Analytic Methods for Cosmological Likelihoods
我们提出了宇宙学似然分析的一般解析方法，解决了宇宙学中的“多参数”问题。最大值的发现牛顿法，而边缘化多余的参数，参数误差和协方差估计的分析边缘化的任意似然函数与平坦或高斯先验。我们表明，其余参数的信息被边缘化。边缘化的所有参数，我们发现一个分析表达式的贝叶斯证据模型选择。我们将这些方法应用于由高斯似然描述的数据，其参数为均值和协方差。当与Monte-Carlo Markov Chain方法结合时，该方法可以将常规的似然分析加速几个数量级，而贝叶斯模型选择变得有效瞬时。
2010-03-04 astro-ph.CO
Unitary and Analytic Renormalisation of Cosmological Correlators
Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）
本文研究了宇宙学相关函数的一阶修正，并开发了适用于de Sitter时空的η调节器新方案，通过单位元和解析重整化方法统一了不同重整化方案的结果。
2026-04-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Thermodynamic Split Conjecture and an Observational Test for Cosmological Entropy
Vanderbilt University（范德堡大学）
本文提出热力学分裂猜想，指出黑洞与宇宙学视界热力学在量子引力中本质上不等价，并提出通过观测数据验证该猜想的方法。
2025-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Reconstructing the parameter space of non-analytical cosmological fixed points
针对各向异性背景下标量场与矢量场耦合的暗能量模型中不动点无法全部解析求解的问题，提出数值重构参数空间的通用方案，并发现无解析表示的加速吸引子。
2023-08-14 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological constraints from BOSS with analytic covariance matrices
我们使用解析协方差矩阵进行一个完整的形状分析的星系功率谱多极从重子振荡光谱巡天（BOSS）。我们得到的参数估计，同意以及基于样本协方差从2000星系模拟目录，从而验证了分析方法，并提供大量的计算成本降低。我们还强调了分析协方差的一些额外的优势。首先，分析不会受到采样噪声的影响，采样噪声会使约束产生偏差，并且通常需要扩大参数误差条。其次，它允许我们研究宇宙学约束的收敛性，重新计算解析协方差以匹配最佳拟合功率谱，这可以在一个可以忽略不计的计算成本，不像使用模拟目录。这些影响减少了宇宙学约束的系统误差预算，这表明分析方法可能是即将到来的高精度星系红移调查，如DESI和欧几里得的一个重要工具。最后，我们研究了功率谱协方差矩阵中的各种成分的影响，并表明，非高斯部分，其中包括定期三谱和超样本协方差，有一个边际效应（$\lesssim 10 \%$）的宇宙学参数误差酒吧。我们还建议改进Fisher预测中常用的分析协方差。
2020-12-24 astro-ph.CO
A compact analytic formula for the one-loop triangle cosmological correlator
Max-Planck-Institut für Physik, Werner-Heisenberg-Institut（马克斯·普朗克物理研究所）；Institute for Theoretical Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学理论物理研究所）
本文推导了德西特空间中共形耦合标量场单圈三角形宇宙学关联子的紧致解析公式，其含42个二重对数，无需辅助正则化因子，经数值验证，还揭示了该关联子的数学性质及更高点关联子的研究途径。
2026-08-19 astro-ph.CO hep-th
Hydromagnetic waves in an expanding universe -- cosmological MHD code tests using analytic solutions
我们描述了如何线性磁流体波的解析解可用于测试宇宙磁流体动力学（MHD）代码。本文从共动磁流体力学方程出发，导出了物质主导的平坦爱因斯坦-德西特（EdS）宇宙中线性磁流体波振幅演化的解析解。所考虑的波是共动的，线性极化的阿尔文波和共动的，由自重力修改的磁声波（快）。可压缩波的解决方案被发现的一般绝热指数，我们认为除了完整的解决方案的流体动力学的限制，没有自重力。除了这些解析解，线性化方程数值求解的$Λ$ CDM宇宙学。我们使用解析解和数值解与使用宇宙学MHD代码AREPO获得的结果进行比较，并在使用足够数量的网格点时发现良好的一致性。通过进一步推导包含物理Navier-Stokes粘度的Alfvén波解，我们解释了在具有少量网格点的模拟中明显存在的数值阻尼。阿尔文波模拟和理论之间的比较表明，耗散可以用数值粘性系数$η_\mathrm{num} \propto a^{-5/2}$来描述，其中$a$是比例因子。我们设想，我们的例子可能是有用的，当开发一个新的宇宙MHD代码或现有代码的回归测试。
2022-09-30 astro-ph.CO
Anatomy of Family Trees in Cosmological Correlators
针对宇宙学关联函数研究中时间排序多层积分的难题，研究团队系统剖析家族树的解析性质，明确其奇点特征与级数表示，证明全阶因子分解，为相关研究提供关键解析数据。
2025-09-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Anisotropic cosmological solutions in $R + R^2$ gravity
本文研究了在$R+R^2$引力作用下各向异性Bianchi I宇宙的过去演化。使用动力系统的方法，我们表明，存在一个新的两个参数的解决方案，其中包括各向同性的“假辐射”的解决方案和各向异性的广义Kasner解决方案，这是稳定的。我们从$f(R)$引力的一个特殊性质出发，导出了剪切的解析行为，并得到了接近初始奇点时Ricci标量的解析渐近形式。最后，我们对结果进行了数值检验。
2017-10-24 astro-ph.CO gr-qc
Dynamics of gravitating hadron matter in Bianchi-IX cosmological model
本文对Bianchi-IX背景下的Einstein-Skyrme宇宙模型进行了分析。我们分析描述渐近制度和半解析-通用制度。根据牛顿常数$κ$与Skyrme耦合$K$的乘积，在没有宇宙学项的情况下，似乎有三种可能的区域--$\kK < 2$的衰减和两种幂律区域--$\kK=2$的$\propto t^{1/2}$和$\kK > 2$的$\propto t$。当正宇宙项存在时，当$Λ$ -项足够大时，幂律区变为指数（de Sitter）区，而当$Λ$ -项不足够大时，幂律区变为指数（de Sitter）区。负的宇宙学项导致了与$\kK$无关的能量衰减。所有的非奇异区域在后期都有挤压系数$a(t) \to 1$，这与恢复对称性动力学有关。此外，所有的非奇异制度似乎是线性稳定的指数解总是，而幂律的初始条件的开放区域。
2016-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Classical Cosmological Collider Physics and Primordial Features
暴胀景观中的特征可以为暴胀模型注入额外的能量，并产生质量远大于哈勃暴胀尺度的壳粒子。这种可能性扩展了宇宙对撞机物理学计划的能量范围，其中与这些粒子相关的信号通常被玻尔兹曼抑制。我们研究了两类原始特征的经典宇宙对撞机的机制。在第一类中，原始特征是经典振荡，包括有质量场的相干振荡和暴胀势的振荡特征。第二类包括暴胀模型中的任何尖锐特征。所有这些经典特征都可以激发其他重场的未抑制量子模，从而在原始非高斯性中留下观测特征，包括这些重自由度的粒子谱信息。
2022-09-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Analytic approach to the motion of cosmological phase transition fronts
我们考虑宇宙一级相变中平面相变前沿的运动。我们发现稳定状态的壁面速度作为摩擦系数的函数，并考虑到不同的流体动力学模式的传播的apricical参数。我们利用薄壁近似和袋状态方程得到了速度的解析近似。我们比较我们的结果的数值计算和讨论的有效性的近似范围。我们分析了定态解的结构。对于给定的一组参数，即使在丢弃非物理参数之后，也可能存在多个解决方案。我们将讨论这些将实现在相变作为固定的壁速度。最后，我们讨论了在超相对论速度下摩擦的饱和性和逃逸解的存在性。
2012-08-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Characterizing the linear growth rate of cosmological density perturbations in an f(R) model
本文用数值方法和解析方法研究了一个可行的f（R）模型中宇宙物质密度扰动的线性增长率。我们发现，在标量张量制度的增长率可以用一个简单的解析公式。我们还调查了未来的弱透镜调查约束康普顿波长尺度的f（R）模型的前景。
2010-03-17 astro-ph.CO
Visual analytics for cosmological simulation results
Universiteit Gent（根特大学）
该研究开发了开源网页环境ARGOS，结合GPU加速渲染与模板驱动方法，可用于宇宙学模拟结果的实时可视分析，支持目录级与对象级探索，还适配SKIRT合成多波段成像数据，源代码与参考部署均已公开。
2026-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
An Extension of the Quantum Theory of Cosmological Perturbations to the Planck Era
宇宙学扰动一般用（弯曲但）经典时空上的量子场来描述。虽然这种策略有很大的有效性，但在曲率和物质密度都是普朗克尺度的量子引力时代，它是不合理的。利用圈量子引力的技术，宇宙学扰动的标准理论被扩展以克服这一限制。新的框架通过区分真正的和明显的trans-Planckian困难来尖锐概念问题，并提供了在量子引力理论中克服真正困难的充分条件。在一篇配套的论文中，这个框架被应用到标准的通货膨胀模型中，对理论和观测都有有趣的影响。
2013-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological phase transitions: from particle physics to gravitational waves, semi-analytically
INFN, Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所博洛尼部分所）；Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne (UMR 6533), CNRS/IN2P3, Univ. Clermont Auvergne（克莱蒙奥弗涅大学克莱蒙奥弗涅物理实验室）
本文针对脉冲星计时阵列发现的随机引力波背景，提出一种半解析方法，在U(1)'共形扩展标准模型中计算超冷一级相变产生的引力波谱，避免了计算密集型模拟。
2026-06-16 astro-ph.CO hep-ph
The cosmological Higgstory of the vacuum instability
标准模型希格斯势在大的场值下变得不稳定。在澄清了有效势的规范依赖性问题之后，我们研究了在整个暴胀、再加热和当前时代中存在这种不稳定性的希格斯场的宇宙学演化。我们的结论是，希格斯场位于其真正真空中的反德西特补丁对我们的宇宙是致命的。从这个结果中，我们推导出上界的哈勃常数在通货膨胀，这取决于再加热温度和希格斯耦合到标量曲率或暴胀。最后，我们研究了希格斯亚稳定性和量子引力的一致性之间的推测性联系如何导致希格斯和顶质量的尖锐预测，这与测量值是一致的。
2015-09-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological Constraints on Unstable Particles: Numerical Bounds and Analytic Approximations
标准模型的许多扩展预言了大量额外的不稳定粒子，这些粒子在早期宇宙中的衰变受到观测数据的严格限制。例如，这些粒子的衰变可以改变轻元素丰度的比率，引起宇宙微波背景的扭曲，改变宇宙的电离历史，并有助于扩散光子通量。从这种考虑对新物理学的约束通常是针对具有单一明确定义的质量和特征寿命的单一不稳定粒子种类。在本文中，相比之下，我们调查宇宙学的约束理论，涉及整个合奏的衰变粒子-合奏，跨越潜在的广泛范围的质量和寿命。除了提供一个详细的数值分析，这些约束，我们还制定了一套简单的解析近似这些约束，可适用于通用的合奏不稳定粒子衰减到电磁相互作用的最终状态。然后，我们说明这些解析近似可以用来约束各种玩具的物理场景超出了标准模型。为了便于参考，我们还以表格的形式汇编了我们的结果，可以独立于本文的其余部分进行查阅。因此，我们希望这项工作可以作为一个有用的参考未来的模型建设者关心的宇宙学约束的衰变粒子，无论特定的模型正在研究。
2019-02-14 astro-ph.CO hep-ph
Semi-Analytic Galaxy Formation in Massive Neutrino Cosmologies
对中微子质量的限制导致了对它们的宇宙学作用的修正，因为宇宙学中微子背景的存在是标准宇宙学模型的明确预测。在本文中，我们研究的影响，暗物质（DM）和星系的空间分布，耦合$N$体数值模拟与半解析模型（SAM）的星系形成。包括大质量中微子的宇宙学模拟预测DM扰动相对于具有相同初始条件的$Λ$ CDM运行的较慢演化，并且在小和中等尺度上抑制物质功率谱，从而影响星系种群的预测属性。我们明确地表明，这些偏差的大部分是由不同的$σ_8$预测宇宙学，包括一个大规模的中微子背景驱动。我们的结论是，独立的估计$σ_8$是必要的，为了明确地解释这种背景的影响的增长结构。相对于$Λ$ CDM运行，星系性质本身是一个弱的偏差示踪剂，但它们与所有尺度的整体物质分布相结合，可以在不同的宇宙学模型之间解开纠缠。此外，这些偏差相对于修正引力等竞争模型而言是相反的方向，从而削弱了任何可检测到的宇宙学信号。鉴于中微子背景的普遍存在，在未来旨在限制宇宙“黑暗”成分属性的任务中必须考虑到这些影响。
2014-12-18 astro-ph.CO
Numerical hydrodynamic simulations based on semi-analytic galaxy merger trees: method and Milky-Way like galaxies
我们提出了一种新的方法来研究星系演化的宇宙学背景下。我们结合宇宙学合并树和半解析模型的星系形成多合并流体动力学模拟提供的初始条件。通过这种方式，我们利用合并模拟（高分辨率和包含气体物理）和半解析模型（宇宙学背景和低计算成本）的优势，并将它们整合起来，创建一个新的工具。这种方法使我们能够研究各种星系性质的演变，包括热气体晕的处理，气体从该气体冷却并吸积到中心盘上，这在以前的许多研究中被忽视了。这种方法比其他方法有几个优点。由于只包括感兴趣区域的粒子，运行时间比传统的宇宙学模拟短得多，从而提高了计算效率。使用宇宙学模拟，我们表明，多个合并预计将比孤立的合并序列更常见，因此星系合并的研究应该考虑到这一点。在这项初步研究中，我们提出了我们的方法，并说明了模拟10个银河系的星系，因为z=1的结果。我们发现很好的协议与观测的总恒星质量，恒星形成率，冷气体分数和光盘尺度长度参数。我们希望这种新的数值方法将是非常有用的追求一些问题有关的星系内部结构的转变，通过宇宙时间。
2012-10-19 astro-ph.CO
Analytic Calculation of Covariance between Cosmological Parameters from Correlated Data Sets, with an Application to SPTpol
宇宙学数据集的一致性检查是一个重要的工具，因为它们可能表明系统误差或解决当前紧张局势所需的$Λ$ CDM修改类型。在这项工作中，我们推导出一种分析方法，用于计算两个相关宇宙学数据集的模型参数之间的相关性，这补充了计算成本更高的模拟。该方法是Fisher分析的扩展，假设高斯似然和已知的数据协方差矩阵。我们将这种方法应用于SPTpol温度和偏振CMB光谱（TE和EE）。我们发现$Λ$ CDM参数之间的弱相关性与9 $\%$之间的TE-仅和EE-仅限制$H_0$和25 $\%$和32 $\%$的相关性分别为log（$A_s$）和$n_s$。尽管TE和EE功率谱之间的负相关性，参数的相关性是积极的。TE-EE参数差异与零一致，PTE为0.53，而SPTpol报告的TE和EE功率谱与$Λ$ CDM一致的PTE为0.017。使用模拟，我们发现，这两个测试的结果是独立的，这种差异可以简单地从统计波动。忽略TT-TE和TE-EE比较中的相关性会使$χ^2$偏低，人为地使参数看起来更一致。因此，我们的结论是，这些相关性需要考虑时，执行内部一致性检查的TT与TE与EE功率谱为未来的CMB分析。
2021-01-21 astro-ph.CO
Learning the Universe with cosmological rescaling of merger trees and semi-analytic galaxy formation models
University of Oxford（牛津大学）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理中心）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）；Columbia Astrophysics Laboratory, Columbia University（哥伦比亚大学天体物理实验室）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克巴斯基克，巴斯克科学基金会）；Facultad de Física, Universidad de Sevilla（塞维利亚大学物理学院）
提出将宇宙学缩放方法直接应用于合并树，结合半解析模型，以极低成本生成跨宇宙学和天体物理参数的星系种群，并实现高精度参数估计。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
A roadmap to cosmological parameter analysis with third-order shear statistics IV. Analytic cross-covariance between second- and third-order aperture masses
本文推导并验证了二阶与三阶孔径质量统计量之间的解析互协方差模型，该模型基于功率谱、双谱和四谱，能高效实现联合参数推断，无需大型模拟套件。
2025-09-24 astro-ph.CO
Cosmology with one galaxy: An analytic formula relating $Ω_{\rm m}$ with galaxy properties
New York University（纽约大学）；City University of New York（纽约市立大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出一个解析公式，将物质密度参数Ω_m与星系尺度观测量直接关联，通过符号回归发现该公式能稳健地恢复不同模拟套件中的Ω_m，提供引力势深度调控的星系性状解释。
2026-04-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Semi-Analytical Jeans Filtering Functions for Baryonic Density and Velocity Fields in Second-Order Cosmological Perturbation Theory
Observatorio Astronómico Nacional, Universidad Nacional de Colombia（哥伦比亚国立大学国家天文台）；Universidad Antonio Nariño（安东尼奥·纳里尼奥大学）；Universidad ECCI（ECCI大学）
本研究在二阶宇宙学微扰理论中提出解析方法，结合弗拉索夫方程与金斯滤波函数，描述CDM和重子混合流体的涨落演化，首次通过解析推导获得一、二阶解，揭示重子压强对滤波尺度等参数的影响。
2026-09-29 astro-ph.CO
Gauss-Bonnet braneworld cosmological effect on relic density of dark matter
在Gauss-Bonnet膜世界宇宙学中，我们在3-膜上的四维宇宙的弗里德曼方程在高能区（Gauss-Bonnet区）被修改，而标准膨胀定律在低能区（标准区）被再现。研究了当暗物质在Gaugss-Bonnet区冻结时，Gauss-Bonnet膜世界宇宙学效应对冷暗物质热残余密度的影响.我们发现，所得到的遗物密度显着降低时的转变温度，连接高斯-博内制度与标准制度，是足够低的。这一结果与先前在兰德尔-桑德拉姆膜世界宇宙学中得到的结果形成鲜明对比，在膜世界宇宙学中，遗迹密度被增强了。
2009-03-29 astro-ph.CO hep-ph
Inflationary Features and Shifts in Cosmological Parameters from Planck 2015 Data
我们探讨了普朗克2015年温度和偏振数据中的特征、宇宙学参数的变化以及暴胀特征之间的关系。在低多极$\ell$温度数据中的残差，这是导致幂律$Λ$ CDM模型中$\ell<1000$的高$H_0\approx 70$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$和低$σ_8Ω_m^{1/2}$值的原因，更好地拟合膨胀特征，其中$1.9σ$偏好倾斜的运行或更强的$99\%$ CL局部显著性偏好在广义$k=0.004$ Mpc $^{-1}$附近功率急剧下降。低速滚转和较低$H_0\approx 67$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$。在$\ell>1000$处的相同同相声学残差驱动全局$H_0$约束并表现为透镜异常，这也有利于允许甚至更低的$H_0$的运行参数，但一旦考虑透镜重建就不行。偏振光谱本质上对这些参数变化非常敏感，在普朗克2015 TE数据中更是如此，因为在$\ell \approx 165$处存在离群值，这使最佳拟合的$H_0$ $Λ$ CDM解的不利性超过$2σ$，并且几乎在$3σ$处存在高$H_0$值。目前的极化数据也稍微提高了大规模功率的急剧抑制的意义，但在未来的宇宙方差有限的$E$模式测量留下了很大的改进空间。
2017-06-28 astro-ph.CO hep-ph
Machine Learning and Cosmological Simulations I: Semi-Analytical Models
我们提出了一个新的探索性的框架模型星系形成和演化的层次宇宙中使用机器学习（ML）。我们的动机是双重的：（1）提出了一种新的、有前途的研究星系形成的技术;（2）在半解析模型（SAMs）的背景下定量分析了暗物质晕性质对星系的影响程度。我们使用有影响力的Millennium Simulation和相应的Munich SAM来训练和测试各种复杂的机器学习算法（k-最近邻，决策树，随机森林和极端随机树）。通过只使用必要的暗物质晕物理性质的晕的$M>10^{12} M_{\odot}$和部分合并树，我们的模型预测的热气体质量，冷气质量，隆起质量，总恒星质量，黑洞质量和冷却半径z = 0的每个中央星系在一个暗物质晕的千年运行。我们的研究结果提供了一个独特而强大的现象学框架，以探索建立在SAM上的星系晕连接，并证明ML是一个有前途的和计算效率高的工具来研究小尺度结构的形成。
2015-10-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
