Reconstruction of CMB Temperature Anisotropies with Primordial CMB Induced Polarization in Galaxy Clusters
宇宙微波背景辐射在星系团中的散射会产生偏振信号，偏振信号由星系团位置光子分布的四极各向异性决定。这种由星系团的激发极化测量得到的“远距四极”为重建局部CMB温度各向异性提供了机会。在这封{ \em Letter}中，我们通过估计潜在的原始引力势来开发重建的算法，原始引力势是星系团中CMB温度和偏振涨落以及CMB诱导偏振的起源。我们发现一个很好的重建四极和八极分量的CMB温度各向异性的援助下的CMB诱导极化信号。重建结果对解决CMB异常问题，特别是WMAP和Planck数据中的低四极和邪恶轴问题，具有重要的一致性检验意义。
2016-03-20 astro-ph.CO
Leverage on small-scale primordial non-Gaussianity through cross-correlations between CMB $E$-mode and $μ$-distortion anisotropies
多场暴胀模型和非Bunch-Davies真空初始条件都预测了宇宙微波背景（CMB）黑体的相当大的非高斯原始扰动和各向异性$μ$型光谱畸变。虽然CMB各向异性允许我们探测波数$k\simeq 0.05\,{\rm Mpc^{-1}}$处的非高斯性，但$μ$失真各向异性与具有大得多的波数$k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}}$的原始扰动模式的非高斯性有关。通过CMB和$μ$ -失真各向异性之间的互相关，人们因此可以阐明上述通货膨胀模型。我们调查的能力，未来的CMB卫星成像仪，如LiteBIRD测量$μT$和$μE$交叉功率谱之间的各向异性$μ$ -失真和CMB温度和$E$模式的偏振各向异性的前景的存在下，并获得LiteBIRD预测${f_{\rm NL}^μ(k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}})}$。我们发现，在前景的存在下，与CMB偏振的$μE$互相关对$f_{\rm NL}^μ$提供了比$μT$互相关更多的约束力，并且$μT$和$μE$观测量的联合组合进一步增加了对小尺度原始非高斯性检测的杠杆作用。我们发现LiteBIRD在去除前景后能在$5σ$显著性上检测${f_{\rm NL}^μ}=4500$，并通过结合CMB温度和偏振在68% CL下实现最小误差${σ(f_{\rm NL}^μ=0) \simeq 800}$。由于CMB和$μ$失真各向…
2022-02-22 astro-ph.CO
Primordial gravity wave background anisotropies
我们考虑暴胀产生的原初重力波背景。我们计算了由原始标量涨落产生的小的各向异性。
2015-12-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Anisotropies in the astrophysical gravitational-wave background: Predictions for the detection of compact binaries by LIGO and Virgo
我们开发了一个详细的各向异性模型的天体物理引力波背景，包括两个恒星质量的黑洞，两个中子星，或每一个，预计将是最强的贡献在LIGO-Virgo频段的二进制合并。角谱的各向异性，量化的$C_\ell$组件，计算使用两种互补的方法：（i）一个简单的，封闭形式的解析表达式，和（ii）一个详细的数值研究，使用一个全天空模拟光锥星系目录的千年模拟。这两种方法在大角度尺度上非常一致，在较小尺度上相差一个阶数。这些各向异性的幅度要比宇宙微波背景的温度大得多，这证实了对这些各向异性进行建模是很重要的，并表明这是未来理论和观测工作的一个有希望的途径。
2018-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Effective field theory of statistical anisotropies for primordial bispectrum and gravitational waves
本文用有效场论研究了各向异性暴胀模型中的原始统计各向异性。利用么正规范中的一般作用量计算了规范场涨落、曲率扰动和张量扰动之间的主导相互作用。计算了标量功率谱和双谱中的各向异性，并给出了这些各向异性与EFT耦合的关系。此外，我们还计算了张量功率谱的统计各向异性和标量-张量互相关。我们的EFT方法采用了非平凡的速度为规范场波动和声速的标量扰动，如在DBI通货膨胀模型中产生的各向异性。
2017-02-13 astro-ph.CO hep-th
Primordial Anisotropies in Gauged Hybrid Inflation
研究了在规范混合暴胀模型中产生的本征各向异性，其中复杂的瀑布场在$U(1)$规范场下带电。原始的各向异性要么是在暴胀过程中主动产生的，要么是在瀑布过渡过程中由调制暴胀末端表面的不均匀性产生的。我们提出了一个一致的$δN$机制来计算各向异性功率谱和双谱。我们表明，原始的各向异性产生的表面结束的通货膨胀不依赖于e-折叠的数量，因此不会产生危险的大的各向异性与IR模式。此外，我们还可以找到一个参数空间，使暴胀结束时的表面产生的各向异性抵消暴胀过程中产生的各向异性，从而放松了IR各向异性对模型参数的约束。我们还证明了规范场涨落引起的功率谱是红色倾斜的，因此来自规范场的平均功率谱可以使总功率谱从蓝色变为红色。因此，混合暴胀一旦在$U(1)$场中测量，就可以与宇宙学观测相一致。
2014-05-15 astro-ph.CO hep-th
Primordial Gravitational Waves Measurements and Anisotropies of CMB Polarization Rotation
在B模（BB）功率谱中寻找原初引力波信号是宇宙微波背景（CMB）极化实验的关键科学目标之一。然而，这可能很容易受到几个前景问题的污染，例如热粉尘排放。在本文中，我们研究了另一种机制，宇宙双折射，它可以引入的CPT破坏之间的相互作用CMB光子和外部标量场。这种相互作用可以引起CMB光子线偏振态的旋转，从而产生CMB BB功率谱，这种功率谱可以在大尺度上模拟原初引力波的信号。利用BICEP 2的最新偏振数据以及BICEP 2/Keck阵列和Planck的联合分析数据，考虑偏振旋转角对张量标量比$r$的约束，进行了全局拟合分析。由于BICEP 2和Keck阵列实验的数据已经用“自校准”方法进行了校正，因此本文主要研究CMB偏振旋转角各向异性的影响。我们发现，包括在分析中的各向异性可以稍微削弱$r$的约束，当使用当前的CMB偏振测量。我们还模拟了模拟CMB数据与BICEP 3的敏感性。非常有趣的是，我们发现，如果各向异性的偏振旋转角的影响不能在分析中考虑适当的，对$r$的约束将显着偏差。这意味着要准确测量原初引力波信号，必须打破CMB偏振旋转角各向异性与CMB原初张量扰动之间的简并性。
2015-06-11 astro-ph.CO
Small-scale CMB anisotropies induced by the primordial magnetic fields
宇宙早期产生的原始磁场（PMF）被认为是大尺度宇宙磁场的起源。由于电磁力和引力的相互作用，保偏光纤在宇宙微波背景（CMB）各向异性上留下了足迹。在本文中，我们研究了保偏光纤如何影响的CMB各向异性在较小的尺度比平均自由程的CMB光子。我们用保偏光纤产生的洛伦兹力求解重子欧拉方程，证明了保偏光纤产生的矢量型微扰在Silk尺度下诱导出了$\ell>3000$形式的CMB各向异性.基于我们的计算，我们把一个约束的组合CMB温度各向异性的普朗克和南极望远镜（SPT）获得的PMF。我们发现，在$\ell \lesssim 8000$的SPT 2017带功率的高分辨率温度各向异性有利于PMF模型具有小的尺度依赖性。因此，普朗克和SPT的联合分析将PMF谱指数限制为$n_B<-1.14$，置信水平为95%（C.L.），并且这比仅普朗克约束$n_B<-0.28$更严格。我们表明，PMF强度归一化的共同移动1兆秒差距规模也严格限制为$B_{1\mathrm{Mpc}}<1.5$ nG与普朗克和SPT在95% C. L。而$B_{1\mathrm{Mpc}}<3.2$ nG仅与95%C. L.的Planck数据有关。我们还讨论了包括SPT数据和由PMF引起的CMB各向异性对宇宙学参数估计的影响。
2021-05-14 astro-ph.CO
Improved limits on a stochastic gravitational-wave background and its anisotropies from Advanced LIGO O1 and O2 runs
我们整合了整个公开的高级LIGO（ALIGO）数据集，以获得随机引力波背景（SGWB）的最大似然约束图。从这些我们得到的随机背景$Ω_{\rm GW}$的能量密度的限制，和它的各向异性。我们发现95%的置信限$Ω_{\rm GW} < 5.2\times 10^{-8}$在$50$ Hz的光谱指数$α=2/3$一致的随机背景，由于螺旋事件和$Ω_{\rm GW} < 3.2\times 10^{-7}$的规模（频率）不变的频谱。我们还报告了三个宽带积分的数据的角功率谱$C_\ell$的上限。最后，我们提出了一个估计，我们将数据集成到10个单独的光谱箱作为第一次尝试进行模型独立的估计SGWB及其各向异性。
2019-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
NANOGrav results and LIGO-Virgo primordial black holes in axion-like curvaton model
我们讨论了最近NANOGrav的结果和原始黑洞（PBH）的LIGO-Virgo事件之间的可能联系。特别是，我们专注于类轴子曲率模型，它提供了相当数量的PBH和GWs引起的标量扰动周围的NANOGrav频率范围。这个模型的不可避免的非高斯性抑制了与LIGO-Virgo事件的PBH相关的诱导GW与NANOGrav结果兼容。我们表明，类轴子曲率模型可以解释PBH的LIGO-Virgo事件和NANOGrav的结果同时。
2021-04-06 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Clocks within Stochastic Gravitational Wave Anisotropies
早期宇宙中的一阶相变可以给出一个可观测的随机引力背景（SGWB），它在整个天空中必然具有原始各向异性。在多场暴胀的情况下，这些各向异性可能具有与绝热涨落非常不同的显著等曲率分量，为暴胀尺度下的高能物理提供了另一种发现渠道。在这里，我们考虑经典的振荡重领域在通货膨胀，可以印独特的标度不变性打破功能的功率谱的原始各向异性。虽然这样的功能是高度限制在宇宙微波背景，我们表明，它们的振幅可以是相当大的等曲率SGWB，尽管探测类似的通货膨胀时期。在所需的水平，$\ell \sim {\cal O}(10-100)$，测量SGWB多极，将是技术上的挑战。然而，我们预计，一个强的各向同性SGWB的早期检测，和各向异性的保证，将刺激下一代探测器的发展具有足够的灵敏度，角分辨率，和前景的歧视。
2022-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Anisotropies in the Gravitational Wave Background from Cosmological Phase Transitions
早期宇宙中的相变很容易产生可观测的随机引力波背景。我们表明，这样的背景必然包含类似于光子的宇宙微波背景（CMB）的各向异性，这些也可能是拟议的引力波探测器的范围内。引力波各向异性的相关性及其与CMB的互相关性可以为原始波动的机制提供新的见解，例如多场暴胀，并揭示早期粒子物理学中存在非标准的"隐藏部门”。
2019-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Model-independent search for anisotropies in stochastic gravitational-wave backgrounds and application to LIGO-Virgo's first three observing Runs
本文开发了一种模型无关的随机引力波背景各向异性搜索流程，直接在天图域反演相关矩阵，并利用LIGO-Virgo前三次运行数据给出上限和谱形状约束。
2023-06-23 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Issues on Generating Primordial Anisotropies at the End of Inflation
我们重新审视了在具有规范场的暴胀模型中暴胀结束时产生原始各向异性的想法。具体地说，我们考虑了荷电混合暴胀模型，其中瀑布场在U（1）规范场下荷电，因此暴胀结束的表面由暴胀子和规范场共同控制。适当地使用Δ N形式主义，我们发现，在膨胀结束时产生的各向异性从规范场波动的宇宙学尺度上的指数抑制。这是因为规范场在暴胀过程中呈指数级演化，而为了在暴胀结束时产生可观的各向异性，旁观者规范场必须被冻结和标度不变。我们认为，这是一个通用的功能，也就是说，一个不能产生可观察到的各向异性在年底内的FRW背景的通货膨胀。
2012-02-19 astro-ph.CO hep-th
Constraints on the Primordial Black Hole Abundance from the First Advanced LIGO Observation Run Using the Stochastic Gravitational-Wave Background
高级LIGO对引力波事件的发现正在刺激对二元黑洞起源的广泛研究。假设引力波事件可以用二元原生黑洞合并来解释，我们利用Advanced LIGO给出的随机引力波背景上限作为新的观测窗口，独立地约束了暗物质中原生黑洞的丰度。我们表明，先进的LIGO的第一次观测运行提供了最好的约束的原始黑洞丰度的质量范围$1 M_\odot \lesssim M_\text{PBH}\lesssim 100 M_\odot$，推动以前的微透镜和矮星系动力学约束更严格的1个数量级。此外，我们还讨论了在不久的将来利用先进LIGO探测太初黑洞，特别是太阳底下质量的太初黑洞随机引力波背景的可能性。
2018-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial black hole merger rates: distributions for multiple LIGO observables
我们已经计算了可检测的合并率的原始黑洞，作为一个函数的红移，以及二进制的质量比，总质量和啁啾质量（观测，以前没有被探索的PBH非常详细）。我们考虑了LIGO和五个不同的原始黑洞质量函数的电流和设计灵敏度，以及与预测的天体物理学黑洞合并率的比较。我们发现，在目前的LIGO/室女座数据中，对几乎相等质量的双星的经验偏好可以与PBH假设相一致，一旦考虑到观测选择效应。然而，目前的数据不包括一些PBH的质量分布，未来的数据可能能够排除的可能性，所有观察到的BH合并有一个原始的起源。
2020-01-20 astro-ph.CO gr-qc
Reconstruction of Power Spectrum of Primordial Curvature Perturbations on small scales from Primordial Black Hole Binaries scenario of LIGO/VIRGO detection
原初黑洞（PBH）作为LIGO/Virgo探测到的二元黑洞（BBH）合并事件的候选边界，为研究小尺度上的原初曲率扰动提供了一个有用的工具。利用GWTC-1到GWTC-3星表，在暴胀时期PBH起源于小尺度上大的原始曲率扰动的假设下，我们首次重建了小尺度上原始曲率扰动的功率谱。发现原始功率谱的振幅在尺度$\mathcal{O}(1)$ pc上增大到$\mathcal{O}(10^{-2})$。这可能意味着PBH作为BBH可能合并候选者的有效性。
2023-03-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Statistics of the CMB polarised anisotropies
这篇博士论文（在2014年答辩）的重点是估计的CMB偏振各向异性功率谱上的一个掩蔽的天空和对约束的预测设置在原始宇宙物理由于这些各向异性。在介绍了光的偏振，宇宙学的标准模型和CMB的属性，我显示的伪谱方法的使用和效率，以纠正所谓的E-到-B泄漏所获得的结果。之后，我提出的预测上的张量标量比r的检测和手征引力的检测，使用纯伪谱方法。最后简要介绍了利用CMB极化各向异性预测原始磁场探测的研究。
2015-06-19 astro-ph.CO
Search for a gravitational wave background from primordial black hole binaries using data from the first three LIGO-Virgo-KAGRA observing runs
本研究利用LIGO-Virgo-KAGRA前三次观测的互相关数据，结合两种双黑洞形成机制与贝叶斯推断搜寻原初黑洞引力波背景，最终基于未探测结果给出原初黑洞占暗物质能量密度比例的约束。
2025-07-28 astro-ph.CO gr-qc
Primordial tensor bispectra in $μ$-CMB cross-correlations
宇宙微波背景温度和偏振各向异性与$μ$ -谱畸变之间的互相关被认为是测量（压缩）原始标量双谱的尺度范围内的主要CMB双谱。在这项工作中，我们解决是否有可能约束张量非高斯与这些互相关。我们发现，只有原始张量双谱与统计各向异性离开不同的签名，而各向同性张量双谱离开消失或高度抑制签名。我们讨论了压缩双谱的角度依赖性的长短动量决定的非零互相关。我们还讨论了这些非零配置的方式，其中原始的双谱变换下奇偶校验的影响。通过采用所谓的BipoSH形式主义来捕获统计各向异性的观测效果，我们进行Fisher预测，以评估从$μT$，$μE$和$μB$互相关的检测前景。在压缩的$\langle γγγ\rangle$和$\langle γγζ\rangle$双谱中观察统计各向异性将是具有挑战性的，因为张量扰动对$μ$ -畸变的影响小于标量扰动，因此需要对$μ$ -历元中张量扰动的影响进行大的独立放大。在没有这种机制的情况下，压缩$\langle ζζγ\rangle$双谱中的统计各向异性是$μT$、$μE$和$μB$互相关的最相关来源。特别是，我们指出，在各向异性暴胀模型中，$\langle ζζζ\rangle$在$μT$和$μE$中留下了潜在的可观察签名，从$μB$检测$\langle ζζγ\rangle$的前景增强。
2022-02-03 astro-ph.CO
Universality of Primordial Anisotropies in Gravitational Wave Background
School of Physics Science and Engineering, Tongji University（同济大学物理科学与工程学院）；Graduate School of Science and Engineering, Yamaguchi University（山口大学理工学研究科）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学宇宙线研究所 Kavli宇宙物理数学研究所）；Institute for Advanced Study of Tongji University（同济大学高等研究院）；Center for Gravitation and Cosmology, Yangzhou University（扬州大学引力与宇宙学中心）
该研究提出了一种描述随机引力波背景中各向异性普遍性的正式主义，通过宇宙形因子和统计各向同性原理，揭示了不同起源的引力波各向异性具有统一的多极缩放特性。
2026-11-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial Black Holes for the LIGO Events in the Axion-like Curvaton Model
本文修正了类轴子曲率模型中的原初黑洞形成过程，并研究了类轴子曲率模型中的原初黑洞是否可以成为Advanced LIGO探测到的引力波信号的起源。在这个模型中，小尺度的曲率扰动与大振幅的产生，这是必不可少的PBH的形成。另一方面，大曲率扰动也通过其二阶效应成为原始GW的来源。脉冲星定时阵列（PTA）实验对这样的GWs施加了严格的限制。我们还检查了模型与这些约束的一致性。在这种分析中，重要的是要考虑非高斯性的影响，这是很容易产生的曲率模型。我们看到，如果存在非高斯性，则可以用较小的原始功率谱振幅产生固定数量的PBH。
2018-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Cogenesis of LIGO Primordial Black Holes and Dark Matter
在这封信中，我们提出了一个新的方案，同时解释$\mathcal{O}(10)M_\odot$原始黑洞（PBH）和暗物质的最小超对称标准模型。LIGO-Virgo合作探测到的引力波（GW）事件表明存在像$\sim 30M_\odot$一样重的黑洞。在我们的方案中，作为种子的PBH，我们利用的重子数微扰，这是由特殊类型的阿弗莱克-戴恩机制诱导。此外，该方案没有受到严格的约束，从CMB $μ$ -失真，由于丝绸阻尼和脉冲星定时。我们发现，该方案不仅能够一致地解释当前的GWs事件，而且能够通过Affleck-Dine机制形成的非拓扑孤子（称为Q球）解释暗物质丰度。
2018-08-07 astro-ph.CO hep-ph
Primordial black hole tower: Dark matter, earth-mass, and LIGO black holes
我们研究了原始黑洞（PBH）形成的可能性与分级质谱在多个阶段的通货膨胀。作为一个例子，我们发现，人们可以同时实现最近吸引了很多关注的质谱：恒星质量PBH（$\sim\mathcal{O}(10)M_\odot$）作为LIGO/Virgo合作探测到的二元黑洞的可能来源，小行星质量（$\sim\mathcal{O}(10^{-12})M_\odot$）作为暗物质的主要成分，和地球质量（$\sim\mathcal{O}(10^{-5})M_\odot$）作为光学引力透镜实验微透镜数据中超短时标事件的来源。最近改进的de Sitter沼泽地猜想可能支持这样一个多阶段的暴胀的情况下，分级质量PBH作为每个暴胀阶段的过渡信号。
2019-08-10 astro-ph.CO hep-ph
Double inflation as a single origin of primordial black holes for all dark matter and LIGO observations
原始黑洞（PBH）是暗物质（DM）的主要非粒子候选者之一。虽然几个观测严重限制PBH的量，它是最近指出，有一个不确定性的微透镜的限制低于$\sim 10^{-10} M_\odot$最初被忽略，但可能会削弱的约束显着。在本文中，面对这种不确定性，我们调查的可能性，PBH可以弥补所有DM在一个广泛的质谱。此外，我们提出了一个具体的通货膨胀模型，可以同时产生PBH的所有DM在一个广泛的质谱$\mathcal O(10^{-13}) M_\odot$和PBH的LIGO事件在一个尖锐的质谱在$\mathcal O(10) M_\odot$。
2018-02-18 astro-ph.CO hep-ph
Probing primordial black holes with anisotropies in stochastic gravitational-wave background
原始黑洞，如果被认为是冷暗物质的重要组成部分，则可以追溯到宇宙的非均匀大尺度结构。因此，随机引力波背景，起源于原始黑洞双星发射的未分辨信号的非相干叠加，预计将显示各向异性跨越天空。在这项工作中，我们调查的角度相关的各向异性的第一次，并证明他们的区别，从类似的信号产生的天体物理黑洞双星。我们仔细评估了相关的不确定性，由于散粒噪声和宇宙方差，并表明，在低频制度的研究信号可以区分从天体物理起源的信号。我们的研究结果是特别有前途的恒星质量范围内，合并起源的识别一直特别具有挑战性。
2022-12-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
CMB anisotropies and linear matter power spectrum in models with non-thermal neutrinos and primordial magnetic fields
计算了在初始随机磁场存在下，三个具有非热相空间分布的轻中微子模型的宇宙微波背景（CMB）的温度各向异性和极化的角功率谱以及线性物质功率谱.非热相空间分布函数被假定为费米-狄拉克分布和高斯分布之和。据发现，已知的有效的描述的非热模型在一个额外的相对论自由度的双热模型，也可以扩展到包括一个随机磁场的模型。数值解的范围内得到的磁场参数。
2021-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Has LIGO Detected Primordial Black Hole Dark Matter? -- Tidal Disruption in Binary Black Hole Formation
激光干涉引力波天文台（LIGO）频繁探测到$\sim 30 M_{\odot}$黑洞（BH）的二元合并，重新点燃了研究人员对原始黑洞（PBH）是暗物质（DM）的兴趣。在这项工作中，我们着眼于PBH分布DM与单色质量的$30 M_{\odot}$，并研究了捕获的情况下，二进制的形成，其中致密的中心区域DM晕占主导地位。因此，我们特别关注了超大质量黑洞（SMBH）的潮汐效应。在这样做的过程中，我们发现了一个必要的工具，称为损失区，补充了损失锥的使用。我们发现潮汐效应在影响二元形成方面并不突出，这也不足以解释LIGO事件率估计的总体情况，特别是由于微透镜事件限制了PBH中DM分数的质量从接近统一到更小的顺序。与此同时，早期宇宙双星形成的情景被证明是如此普遍，以至于LIGO信号反过来将PBH分数限制在1%以下。因此，人们应该更加相信替代PBH窗口和其他DM候选人。
2020-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
CMB Spectral Distortion Anisotropies from Acoustic Damping with primordial non-Gaussianity
Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文学学院乔德雷尔银行天体物理学中心）；Department of Physics and Chongqing Key Laboratory for Strongly Coupled Physics, Chongqing University（重庆大学物理系及强耦合物理重庆市重点实验室）；Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei" Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学伽利略·伽利莱物理与天文学系）
本文利用CosmoTherm的频率层级方法，研究含原初非高斯性的声学阻尼产生的CMB谱畸变各向异性，对比前人结果、分析小尺度曲率扰动影响，为原初非高斯性约束提供新途径。
2026-08-11 astro-ph.CO
Induced gravitational wave background and primordial black holes
本文计算了由张量模和标量模混合引起的宇宙学扰动理论二阶扰动下的引力波背景的频率依赖性。计算了两种特殊情况下的诱导引力背景：标量扰动的功率谱在某一尺度上有一个峰值，以及由运行质量势的暴胀模型预测的标量谱。研究表明，在$\sim 10^{-3} - 10^3 $ Hz频率范围内，宇宙早期原初黑洞产生的研究结果有效地限制了诱导引力背景的振幅.我们认为，虽然今天的LIGO约束的${\cal P}_{\cal R}(k)$是弱于PBH的一个，先进的LIGO将能够设置一个更强的约束，在未来的LIGO类型的地面干涉仪将适合于获得约束的质量范围内的PBH数密度$\sim 10^{11} - 10^{15}$ g。
2009-12-22 astro-ph.CO
Pulsar timing can constrain primordial black holes in the LIGO mass window
最近发现合并黑洞产生的引力波引起了人们对原始黑洞作为暗物质可能组成部分的兴趣。在本文中，我们表明，脉冲星计时可能很快有足够的数据来约束$1$ - $1000\,M_{\odot}$原始黑洞通过非检测的三阶夏皮罗时间延迟的黑洞周围的星系晕。我们提出的蒙特卡罗模拟的结果表明，未来的数据从已知的天体可能能够约束PBH密度更严格地比其他现有的方法在质量范围~1-30 $\,M_{\odot}$。我们发现，使用拟议的平方公里阵列发现的新恒星的时间可能会限制原始黑洞在这个质量范围内，包括不到1-10%的暗物质。
2017-01-12 astro-ph.CO hep-ph
Conservative limits on primordial black holes from the LIGO-Virgo-KAGRA observations
Oakland University（奥克兰大学）
本文利用LIGO-Virgo-KAGRA观测数据，研究了恒星级范围原始黑洞的合并率，基于双体捕获和二体单体相互作用，推导出原始黑洞在引力波观测中的保守上限，结果表明暗物质中原始黑洞的质量分数在10^-4到2×10^-2之间。
2026-04-01 astro-ph.CO
CMB anisotropies in the presence of a stochastic magnetic field
在物质辐射相等之前就存在的原始磁场对宇宙微波背景的各向异性有影响。在磁化绝热初始条件下，用规范不变形式计算了标量微扰引起的CMB各向异性。并计算了线性物质的功率谱。数值解由定性分析补充。
2011-01-14 astro-ph.CO
The merger history of primordial-black-hole binaries
作为暗物质的候选者，原初黑洞（PBH）由于可能是LIGO/Virgo观测到的重双星黑洞（BBH）的祖先而受到越来越多的关注。准确估计PBH双星的合并速率对于重建PBH双星的质量分布至关重要。指出了多核聚变堆的合并历史可能会改变多核聚变堆的合并率分布，这取决于多核聚变堆的质量函数。本文利用LIGO/Virgo O 1和O2观测运行中的10个BBH事件，通过考虑合并历史的影响来约束PBH的合并率分布。研究发现，第二次兼并对总兼并率的贡献是次显性的，因此兼并历史效应可以忽略不计。
2020-01-12 astro-ph.CO
Gravitational Wave Anisotropies from Primordial Black Holes
由于曲率扰动的小尺度增强，在早期宇宙中产生原始黑洞时，会产生可观测到的随机引力波背景。我们计算了这种随机引力波背景的各向异性和非高斯性，它接受两个贡献，第一个在形成时间和第二个由于传播效应。如果曲率扰动的分布具有局部和尺度不变的非高斯形状，则可以产生前一种贡献。在这样的假设下，我们得出结论，在引力波中的各向异性和非高斯性的相当大的幅度将表明，原始黑洞可能不符合整体的暗物质。
2020-03-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial magnetic fields constrained by CMB anisotropies and dynamo cosmology
磁曲率应力会使磁力线变形，这会引起反作用和恢复磁应力[Tsagas，PRL（2001）]。Barrow等人[PRD（2008）]已经在弗里德曼宇宙中证明了在负黎曼曲率的空间截面中膨胀是缓慢的。从Chicone等人[CMP（1997）]的论文中，证明了紧致二维流形中的快速发电机蕴含负常黎曼曲率，这里将Barrow-Tsagas思想应用于宇宙发电机。给出了宇宙罗巴切夫斯基平面黎曼切片的快速发电机协变拉伸。考虑了发电机方程中包含平流项[Clarkson et al，MNRAS（2005）]。在没有平流的快速发电机也得到。拉伸颗粒的粘性和恢复力随着磁化率的增加而减小。根据COBE数据（$\frac{δB}{B}\approx{10^{-5}}$），计算拉伸$\frac{δV^{y}}{V^{y}}=1.5\frac{δB}{B}\approx{1.5{\times}10^{-5}}$。Zeldovich等人计算出最大磁增长率为$γ_{max}\approx{8.0{\times}10^{-1}t^{-1}}$。根据COBE数据，计算出磁场的较低增长率为$γ_{COBE}\approx{6.0{\times}10^{-6}t^{-1}}$，完全在Zeldovich等人的估计范围内。代替哈里森值$B\approx{t^{4/3}}$，我们得到了较低的原初场$B\approx{10^{-6}t}…
2009-11-10 astro-ph.CO
Primordial Stochastic Gravitational Wave Background Anisotropies: in-in Formalization and Applications
标量（张量）-张量-张量类型的原始非高斯性支持一个非平凡的压缩分量是已知的诱导各向异性的随机引力波背景。我们推导出明确的形式，这样的各向异性利用，在这种情况下，第一次在宇宙学关联函数的形式主义。在说明了一般的方法，并使用它的最小单场慢滚的情况下，我们将其应用到多场模型，提供了一个树级和一个循环的例子。首先，我们联系到以前的结果各向异性由于存在一个额外的自旋2领域在通货膨胀。其次，我们在所谓的超固体暴胀的背景下计算了1圈标量-张量-张量三点函数。相应的引力波各向异性是在引力信号的顶部引起的，该引力信号可能足够大以用于检测。
2023-01-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Biases to primordial non-Gaussianity measurements from CMB secondary anisotropies
本文利用模拟研究CMB次级各向异性对原初非高斯性测量的偏差，发现CIB和tSZ等效应产生显著偏差，前景清理可抑制但依赖抵消，需显式去除以保证稳健性。
2022-08-25 astro-ph.CO
On the primordial binary black hole mergings in LIGO-Virgo-Kagra data
本文简要讨论了LIGO-Virgo-Kagra合作（GWTC-3目录）观测到的二元黑洞合并对早期宇宙中原始黑洞（PBH）形成的可能宇宙学意义。我们发现LVK BH+BH双星的质量分布可以用两种不同的、几乎相等的粒子数来拟合：（1）现代宇宙中由大质量双星演化形成的BH+BH天体物理合并;（2）初始质量分布为对数正态分布的PBH双星合并。我们发现，PBH中心质量（$M_c\simeq 30 M_\odot$）和分布宽度来自观察到的LVK啁啾质量几乎是不敏感的假设双PBH形成模型。为了符合观察到的LVK BH+BH合并速率，CDM PBH质量分数应该是$f_{pbh}\sim 10^{-3}$，但如果考虑到PBH聚类，则可能更高。
2023-02-14 astro-ph.CO gr-qc
Extracting foreground-obscured $μ$-distortion anisotropies to constrain primordial non-Gaussianity
宇宙微波背景（CMB）温度、偏振和光谱畸变各向异性之间的相关性可以作为原初非高斯性的一个探针。在这里，我们进行重建的$μ$失真各向异性的存在下，银河系和河外前景，应用所谓的约束ILC组件分离方法模拟拟议的CMB空间任务（PIXIE，LiteBIRD，CORE，PICO）。我们的天空模拟包括银河尘埃，银河同步加速器，银河自由，热Sunyaev-Zeldovich效应，以及初级CMB温度和$μ$ -畸变各向异性，后者被添加为相关场。约束ILC方法允许我们在重建的$μ$图中消除CMB温度各向异性（反之亦然），此外还可以减轻天体物理前景和仪器噪声的污染。在前景去除和分量分离之后，我们计算重构的（无CMB的）$μ$失真图和（无$μ$的）CMB温度图之间的互功率谱。由于互功率谱与原始非高斯参数$f_{\rm NL}$成比例，在尺度$k\simeq 740$ Mpc $^{-1}$上，这允许我们推导出$f_{\rm NL}$ -检测限，用于上述未来的CMB实验。我们的分析表明，前景降低了理论检测限（主要基于仪器噪声）超过一个数量级，PICO站在最好的机会，在规模依赖的非高斯上限。我们还讨论了信道灵敏度和所选频带的约束的依赖性。与$B$模式极化测量一样，频率$ν\lesssim 40\,{\rm GHz}$和$ν\gtrsim 400\,{\rm GHz}$的扩展覆盖范围比增加的通道灵敏度提供了更…
2018-04-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
CMB $μ$ distortion from primordial gravitational waves
提出了一种新的产生宇宙微波背景辐射$μ$畸变的机制，该机制起源于原初引力波。这种$μ$失真是由温度各向异性通过汤姆逊散射的阻尼产生的，即使在比Silk阻尼更大的尺度上也是如此。这种机制与原始曲率（标量）扰动形成鲜明对比，其中温度各向异性主要通过Silk阻尼效应衰减。我们估计的$μ$失真的大小从新的机制，它可以用来限制振幅的原始引力波在较小的尺度上独立于CMB各向异性，给出更宽的范围内的限制其频谱指数的CMB各向异性的振幅相结合。
2014-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary primordial black holes for the LIGO gravitational wave events and pulsar timing array experiments
原初黑洞是解释LIGO探测器观测到的引力波信号的候选对象之一。在早期宇宙的几种现象中，宇宙暴胀是由大的原始密度扰动产生PBH的一个主要例子。本文讨论了将观测到的GW事件解释为由宇宙暴胀产生的PBH并合的可能性。原始曲率扰动应该足够大，以产生相当数量的PBH，因此我们有其他几个探测器来测试这种情况。我们指出，目前的脉冲星定时阵列（PTA）实验已经对二阶效应产生的GWs提出了严格的限制，而宇宙微波背景辐射（CMB）的观测对其$μ$畸变提出了严格的限制。特别地，发现标量功率谱应该在$k \sim 10^{6}$ Mpc $^{-1}$处具有非常尖锐的峰值，以满足所需的PBH丰度，同时避开来自PTA实验的约束以及$μ$失真。我们提出了一种机制，可以实现这样一个尖锐的峰值。在未来，可以探测/排除通过几乎高斯波动产生PBH的简单通货膨胀模型。
2017-06-04 astro-ph.CO hep-ph
A possible mass distribution of primordial black holes implied by LIGO-Virgo
到目前为止，LIGO-Virgo合作已经探测到大约90个黑洞，其中一些黑洞的质量超过了恒星坍缩的预期。LIGO-Virgo黑洞的质量分布似乎在$\sim30M_{\odot}$有一个峰值，两端有两个尾巴。通过假设它们都有原始起源，我们通过对破坏幂律质量函数$f(m)$执行极大似然估计来分析GWTC-1（O 1\& O2）和GWTC-2（O3 a）数据集，结果为$m<35M_{\odot}$的$f\propto m^{1.2}$和$m>35M_{\odot}$的$f\propto m^{-4}$。这似乎比流行的对数正态质量函数表现得更好。令人惊讶的是，这种简单而独特的分布可以在我们先前提出的PBH形成机制中实现，其中黑洞是由在膨胀期间通过量子隧穿成核的真空泡形成的。此外，这种质量分布也可以为高红移处形成的超大质量黑洞提供一种解释。
2021-03-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Possibility of primordial black holes as the source of gravitational wave events in the advanced LIGO detector
通过对先进LIGO观测到的引力波数据的分析，得到了双黑洞伴星的质量作为引力波的来源。对应于GW的二进制黑洞的事件的质量高于$20$ M $_\odot$，这比通过X射线观测检测到的天体物理学黑洞的质量大得多。在这项工作中，我们研究原始黑洞（PBH）作为LIGO事件的来源。假设暗物质的$100\%$是由PBH组成的，我们估计了这些物体产生双星、合并和产生GW的速率作为红移的函数。引力透镜引力透镜的GWs的PBH也可以提高应变的振幅。我们模拟的GW来源的二进制PBH，与$S/N>10$的检测阈值的利文斯顿和汉福德检测器。对于PBH的对数正态质量函数，我们生成事件的预期分布，将我们的结果与观察到的事件进行比较，并找到质量函数参数的最佳值（即，$M_c =25 M_\odot$和$σ=0.6$）。将预期的事件数量与观测到的事件数量进行比较，排除了当前宇宙双星形成PBH场景作为LIGO检测到的GW事件源的候选者。
2021-04-12 astro-ph.CO gr-qc
Eliminating the LIGO bounds on primordial black hole dark matter
原始黑洞（PBH）的质量范围$(30$ -$100)~M_{\odot}$是有趣的候选人暗物质，因为他们坐在一个狭窄的窗口之间的微透镜和宇宙微波背景的限制。然而，LIGO和Virgo实验观察到的双星合并率有严格的限制。在推导这些约束时，PBH被视为点史瓦西质量，而我们在这里提出的膨胀宇宙中更仔细的分析，导致了一个依赖于时间的质量。这意味着黑洞双星形成的条件更加严格，也意味着黑洞的合并速度比以前计算的要快得多，也就是说，早在LIGO/Virgo观测到的合并之前。观测到的双星是那些在星系晕内合并的双星，合并率与数据一致。这重新开启了暗物质以LIGO质量PBH形式存在的可能性。
2021-02-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining primordial tensor features with the anisotropies of the Cosmic Microwave Background
通常假设宇宙尺度上的引力波随机背景遵循一个几乎与尺度无关的功率谱，正如暴胀范式一般预测的那样。然而，不难想象，光谱可能具有强烈的尺度依赖特征，例如，通过旁观者轴子-规范场在暴胀期间的瞬态动力学。使用的温度和偏振图从\textit{Planck}和BICEP/凯克数据集，我们寻找这样的功能，以一个对数正态颠簸的原始张量谱在CMB尺度的例子。我们目前没有发现任何证据表明存在凸点样张量特征，但表明未来的CMB实验，如LiteBIRD和CMB-S4，将大大提高我们确定这种凸点的幅度，位置和宽度的前景。我们还强调了在角度尺度$\ell\gtrsim 100$约束这些功能的脱透镜的作用。
2022-11-26 astro-ph.CO gr-qc
Two populations of LIGO-Virgo black holes
我们分析了LIGO-Virgo的数据，包括最近发布的GWTC-2数据集，以检验数据包含不止一个黑洞种群的假设。我们进行了极大似然分析，包括人口的天体物理学黑洞截断幂律质量函数的合并率如下恒星形成率，和人口的原始黑洞，我们认为对数正态和临界崩溃质量函数。我们发现，原始黑洞单独强烈不赞成的数据，而最适合的模板结合天体物理和原始合并率。或者，这些数据可能暗示了两种不同的天体物理学黑洞种群。我们还更新了LIGO-Virgo观测中对原始黑洞丰度的限制，发现在$2-400M_\odot$质量范围内，它们必须包含小于0.2%的暗物质。
2022-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Spectral distortion anisotropies from single-field inflation
$μ$型宇宙微波背景能谱的畸变对原初功率谱是敏感的，它是通过在$k\simeq 50$ - $10^4\,\mathrm{Mpc}^{-1}$尺度上耗散曲率扰动实现的。它们与大尺度温度各向异性的角相关性则对原始双谱的压缩极限敏感。对于服从单场一致性关系的暴胀模型，我们证明了观测到的对应于局部形状的$μT$角相关完全消失。所有主要的非原始贡献，包括所有的非线性产生和投影效应，都是“等边形状”，即被$k^2/{\cal H}_f^2$抑制，其中${\cal H}_f\simeq 10^{-1}\,{\rm Mpc}^{-1}$是$μ$时代结束时的哈勃半径。因此，这些非原始贡献与潜在的局部原始信号（例如，来自多场膨胀）正交。此外，它们的振幅非常小。我们的研究结果加强了$μ$扭曲作为本地原始非高斯性的最终探针的地位。
2018-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Non-Gaussianity and the Cosmic Microwave Background Anisotropies
本文从教学角度综述了非高斯性对宇宙微波背景各向异性影响的研究现状。我们首先展示了如何设置初始条件在二阶（规范不变）CMB各向异性时，一些原始NG存在。然而，在CMB各向异性中，除了原始各向异性之外，还有许多NG源，其可以污染原始信号。我们主要研究了大、小角尺度下微扰理论中CMB各向异性在暴胀后的二阶演化过程中产生的NG，如在复合时期产生的NG。我们将展示如何推导出方程来研究二阶CMB各向异性，并提供分析计算来评估其污染原始NG（补充数值例子）。我们还提供了其他次要影响的简要总结。这篇评论需要在线性水平上的宇宙学扰动理论的基本知识。
2010-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Model-independent discovery prospects for primordial black holes at LIGO
原始黑洞可能编码了早期宇宙的条件，甚至可能构成宇宙学暗物质的重要组成部分。它们的存在尚未确定。然而，质量低于$\sim1~\mathrm{M}_\odot$的黑洞不可能形成为恒星演化的终点，因此即使探测到一个这样的物体也将是新物理学的确凿证据，并将构成至少一部分暗物质由原始黑洞组成的证据。引力波探测器能够通过探测轻黑洞的合并来做出这类决定性的发现。但是，由于合并率强烈地依赖于黑洞质量函数的形状，因此很难确定发现或约束的潜力作为黑洞总体丰度的函数。在这里，我们直接最大化和最小化合并率，将观测结果与可观测物体的实际丰度联系起来。我们表明，LIGO可以发现合并的轻原始黑洞在未来十年内，即使这样的黑洞只构成暗物质的一小部分。涉及这样一个天体的单一合并事件将（i）提供新物理学的决定性证据，（ii）建立一部分暗物质的性质，（iii）在远远超出今天可观察到的尺度上探索宇宙学历史。
2021-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Searching for a subpopulation of primordial black holes in LIGO/Virgo gravitational-wave data
迄今为止，LIGO/Virgo探测到了几十个双黑洞事件，预计未来几年还会有更多的双黑洞事件，引力波天文学正在从单个事件分析转向群体研究。使用GWTC-2目录，我们进行了分层贝叶斯分析，第一次结合了几个国家的最先进的天体物理形成模型与人口的原始黑洞（PBH）和约束的一个假定的子人口PBH的数据的分数。我们发现，这一部分显着依赖于一套假设的天体物理模型。虽然原始人口统计上有利于某些竞争性的天体物理通道，如球状星团和核星团，一个占主导地位的贡献，从稳定的质量转移孤立的形成通道大大减少了对PBH的需要，除了解释像GW 190521的质量间隙事件的速率。膨胀后形成的黑洞对LIGO/Virgo观测有贡献的诱人可能性只能通过进一步减少天体物理和原始形成模型的不确定性来验证，并且最终可能由第三代干涉仪证实。
2022-05-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Cosmic superstrings, metastable strings and ultralight primordial black holes: from NANOGrav to LIGO and beyond
本研究提出超轻原初黑洞通过早期物质主导阶段降低高频引力波振幅，缓解LIGO与PTA数据间张力，并利用未来探测器探索其性质。
2025-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stringent Limit on Primordial Magnetic Fields from the Cosmic Microwave Background Radiation
原初磁场（PMF），在宇宙重组之前就存在，引起小尺度的重子密度涨落。这些不均匀性导致了不均匀的复合过程，改变了宇宙微波背景辐射（CMB）的大尺度各向异性的峰值和高度。利用数值可压缩MHD计算和蒙特卡罗马尔可夫链分析，比较计算的CMB各向异性与\textit{WMAP}和\textit{Planck}卫星观察到的，我们得到的推定PMF的大小的限制。我们发现，{ \it总}剩余的现今字段，集成在所有的尺度，不能超过47 pG的尺度不变的PMFs和8.9 pG的PMFs与紫色Batchelor光谱在95%的置信水平。这些限值比CMB先前规定的PMF限值（未考虑此效应）严格一个数量级以上。
2019-07-11 astro-ph.CO
CMB Constraints on a Stochastic Background of Primordial Magnetic Fields
利用原始磁场对宇宙微波背景各向异性角功率谱的贡献，约束了原始磁场的随机背景。我们用指数为$n_B$的幂律谱及其在共动长度$λ$上的高斯平滑振幅$B_λ$来参数化这种随机背景。对任意$n_B$，我们给出了保偏光纤随机背景的能量-动量相关子谱的近似。通过使用WMAP 7年的数据结合ACBAR，BICEP和QUAD，我们得到的约束$B_{1 {\rm Mpc}} < 5.0$ nG在95%置信水平的随机背景的非螺旋PMF。我们讨论了在获得这些限制的标量和矢量贡献CMB各向异性的相对重要性。然后我们预测{ \sc Planck}在约束$B_{1 {\rm Mpc}}$方面的能力。
2011-06-07 astro-ph.CO
