对总暗物质密度的贡献很小，但不为零时，才有可能在满足类星体约束的情况下在CMB中产生所观察到的不对称性。该模型还要求大部分原始能量来自暴胀子场的波动。未来对CMB的观测和分析将测试该模型，因为该模型产生的功率不对称具有特定的频谱，并且该模型要求当前等曲率功率的上限接近饱和。
2009-07-04 astro-ph.CO
Ginzburg-Landau Theory of Dark Energy: A Framework to Study Both Temporal and Spatial Cosmological Tensions Simultaneously
基于Ginzburg-Landau相变理论提出了一个暗能量模型。这个模型GLTofDE，令人惊讶地提供了一个框架，不仅研究宇宙学中的时间张力，如$H_0$张力，而且空间异常的CMB，如半球功率不对称和四极八极排列。在GLTofDE的平均场（或朗道）近似下，存在一个与希格斯势完全一样的自发对称破缺。我们对这种转变进行了唯象建模，并表明GLTofDE可以以非平凡的方式解决$H_0$张力和Lyman- $α$异常。根据$χ^2$分析，转换发生在$z_t=0.738\pm0.028$，而$H_0=71.89\pm0.93$ km/s/Mpc和$Ω^{like}_{k}=-0.225\pm0.049$与最新的$H(z)$重建结果一致。此外，GLTofDE提出了一个框架，以解决CMB异常时，它被认为超出了平均场近似。在这种情况下，一个长波长模式的存在是一个典型的结果，在连续对称的情况下，它被命名为戈德斯通模式。这种模式是GLTofDE的自动副产品，它使宇宙学常数与方向相关。这意味着天空的一侧应该比另一侧冷，这与CMB已经观察到的一致。此外，在初始随机模式和具有一个长波长模式的最终状态之间，我们可以在模拟中观察到较小的补丁或最大剩余补丁的突起。我们的模拟表明，这些突起的数量很少，将根据阿兰-卡恩机制演变。这些突起可以对CMB产生额外的影响，即存在对准的四极-八极模，并且其方向应该与偶极方向正交。…
2020-01-12 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech gr-qc
Constraining Statistical Isotropy using 21cm Power Spectrum and Bispectrum
针对宇宙统计各向同性的潜在偏离问题，本文结合21厘米功率谱与双谱，通过Fisher形式主义约束偶极和四极各向异性参数，发现PUMA巡天在z≥1时约束精度优于10⁻³，较CMB巡天高一个数量级。
2025-08-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Anomalous parity asymmetry of WMAP power spectrum data at low multpoles: is it cosmological or systematics?
我们已经调查了WMAP 7年功率谱的奇宇称偏好。与模拟结果的比较表明，WMAP数据的奇校验偏好（2<= 1 <=22）在千分之四的水平上是反常的。我们研究了它的起源，排除了一些非宇宙学的起源，如非对称光束、噪声和切天效应。我们还发现原始起源需要|Re[Φ（\mathbf k）]| \ll| Im[Φ（\mathbf k）]|对于k \lesssim 22/η_0，其中η_0是当前共形时间。与奇宇称偏好相关的多极现象恰好与其他一些CMB异常现象相吻合。因此，可能存在一个共同的起源，无论是否是宇宙学的。此外，我们发现低四极幂可能是奇宇称偏好反常的一部分，而不是孤立的。普朗克探测器拥有广泛的频率覆盖范围和不同于WMAP的系统学，它可能使我们能够解决异常奇宇称偏好之谜。
2010-09-02 astro-ph.CO
