How to Build a Catalogue of Linearly-Evolving Cosmic Voids
宇宙空洞为宇宙结构的起源和演化提供了一个强有力的探测器，因为它们的动力学可以保持近线性到今天。因此，它们有可能将晚期的大尺度结构与早期宇宙物理学联系起来。现有的“分水岭”为基础的算法，但是，定义空洞的形态学性质在低红移。结果区域呈现线性动力学的程度因此是不确定的，并且与它们从初始密度场的演化没有直接联系。最近的一个空洞定义通过考虑“反晕”来解决这些问题。该方法包括反转$N$ -体模拟的初始条件以交换过密度和欠密度。在演化这对初始条件之后，反光晕由原始（未反转）模拟中光晕内部的反转模拟中的粒子定义。在这项工作中，我们量化的反晕和分水岭空隙使用Zel'dovich近似的非线性度。我们发现，半径小于$5\,\mathrm{Mpc}\,h^{-1}$的空隙引入非线性，并且通过去除这些空隙，可以将反晕和分水岭空隙制成高度线性的集合。
2020-11-24 astro-ph.CO
Cosmic Web Dissection in Fuzzy Dark Matter Cosmologies
本文利用NEXUS+分析类FDM的N体模拟，量化节点、纤维、壁和空洞的统计差异，提出以过密度PDF约束FDM。
2023-08-16 astro-ph.CO
Can Cosmic Parallax Distinguish Between Anisotropic Cosmologies?
在一个各向异性的宇宙中，观测者如果没有处在一个特殊的对称点上，就应该观测到宇宙视差--测试星系在宇宙时间内的相对角运动。最近有人认为，在即将到来的精确天体测量任务（如盖亚）中不观察到这种效应，可能会被用来在勒梅特-托尔曼-邦迪度规描述的空洞模型宇宙中对偏离中心的观察者的位置施加强约束。我们认为类似的效果，在各向异性宇宙学模型所描述的轴对称均匀Bianchi I型度规和讨论是否有任何观察宇宙视差将区分不同的各向异性演化。
2009-05-22 astro-ph.CO
The effect of dark energy on the void-halo perpendicular alignments
Seoul National University（首尔大学）
通过模拟不同暗能量状态方程下的宇宙学，发现暗能量加速膨胀越强，空洞表面星系晕的垂直排列越显著，并建立双线性模型描述该效应，提出其可作为暗能量动力学性质的独立探针。
2026-06-29 astro-ph.CO gr-qc
The void-galaxy cross-correlation function with massive neutrinos and modified gravity
本研究通过ANUBISIS模拟，比较了空洞-星系交叉关联函数模型，发现当前模型难以区分大质量中微子与f(R)修正引力效应，且空洞定义对参数恢复至关重要。
2023-06-21 astro-ph.CO
DEMNUni: disentangling dark energy from massive neutrinos with the void size function
本研究基于DEMNUni模拟，发现空洞尺寸函数对暗能量和中微子质量具有可分离的敏感性，可用于区分不同宇宙学参数组合，为未来巡天打破参数简并提供有力工具。
2023-12-22 astro-ph.CO
Cosmic voids in modified gravity models with massive neutrinos
宇宙空洞正逐渐成为一种新的可行的宇宙学探测器。它们的丰度和密度分布对重力的变化以及暗能量和中微子都很敏感。本工作的主要目标是研究利用宇宙空洞统计来解开由$f(R)$修正引力和中微子质量的适当组合所产生的简并的可能性。我们使用N体模拟来分析由暗物质粒子和晕追踪的空洞的密度分布和尺寸函数。我们在$z=1$的空隙密度分布中发现了$f(R)$宇宙学中引力增强的明确证据。然而，这些效应几乎可以完全被大质量中微子的存在所抵消，因为它们的热自由流。尽管有限的体积的分析模拟不允许我们实现一个统计上相关的丰度大于$40 \ \mathrm{Mpc}/h$的空隙，我们发现，在高红移和大空隙的空隙尺寸函数是潜在的一个有效的探针来解开这些退化的宇宙模型，这是未来的宽场红移调查的前景的关键。
2021-05-20 astro-ph.CO
Voids as Alternatives to Dark Energy and the Propagation of Gamma Rays through the Universe
我们测试了一个空洞的宇宙TeV能量的伽马射线的不透明度已经获得了银河系外的背景光在宇宙中使用一个简单的模型和观察到的恒星形成率的历史约束。我们发现虚空宇宙比Lambda-CDM宇宙具有更大的不透明度，这与BL-Lac天体的观测结果不一致。我们认为，虽然这种区分两种宇宙学的方法包含不确定性，但它避免了任何关于微调的争论。
2011-11-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Redshift-space distortions in massive neutrino and evolving dark energy cosmologies
未来几年的大尺度结构测量将以前所未有的精度测量红移空间功率谱，从而可以对Lambda CDM图像进行强有力的新测试，并测量中微子质量等粒子物理参数。我们将时间RG微扰框架推广到红移空间，用含时暗能量状态方程w（z）计算了大质量中微子宇宙学的功率谱Ps（k，mu）. Time-RG是一种独特的方法，它能将尺度相关的增长引入到P_s（k，mu）计算中，这对大质量中微子和修正的引力模型都很重要。虽然w（z）和中微子质量分数的变化都会影响非线性功率谱的后期时间尺度依赖性，但我们发现这两种效应对视线角μ的依赖性不同。最后，我们使用HACC N体代码量化微扰计算中的误差。对于红移z=1的Lambda CDM模型，我们的方法在波数为0.19h/Mpc（0.28h/Mpc）的情况下，预测了λ ~（四极）的1%精度，而Kaiser近似的精度为0.08h/Mpc（0.07h/Mpc），目前最先进的微扰方案的精度为0.19h/Mpc（0.16h/Mpc）。我们的计算与模拟的红移空间功率谱一致，即使中微子质量高于电流束缚，并且对于快速演化的暗能量状态方程，|dw/dz| ~ 1.在本文中，我们将我们的redshift-space Time-RG实现作为代码redTime公开提供。
2016-03-01 astro-ph.CO
Testing $f(R)$ Gravity With Scale Dependent Cosmic Void Velocity Profiles
我们研究了宇宙学尺度的广义相对论的修改的动力学晕内的空隙通过比较N体模拟纳入胡-Sawicki $f(R)$重力，与$|f_{R0}|=10^{-6}$和$10^{-5}$，那些$Λ$ CDM。通过检查径向速度统计的空洞分类的基础上，其大小和密度分布，为“上升”（$R$型）或“壳”（$S$型），我们发现，晕运动的小$R$型空洞，有效半径$<15 Mpc/h$，揭示了$f(R)$和$Λ$ CDM宇宙学之间的显着差异。为了理解这种观察到的效应，我们研究了线性和非线性第五力，并开发了一种迭代算法来精确求解非线性第五力方程。我们用它来描述变色龙筛选机制的空隙和对比的行为与引力坍缩的对象中观察到的。力分析强调了较小的$R$型空隙如何表现出第五力与牛顿力的最高比率，这导致了速度分布的明显差异，从而提供了约束重力的丰富环境。
2021-06-09 astro-ph.CO
A spherical hydrodynamical model of cosmic voids in ΛCDM and beyond
Università degli Studi di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；INFN Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Università degli Studi di Torino（都灵大学）；INFN-Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）；INAF-Istituto Nazionale di Astrofisica, Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理研究所都灵天文台）
本文提出了一种球形流体动力学模型，用于研究ΛCDM及更广泛背景下的宇宙空洞演化，探讨了暗能量参数对空洞统计的影响。
2026-02-19 astro-ph.CO gr-qc
A Universal Bilinear Model for the Dependence of Void Asymmetry Distributions on $Ω_{m}$ and $σ_{8}$
Seoul National University（首尔大学）
通过分析空洞星系的红移不对称性，提出一种新方法约束膨胀模型的标量谱指数运行，揭示其在不同宇宙学模型中的普遍性及非零运行的影响。
2026-09-01 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Distinguishing cosmologies using the turn-around radius near galaxy clusters
在星系团之外，宇宙向内的引力吸引和向外的膨胀之间的竞争导致了一个特殊的速度抵消半径，这被称为转向半径。对回转半径的测量有希望限制宇宙学参数，甚至可能限制引力的性质。然而，这样的测量是复杂的，因为星系团的周围不是球形的，而是一个复杂的细丝、薄片和空隙的集合。在本文中，我们使用数值模拟宇宙的结果来量化现实的误差条的测量的回转半径。我们发现，对于一个$Λ$ CDM宇宙学，这些误差棒通常是$20\%$的顺序。我们数值模拟了三种不同的实现暗能量模型和标量暗扇区相互作用，以解决是否可以用来约束非平凡的宇宙学的转弯半径，我们发现，只有相当极端的模型可以区分从$Λ$ CDM宇宙由于大的误差条所产生的非平凡的集群环境。
2020-05-31 astro-ph.CO
DEMNUni: The imprint of massive neutrinos on the cross-correlation between cosmic voids and CMB lensing
本研究利用 DEMNUni 模拟分析大质量中微子对光度巡天空洞性质及其与 CMB 透镜交叉关联的影响，并提出区分中微子质量的新观测量。
2023-03-17 astro-ph.CO
The darkness that shaped the void: dark energy and cosmic voids
目的：我们评估空洞形状的敏感性，暗能量的性质，在最近的研究中指出。我们调查是否空洞的形状是可用的观测探测星系红移调查。我们重点讨论了平均空穴椭圆率的演化及其物理原因。研究方法：我们分析了五组宇宙学N体模拟中空洞的形态学性质，每组都具有不同的暗能量性质。比较空隙的暗物质分布的晕人口，我们解决的问题，是否星系红移调查产生足够准确的空隙形态。使用参数“自由流域空隙”来识别空隙。红移失真的影响进行了研究。结果：我们证实了暗物质分布中空隙的统计学显著敏感性。我们确定由σ_8（z）测量的聚类水平是平均空隙形状<ε>差异的主要原因。我们发现，在晕和/或星系的分布，它实际上是不可行的，以区分在统计上显着的水平之间的各种宇宙学由于稀疏性和空间偏差的样本。
2012-06-12 astro-ph.CO gr-qc
Voids and Superstructures: correlations and induced large-scale velocity flows
由细丝、壁和空隙组成的复杂扩张模式构建了不断演化的宇宙网络，物质从低密度区域流向高密度区域。在这里，我们探索的动力学行为的空洞和星系的空洞壳相对于邻近的过密的超级结构，使用千年模拟和斯隆数字巡天数据中的主要星系目录。我们定义了一个相关性措施来估计的倾向，空隙位于一个给定的距离从上层建筑。我们发现空洞云（S型）优先位于更接近上层建筑比空洞中的空洞（R型），虽然我们得到的$\sim40~\mathrm{Mpc}\,\mathrm{h}^{-1}$的上层建筑内的空洞是以类似的方式独立于空洞类型下降。居住在空壳Galerkin显示下降到最近的上层建筑，随着空的全球运动，与速度差分量取决于他们的相对位置在壳相对于上层建筑的方向。这种效应是由空隙膨胀产生的，因此对于R型更强。我们还发现，面对超结构的空壳层中的星系比其他星系更快地流向超密度区，它们与超结构的相对距离相同。模拟得到的结果也重现SDSS数据与线性化速度场的实现。
2017-05-18 astro-ph.CO
Large-Scale Structure Topology in Non-Standard Cosmologies: Impact of Dark Sector Physics
即使我们对宇宙学参数的测量有所改进，宇宙暗区的物理性质在很大程度上仍然是一个谜。暗区模型的许多影响在非常大的尺度上最为突出，将依赖于未来的星系调查来阐明。本文利用流体动力学模拟和宇宙学亏格统计，比较了几种宇宙学模型中大尺度暗物质分布的拓扑性质。对于ΛCDM、Quintessence和暖暗物质模型，在1到20 Mpc/h的尺度范围内，从z = 11到z = 0计算亏格曲线。的曲线进行了分析，在其厄米谱描述的权力包含在非高斯变形的宇宙密度场。我们发现，ΛCDM和ΛWDM模型产生几乎相同的亏格曲线，表明在结构形成上没有拓扑差异。的Quintessence模型，这只是在其膨胀的历史不同，产生显着差异的强度和红移演化的非高斯模式与较高的集群丰度和较低的空隙丰度。这些效应对宇宙方差具有鲁棒性，并且与调整ΛCDM模型的参数所产生的效应有特征性的不同。鉴于模型的简单性和相似性，检测这些差异是理解非标准宇宙学对大尺度结构影响的一个有希望的途径。
2017-02-10 astro-ph.CO
The clustering of critical points in the evolving cosmic web
专注于小的分离和重子声振荡尺度，宇宙演化的集群性能的峰值，空隙，壁，和服从型临界点测量使用两点关联函数在$Λ$ CDM暗物质模拟作为其相对稀有的功能。与高斯随机场的相应理论的定性比较使我们能够理解以下观察到的特征：i）在小间隔处出现禁区，其大小取决于稀有性和签名（\ie负特征值的数目）; ii）重子声学振荡碰撞的放大与稀有性及其对涉及负偏置临界点的互相关的反转; iii）峰和细丝（空隙和壁）的互相关的依赖于取向的小分离发散，其反映了细丝（壁）本征框架中这些点的相对轨迹。相关性的最重要的特征被制成表格。涉及最非线性临界点（峰，空隙）的（交叉）相关性显示出显着的变化与红移，而那些涉及较少的非线性临界点似乎大多不敏感的红移演化，这应该证明有利于模型。峰-壁和峰-空的最大值与峰-丝互相关的最大值的相对距离分别为$\sim\sqrt{2}$和$\sim\sqrt{3}$，这可以解释为宇宙晶体平均接近立方晶格的指示。对红移演化的不敏感性表明，在分析即将到来的大规模调查（如欧几里得或LSST）时，临界点的绝对和相对聚类可能成为标准聚类技术的拓扑鲁棒替代方案。
2020-11-09 astro-ph.CO
Hierarchical Clustering in $Λ$CDM Cosmologies via Persistence Energy
本研究运用拓扑数据分析中的LITE方法将持续图嵌入向量空间，分析了星系团、纤维和空洞等宇宙网结构的演化，发现持续能量与红移值存在相关性，揭示了持续同调与宇宙演化之间的联系。
2024-01-08 astro-ph.CO cs.CG math.AT
Simulating nonlinear cosmological structure formation with massive neutrinos
我们提出了一种新的方法来模拟宇宙学，包含大质量粒子的热自由流运动，如大质量中微子或温暖/热暗物质。该方法结合了热物质的粒子和流体描述，以消除已知困扰传统N体模拟的散粒噪声。我们详细描述了这种方法，以及一些测试用例的结果来验证我们的方法，并检查其适用范围。利用这种方法，我们证明了大质量中微子可以产生一个显着的尺度依赖性的大尺度偏置的深空物质场。我们表明，这种尺度依赖性可以定量地理解使用一个非常简单的球形膨胀模型，再现不同的中微子参数的空偏置的行为。
2016-07-27 astro-ph.CO
Embedded Lensing Time Delays, the Fermat Potential, and the Integrated Sachs-Wolfe Effect
我们推导了FLRW宇宙学中球对称透镜的费马势，并用它来研究后期积分的萨克斯-沃尔夫（ISW）效应，即，在宇宙微波背景（CMB）中由单个大尺度团簇和空洞引起的二次温度波动。我们提出了一个简单的分析表达式的CMB的温度波动在这样的透镜作为一个衍生物的透镜的费马势。这种形式主义是适用于线性和非线性密度演化的情况下，任意大的密度对比度，以及所有开放和封闭的背景宇宙学。它使用起来要简单得多，并且与传统方法进行相同的预测。在这种方法中，总的温度波动可以分为一个时间延迟的部分和一个演变的部分。这两个部分都必须包括在宇宙结构的演变中，两者都同样重要。我们提出了非常简单的宇宙空洞和星系团的ISW模型来说明我们的形式主义的易用性。我们使用简单的宇宙空洞模型的费马势比较预测的ISW效应与最近提取的WMAP和\emph{Planck}数据通过堆叠大的宇宙空洞使用孔径测光方法。如果具有大密度对比的局部宇宙中的空洞不再演化，我们发现仅时间延迟贡献就预测了与测量一致的值。然而，我们发现，对于仍然线性发展的空隙，进化的贡献取消了很大一部分的时间延迟贡献，并导致预测的信号比最近观察到的要小得多。
2015-03-13 astro-ph.CO
The galaxy population in cold and warm dark matter cosmologies
我们使用一对高分辨率的N体模拟实现两个暗物质模型，即标准的冷暗物质（CDM）宇宙演化和温暖的暗物质（WDM）的替代品，其中的暗物质粒子是一个1.5 keV的热遗迹。我们将这些模拟与GALFORM半解析星系形成模型相结合，以探讨由此产生的星系种群之间的差异。我们使用GALFORM模型的CDM和WDM的变种，导致在相同的z=0星系恒星质量函数的建设。我们发现，大多数研究的星系属性在这两个模型中具有相同的值，这表明两种暗物质方案都与当前的观测数据同样匹配。即使在低密度区域，CDM和WDM之间的结构形成差异预计是最明显的，星系的性质也只是略有不同。我们发现的局部宇宙中唯一显着的差异是在“局部星系”的星系群中，即模拟银河系类似物周围半径为1至8Mpc的区域。在这样的区域中，我们的WDM模型提供了一个更好的匹配，以观察到的本地星系数计数，是五倍以上的可能性比CDM模型预测子区域内，是空的观察到的本地虚空。因此，一个高度完整的本地体积普查和未来的调查空洞区域可以提供限制的性质暗物质。
2017-04-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Bayesian inference of dark matter voids in galaxy surveys
我们应用BORG算法的斯隆数字巡天数据发布7主要样本星系。该方法的结果在物理推断的初始密度场在一个比例因子$a~=~10^{-3}$，演化引力的观测密度场在一个比例因子$a~=~1$，并提供了一个准确的量化相应的不确定性。在这些结果的基础上，我们产生了一组约束实现目前的大规模暗物质分布。作为一个物理说明，我们应用了一个空洞识别算法。以这种方式，我们访问由推断的暗物质场定义的空洞，而不是由星系，大大减轻了由于示踪剂的稀疏性和偏差的问题。此外，使用全尺寸的物理密度场产生的统计不确定性在空洞目录急剧减少。这些新的星表是与其他宇宙学探测器互相关的增强数据集。
2014-10-03 astro-ph.CO
Void spin distribution as a powerful probe of $σ_{8}$
本文利用 AbacusSummit 多宇宙学模拟和 Void-Finder 算法测量空洞自旋，发现其广义 Gamma 参数仅敏感依赖 $σ_{8}$，可规避与其他宇宙学参数的简并。
2025-05-02 astro-ph.CO
The Galaxy Halo Connection in Modified Gravity Cosmologies: Environment Dependence of Galaxy Luminosity function
利用在$z=0$上对$f(R)$和nDGP模型的$N-$体模拟，研究了修正引力模型中星系晕连接和星系密度场的依赖性.由于这些模型所采用的筛选机制，变色龙和Vainshtein，晕聚集在不同的非线性制度的结构形成。我们量化了它们在不同环境下的星系密度场与标准$Λ$ CDM模型的偏差。我们通过（子）Halo Abnormal Matching在Halo中填充星系。我们的主要结果是：2）$f(R)$重力模型预测在低密度的$\sim10\%$环境中星系数量过多，而在高密度的$|f_{R0}| = 10^{-4}$和$10^{-6}$环境中星系数量不足，而$|f_{R0}| = 10^{-5}$预测更多的高密度结构; 3）不同的引力模型预测的星系光度函数（GLF）与环境的依赖性不同，特别是在类空区，我们发现$f(R)$模型在$\sim10\%$附近存在差异，而nDPG模型在低光度星系中更接近于$Λ$ CDM，但在所有环境中高光度星系中$\sim11\%$都存在亏损。我们的结论是，GLF与环境的依赖性可能提供一个测试，以区分重力模型和筛选机制从$Λ$ CDM。我们提供了HOD参数的重力模型在本文中分析。
2019-06-25 astro-ph.CO
Hydrodynamical simulations of galaxy clusters in dark energy cosmologies: I. general properties
我们研究了暗能量对结构形成的影响，在五个不同的宇宙学模型，即一个和谐的$Λ$ CDM模型，两个模型与动态暗能量，被视为一个精粹标量场（使用RP和SUGRA势的形式）和两个扩展的精粹模型（EQP和EQn），其中的精粹标量场与引力非最小相互作用（标量张量理论）。我们对所有模型采用了物质功率谱$σ_{8}$的归一化来匹配CMB数据。在含有动力学暗能量和精粹的模型中，我们用$w_0\approx-0.9$描述物态方程，仍在观测允许的范围内。对于每一个模型，我们进行了流体动力学模拟的宇宙学盒的$(300 \ {\rm{Mpc}} \ h^{-1})^{3}$，包括重子，并允许冷却和恒星形成。演化中的暗能量和重子物理学的当代存在使我们能够研究不同背景宇宙学和发光物质演化之间的相互作用。由于星系团重子分数可以用来约束其他宇宙学参数，如$Ω_{m}$，我们还分析了暗能量如何影响星系团的重子含量。我们发现，在动力学暗能量模型中，演化的宇宙学背景导致不同的恒星形成速率和不同的星系团形成历史，但重子物理并没有受到相应的影响。我们研究了几个代理的集群质量函数的基础上的X射线观测值，如温度，光度，$M_{gas}$，和$Y_{gas}$。我们的结论是，X射线温度和$M_{gas}$函数是更好的诊断解开不同的暗能量模型之间的结构的生长。[删节]
2012-03-23 astro-ph.CO
The Universe as a driven quantum system: Unbounded heating in cyclic cosmologies
一个不断发展的宇宙的哈密顿量被证明是形式上等价于一个驱动的量子系统，其驱动如下的时空度规的时间依赖性。这种类比允许从驱动量子系统领域的见解被应用到宇宙学设置。特别是，它表明，周期性循环宇宙学一般禁止（除非在某些限制约束下），由于它们的对应关系与量子驱动的量子系统（通常预计将经历无限的加热在无限的未来）。这一结果强调了未来如何需要对非周期驱动的量子系统进行研究，以充分描述更一般的循环宇宙学的动力学（简要讨论了定性图像）。
2021-09-02 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech gr-qc
One-point statistics matter in extended cosmologies
晚期宇宙包含了大量关于基础物理学和引力的信息，这些信息被包裹在非高斯场中。为了利用尽可能多的信息，有必要超越两点统计。而不是去高阶N-点关联函数，我们证明了球的概率分布函数（PDF）的物质场（一个一点函数）已经包含了大量的这种非高斯信息。PDF剖析了不同的密度环境，这些密度环境被集中在两点统计中，这使得它对于探测重力或膨胀历史的修改特别有用。我们在Cataneo et. 2021扩展了大偏差理论在这些“扩展”宇宙学中预测$Λ$ CDM中物质PDF的成功。Fisher预测通过将3D物质PDF与3D物质功率谱相结合的类似欧几里得的调查体积的约束来展示物质PDF中的信息内容。相对于单独的功率谱，在一个不断发展的暗能量模型中，加入物质PDF将参数的不确定性减半。此外，物质PDF包含足够的非线性信息，以大大增加偏离广义相对论的检测意义，仅功率谱就有六倍的改进。这一分析表明，物质PDF是一个很有前途的非高斯统计量提取宇宙学信息，特别是对超越$Λ$ CDM模型。
2021-12-08 astro-ph.CO
Dynamical System Analysis of Cosmologies with Running Cosmological Constant from Quantum Einstein Gravity
我们讨论了一种机制，诱导宇宙尺度上的时间依赖的真空能量。它基于正宇宙学常数宇宙中低能量子涨落引发的不稳定性诱导重整化。我们采用动力学系统方法研究Friedmann-Robertson-Walker宇宙学的定性行为，其中宇宙学常数在低能下按照这种非微扰标度动态演化.它将表明，它是可能实现“两个制度”的暗能量阶段，其中一个不稳定的早期阶段的幂律演化的标度因子是由一个加速膨胀时代在晚些时候。
2011-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Safely simplifying redshift drift computations in inhomogeneous cosmologies: Insights from LTB Swiss-cheese models
针对非均匀宇宙学中红移漂移计算复杂度高的问题，本研究利用LTB瑞士奶酪模型证明仅保留两个主要贡献项即可在z=1范围内达百分比级精度，将24个耦合常微分方程简化为标准零测地线方程，为高效红移漂移计算提供了实用稳健的框架。
2025-10-10 astro-ph.CO
Persistent homology of the cosmic web. I: Hierarchical topology in $Λ$CDM cosmologies
使用一组宇宙结构形成的$Λ$ CDM模拟，我们使用最先进的多尺度拓扑数据分析（TDA）工具来研究宇宙网络的不断演化的连通性和不断变化的拓扑结构。我们遵循宇宙网络拓扑结构的贝蒂数曲线的演变和特征持久性图的三个（拓扑）类的结构特征：物质浓度，细丝和隧道，和空隙的发展。贝蒂曲线将特征的突出性指定为密度水平的函数，它们随宇宙时代的演化反映了这些结构特征之间不断变化的网络连接。持久性图量化了拓扑特征的寿命和稳定性。在这项研究中，我们首次建立了持久性图之间的联系，它们显示的特征，以及引力驱动的宇宙结构形成过程。通过跟踪这些图表在宇宙时间内的发展，建立了宇宙网络的多尺度拓扑结构和宇宙结构的层次构建之间的联系。图中尖锐的顶点与结构形成过程中的关键转变密切相关。物质浓度图中的顶点与密度水平相一致，通常情况下，它们从哈勃膨胀中分离并开始坍塌。在这个层次上，许多独立的岛屿合并形成宇宙网络，大量的细丝和隧道出现，建立连接桥梁。顶点的位置趋势具有自相似的特征，这可能与宇宙网的层次结构有关。我们发现，持久性图提供了一个显着更高，更深刻的层次上的结构形成过程中的信息比更全球性的总结统计，如欧拉特征或贝蒂数。
2021-04-23 astro-ph.CO
Mass accretion rates and multi-scale halo environment in cold and warm dark matter cosmologies
我们研究了冷和暖暗物质（CDM和WDM）宇宙学模拟中暗晕质量吸积的演化环境依赖性。后者使我们能够探测在WDM半模质量以下的尺度上的晕生长的性质，这形成了非线性无碰撞动力学的极端制度，并提供了一个很好的测试平台，有关分层增长的想法。作为环境代用指标，我们使用局部晕中心物质密度$δ$和潮汐各向异性$α$，以及大尺度晕偏差$b_1$。我们的分析，同时再现已知的趋势，环境依赖的吸积在CDM，以及吸积在CDM和WDM之间的比较，揭示了几个有趣的新功能。正如预期的偏移集模型，WDM晕有较高的特定吸积率，占主导地位的吸积扩散质量，相比CDM晕。对于低质量WDM晕，我们发现，环境依赖的扩散质量吸积以及吸积合并几乎完全解释了$α$。对于其他情况，$δ$至少起着相当的作用。我们检测到，第一次，一个显着的和不断发展的装配偏差，由于扩散质量吸积低质量CDM和WDM晕（后不包括回溅对象），与$z=0$强度高于几乎所有已知的次要变量，并在很大程度上解释了$α$。我们的研究结果限制了半解析合并树算法，这反过来又会影响基于它们的星系演化模型的预测。
2022-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Can cosmic voids ease the Hubble tension? Local expansion in $w_0w_a$CDM
Università degli Studi di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；INFN Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）；ICTP, International Centre for Theoretical Physics（国际理论物理中心）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平托研究所计算天体物理学中心）
研究局部宇宙空洞对平坦$w_0w_a$CDM 宇宙学中哈勃率低红移测量的影响，用流体动力学模型计算空洞引起的哈勃位移，发现其主要受物质部分控制，局部低密度能影响哈勃率推断，但无法解决哈勃张力。
2026-11-04 astro-ph.CO gr-qc
Evolution of Cosmic Voids: Structure, Galaxies, and Dynamics
Department of Astronomy and High Energy Physics, Kharazmi University（卡拉兹米大学天文与高能物理系）
利用千禧年模拟和SDSS数据，研究宇宙空洞从z=2.09至今的结构、测光和动力学演化，发现空洞随红移降低逐渐变空，星系亮度减弱且聚集性下降，大空洞中星系更亮且演化更快，密度轮廓呈普适形状，模拟显示所有空洞存在向外流动，与SDSS比较发现观测空洞中存在非零中心星系群体，可能挑战ΛCDM模型。
2026-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Newtonian self-gravitating system in a relativistic huge void universe model
本文考虑通过观测大尺度结构来检验哥白尼原理，并为此目的研究了不引用哥白尼原理的相对论巨空宇宙模型中的自引力系统。在均匀各向同性的背景宇宙模型中，如果我们把注意力集中在空间尺度远小于宇宙视界尺度的弱自引力慢演化系统上，则宇宙学牛顿近似是成立的。同样在巨空宇宙模型中，与宇宙学牛顿近似相同的近似也可用于分析包含在空间尺寸远小于巨空尺度的区域中的微扰：通过使用费米正规坐标以微扰的方式考虑巨空的影响。利用这种近似，我们导出了相对速度远小于光速的弱自引力微扰的运动方程，并指出由于巨大空洞中的各向异性体积膨胀，所导出的方程可能与均匀各向同性宇宙模型中的方程有很大的不同。我们将导出的运动方程线性化并求解。结果表明，线性密度微扰的行为与均匀各向同性宇宙模型中的行为有很大的不同。
2014-10-01 astro-ph.CO gr-qc
The time evolution of bias
我们研究了宇宙密度场偏差的时间演化。我们对传统的$Λ$冷暗物质（$Λ$ CDM）模型进行了宇宙网演化的数值模拟。模拟涵盖了广泛的盒子大小$L=256 - 1024\Mpc$，和时代从非常早期的时刻$z=30$到现在的时刻$z=0$。利用有偏的$Λ$ CDM模拟的暗物质粒子，计算了星系的空间关联函数$ξ(r)$.我们分析这些功能如何描述不断发展的宇宙网络的偏置特性。我们发现，对于所有的宇宙时代的偏置参数，定义通过所选的样本和物质的关联函数的比例，取决于两个因素：在空隙和集群人口的物质的比例，和星系样本的光度（质量）。引力不能完全抽空空洞，空洞中总有一些未成团的物质，因此星系的偏置参数在整个演化时期内总是大于1。我们发现，对于所有的宇宙时代的偏差参数值形成规则的序列，取决于星系的光度（粒子密度限制），并随时间的推移而减少。
2022-09-13 astro-ph.CO
Modeling nonlinear scales for dynamical dark energy cosmologies with COLA
CBPF - Brazilian Center for Research in Physics（巴西物理研究中心）；Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista（圣保罗州立大学理论物理研究所）；Department of Physics & Astronomy, Stony Brook University（石溪大学物理与天文学系）；C. N. Yang Institute for Theoretical Physics, Stony Brook University（石溪大学陈省身理论物理研究所）
本文利用COLA方法构建模拟套件，评估了在扩展宇宙学中建模非线性结构的可行性，展示了COLA模拟器在参数约束和精度上的优越性。
2026-04-08 astro-ph.CO
Influence of Small-Scale Inhomogeneities on the Cosmological Consistency Tests
目前的宇宙学暗区（暗物质加上暗能量）正在挑战我们对宇宙中发生的物理过程的理解。最近，一些作者试图证伪这种暗物质-暗能量范式的基本假设。在这封信中，我们表明，过度简化的测量过程可能会产生假阳性的任何一致性测试的基础上，全球均匀和各向同性的LCDM模型和它的扩展历史的基础上的距离测量。特别是，当考虑到由于聚集物质或空隙引起的局部不均匀性效应时，似乎存在明显违反基本假设（“哥白尼原理”）的情况。相反，偏差的幅度也探测到的可靠性程度的现象学戴尔-罗德程序面临的预测与弱透镜的方法的准确性。最后，提出了一种新的方法来重建LCDM模型中的不均匀性效应，并讨论了如何区分不同宇宙学中的团簇效应（或空洞效应）的一些建议.
2012-07-20 astro-ph.CO gr-qc
Redshift-drift as a test for discriminating between decelerating inhomogeneous and accelerating universe models
爱因斯坦方程的精确非齐次解已经在文献中被用来建立没有暗能量的宇宙学数据模型。然而，由于这些模型的自由度，有必要摆脱在区分它们和加速宇宙模型时经常表现出的简并性。我们给出了一个概述的红移漂移在非均匀宇宙学，并解释它如何服务于这一目的。拟合数据的一类模型是Szekeres Swiss-cheese类，其中非球对称空隙表现出约400 Mpc的典型尺寸。我们提出了我们的计算在这个模型中的红移漂移，并比较它与其他作者的替代方案所获得的结果。
2013-01-23 astro-ph.CO
Swiss-cheese cosmologies with variable $G$ and $Λ$ from the renormalization group
对于暗能量和暗物质的本质，人们仍然缺乏令人信服的解释。在最近的工作中，一个RG改进的瑞士奶酪宇宙学的宇宙学常数依赖于\sch半径已被证明是一个有前途的模型来解释所观察到的宇宙加速。在这项工作中，我们扩展了这个模型，以考虑牛顿常数$G$和宇宙学常数$Λ$根据IR-不动点假设的组合标度。我们将证明，我们的模型很容易产生所观察到的最近从减速到加速的通道，而不需要额外的能量尺度，外来场或微调。为了检验这一概念的普遍性，我们分析了两种不同的标度关系，并证明了它们都与$Λ$ CDM宇宙学非常一致。我们还表明，我们的模型满足观测局部约束$\dot{G}/G$。
2022-01-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic spherical void via coarse-graining and averaging non-spherical structures
非均匀宇宙学模型能够在没有暗能量的情况下拟合宇宙学观测，前提是假设我们生活在一个非常大规模的低密度区域的“中心”附近。大多数通过非均匀性拟合观测的研究也假设球对称，因此位于（或非常接近）中心可能意味着位于一个非常特殊和不太可能的观测点。我们认为，这种球形空隙应被视为只有一个粗略的第一近似配置，从一个合适的平滑出的非球形部分的不均匀性的角度尺度。在这封信中，我们提出了一个支持上述声明的玩具结构。该构造使用了Szekeres模型的一部分，该模型是不均匀和各向异性的，因此它也解决了球形不均匀性的限制。通过使用薄壳近似（这意味着Israel-Darmois连续性条件在壳之间不满足），我们构建了一个演化的宇宙结构模型，包含几个细长的超星系团状结构，它们之间有欠密区域，这共同提供了一个合理的宇宙结构的粗粒度描述。虽然这种配置不是球对称的，其适当的体积平均值产生的球形空隙轮廓为250 Mpc，大致同意与观察。此外，通过考虑非球形不均匀性，“中心”位置的定义变得更加细致，因此通过拟合观测对我们相对于该位置的位置的约束变得不那么严格。
2011-02-02 astro-ph.CO gr-qc
Early galaxy formation in warm dark matter cosmologies
我们提出了一个高红移（$z \geq 7$）星系形成的框架，跟踪他们的暗物质（DM）和重子组装在四个宇宙学：冷暗物质（CDM）和暖暗物质（WDM）与粒子质量的$m_x =$ 1.5，3和5 ${\rm keV}$。我们使用相同的天体物理参数调节恒星的形成和反馈，选择匹配不断变化的紫外线光度函数（UV LF）的当前观测。我们发现CDM和$m_x \geq 3 {\rm keV}$ WDM中的可观测星系（使用当前和即将到来的仪器）的组装导致相似的晕质光比（M/L），恒星质量密度（SMD）和UV LF。然而，在$1.5 {\rm keV}$ WDM模型中，对小尺度结构的抑制导致了一个明显的延迟和随后更快的恒星组装。因此，在$m_x \leq 2 {\rm keV}$ WDM宇宙学的星系大会的特点是：（一）缺乏小质量的晕托管微弱的星系;（二）年轻，更紫外线明亮的恒星人口，对于一个给定的恒星质量。较高的M/L比（效果ii）部分补偿了小质量晕的缺乏（效果i），使所得的紫外线LF更接近CDM比从简单的估计晕丰度。我们发现SMD的红移演化是对DM性质的一个强有力的探测。对于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），积分到$M_{UV} =-16.5$的极限，SMD在$m_x = 1.5 {\rm keV}$ WDM中演化为$\log$（SMD）$\propto -0.63 (1+z)$，而在CDM中演化…
2015-05-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mass Function Predictions Beyond LCDM
晕的质量分布，由晕质量函数指定，是几个宇宙学探测器的关键输入。$N$ -体模拟的规模现在是这样的，在大多数情况下，结果不再需要受到几何学的限制，但仍然受到各种系统不确定性的影响。我们调查和讨论这些差异的原因。量化误差源，并适当补偿他们，我们进行了高统计研究暗物质晕67 $N$体模拟调查的质量函数及其演变的参考$Λ$ CDM宇宙学和一组$w$ CDM宇宙学。对于参考$Λ$ CDM宇宙学（接近WMAP 5），我们量化了作为红移函数的质量函数形式的普适性的破坏，发现红移$z=0$和$z=2$之间的普适性形式的演化高达10%。对于宇宙学非常接近这个参考，我们提供了一个拟合公式，我们的结果（不断发展）$Λ$ CDM质量函数的质量范围为$6\cdot 10^{11}-3\cdot 10^{15}$ M $_{\odot}$的估计精度约为2%。$w$ CDM宇宙学的集合取自Coyote宇宙模拟套件。该套件的质量函数（包括$Λ$ CDM宇宙学和其他具有$w\simeq-1$的宇宙学）由参考$Λ$ CDM情况的拟合公式描述，精确度为10%，但具有明显的系统偏差。我们认为，作为一个结果，拟合公式的基础上的普遍形式的质量函数可能有有限的效用，在高精度的宇宙学应用。
2011-03-18 astro-ph.CO
Evolution of Dark Energy Perturbations in Scalar-Tensor Cosmologies
我们通过解析和数值求解标量张量宇宙学中的广义爱因斯坦方程，得到了暗能量和物质线性微扰的演化。我们比较我们的结果与相应的结果最小耦合quintessence扰动。我们的结果自然（O（1））值的拉格朗日参数，导致类似于LCDM的背景展开总结如下：1。在小于100 h^{-1} Mpc的尺度上，标量-张量暗能量密度扰动与最小耦合的精粹扰动相比，被放大了约10^6倍。在这些尺度上，暗能量扰动与物质密度扰动相比只占10%左右。2.标量张量暗能量密度扰动与亚哈勃尺度上的物质线性扰动反相关。因此，星系团被预测与暗能量的空洞重叠。3.这种物质与负压扰动的反相关性导致了物质扰动在亚哈勃尺度上轻微放大约10%。4.亚哈勃尺度上标量场扰动的演化与尺度无关，因此它对应于消失的有效声速（c_{sΦ} =0）。它还涉及由场的放大有效质量引起的早期大振荡。这种放大是由于场与里奇曲率标量以及（因此）与物质的非最小耦合。没有这样的振荡存在于最低限度的耦合的精粹扰动，这是抑制亚哈勃尺度（c_{sΦ} =1）。我们的研究结果的影响，包括修改后的预测集群晕配置文件观察到的属性。已知这些剖面与LCDM的预测存在一定的张力。
2010-02-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Void and Density Walls Inhomogeneous Cosmic Web And Dark Energy
本研究利用宇宙网中空洞与密度墙的差异膨胀产生的反作用效应，在不修改基础物理的前提下解释暗能量演化，并调和局部与CMB观测的哈勃常数差异。
2025-03-26 astro-ph.CO gr-qc
Hubble parameter measurement constraints on dark energy
我们使用来自Gaztañaga等人（2009），Stern等人（2010）和Moresco等人（2012）的21个哈勃参数与红移数据点，对恒定和时间演化的暗能量宇宙学的模型参数进行约束。这是迄今为止考虑的最大的H（z）数据集。包含8个新的Moresco等人（2012）测量结果导致H（z）约束比Chen & Ratra（2011 b）导出的约束更具限制性。这些限制现在几乎与当前Ia型超新星（SNIa）视星等与红移数据（Suzuki et al. 2012）的限制一样严格，现在更仔细地考虑了系统的不确定性。这是一个了不起的结果。然而，我们强调，SNIa数据已经研究了更长的时间比H（z）数据，可能导致在SNIa的情况下，潜在的系统误差的更好的估计。对H（z）、重子声学振荡峰长标度和SNIa数据的联合分析支持一个空间平坦的宇宙学模型，该模型目前由一个与时间无关的宇宙学常数主导，但不排除缓慢演化的暗能量。
2013-01-20 astro-ph.CO
Rolling Galileons: Evolving Braiding Strength for Viable Dark Energy
Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth（朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所）；Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）
受暗能量动态性观测迹象启发，引入滚动伽利略引力，其耦合系数可变产生演化编织强度。推导满足三个现象学要求的条件，贝叶斯分析表明最小模型能满足要求并拟合膨胀历史数据。
2026-09-02 astro-ph.CO gr-qc
The Dispersion Measure Contributions of the Cosmic Web
本研究利用IllustrisTNG模拟，分析快速射电暴穿过宇宙网不同结构（暗物质晕、丝状结构、空洞）的色散量贡献，发现丝状结构主导DM且随红移增加，为宇宙学参数探测提供更精确的纯空洞视线。
2023-09-15 astro-ph.CO
Consistency of standard cosmologies using Bayesian model comparison and tension quantification
Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab（巴黎萨克雷大学）；Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学物理与天文学系）
本文通过贝叶斯方法评估LCDM模型的一致性，发现曲率张力和暗能量演变的证据依赖于数据组合和处理方式，但整体上标准宇宙模型仍具有一致性。
2026-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Global gravitational instability of FLRW backgrounds - interpreting the dark sectors
宇宙学的标准模型是基于爱因斯坦方程的各向同性解。已知这些解对于局部非均匀扰动是引力不稳定的，通常描述为在相同解给出的背景上演化。在这幅图中，FLRW背景被用来描述所有时间的非均匀扰动的平均值。本文研究了FLRW尘埃背景在一类平均非均匀宇宙学中的（不）稳定性。我们研究后者的相图，讨论他们的不动点和轨道结构，并提供详细的插图。我们表明，FLRW宇宙学是不稳定的，在一些相关的情况下：平均模型被赶出他们通过结构的形成和加速膨胀。我们发现支持的建议，FLRW框架的黑暗组件可能与这些不稳定的部门。我们的结论是，FLRW宇宙学必须严格考虑其作用，作为可靠的模型的物理背景。
2011-12-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Studying light propagation in a locally homogeneous universe through an extended Dyer-Roeder approach
光在传播过程中会受到局部不均匀性的影响，这可能会改变距离，从而改变宇宙学参数的估计。在精密宇宙学时代，如果不适当地考虑不均匀性的存在，可能会引起系统误差。在这种情况下，传统的戴尔-罗德（DR）的方法，允许从遥远的光源接收到的光在比平均密度更大的区域旅行提出了一个新的解释。有人认为，存在一个小的和中等的宇宙空洞（或“黑色区域”）的分布意味着它的物质含量被重新分配到均匀和集群的物质成分，前者变得比宇宙平均密度在没有空洞。从现象学上讲，这意味着DR平滑度参数（在此表示为$α_E$）可以大于1，因此，应重新讨论所有以前的分析约束它的自由上限。相应地，通过在一个平坦的$Λ$ CDM模型中对来自Union 2编译数据的557颗Ia型超新星（SNe Ia）进行统计分析，我们获得了扩展参数$α_E=1.26^{+0.68}_{-0.54}$（$1σ$）。还针对通用$Λ$ CDM模型和平坦XCDM宇宙学分析了$α_E$的影响。对于这两个模型，我们发现，一个值的$α_E$大于1是能够协调SNe Ia和宇宙微波背景观测，从而减轻了众所周知的低和高红移数据之间的紧张关系。最后，为了证明为什么$α_E$可以大于单位所需的超新星数据的基础上宇宙空洞的存在，提出了一个简单的玩具模型。
2014-03-10 astro-ph.CO gr-qc
CMB Implications of Multi-field Axio-dilaton Cosmology
本文研究多场轴子-伸缩子宇宙学，推导微扰方程并用修改的Boltzmann代码检验四类基准模型，发现含强物质-标量耦合及轴子势的选择均可给出可行宇宙学。
2024-09-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Are the 2dFGRS superstructures a problem for hierarchical models?
我们引入了一个客观的方法来评估发现极端事件的概率分布的冷暗物质，如空洞，超密度或非常高的质量晕。我们的方法使用一个N体模拟的层次聚类的暗物质，以找到极端的结构。极端事件的频率，在我们的例子中，细胞或平滑体积与最高计数的集群质量暗物质晕，是很好地描述了一个Gumbel分布。然后，这种分布可以用来预测发现更多极端事件的概率，否则需要更大的模拟集合来量化。我们使用我们的技术来评估发现大质量星系团或超星系团集中的机会，就像在两度视场星系红移巡天（2dFGRS）中发现的两个，使用细胞计数分析。Gumbel分布给出了一个很好的描述极端细胞计数的分布在两个大的合奏模拟涵盖不同的宇宙学，也当测量在实空间和红移空间的集群。我们在模拟中发现了类似于2dFGRS中发现的结构的例子。在等于2dFGRS的体积中发现这种结构的机会约为2%。
2011-04-20 astro-ph.CO
Evolution of cosmological perturbations and the production of non-Gaussianities through a nonsingular bounce: Indications for a no-go theorem in single field matter bounce cosmologies
假设曲率扰动和引力波最初起源于物质主导的收缩相的真空涨落，我们研究了通过非奇异弹跳相演化的宇宙学扰动的动力学，该非奇异弹跳相由与爱因斯坦引力最小耦合的一般单标量场拉格朗日量描述。为了使这样的模型与当前张量-标量比的上限保持一致，必须在反弹阶段增强曲率波动。我们表明，虽然它仍然有可能扩大曲率扰动的振幅，由于非平凡的背景演化，这种增长是非常有限的，因为超级哈勃尺度上的曲率扰动的守恒。我们进一步通过反弹阶段的原始非高斯性的演变进行了一般性的分析。通过研究双谱的一般形式，我们表明，非高斯参数$f_{\mathrm{NL}}$（这是为了团结之前的反弹阶段）是在反弹阶段，如果曲率波动增长增强。因此，在这种由单个标量场给出物质的非奇异反弹模型中，在获得足够小的张量-标量比和不获得超过当前上限的$f_{\mathrm{NL}}$值之间似乎存在张力。这个结论可以被认为是一个“不可行”的定理，它排除了任何以真空初始条件为涨落的单场物质反弹宇宙学。
2015-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
