Observational constraints on the energy scale of inflation
确定暴胀的能量尺度对于理解早期宇宙暴胀的性质至关重要。我们把观测约束的能量尺度上的可观测部分的暴胀子潜力相结合的7年威尔金森微波各向异性探测数据与距离测量的重子声学振荡的星系分布和哈勃常数测量。我们的分析提供了该能量标度的上限，在95%置信水平下为2.3 \times 10^{16} GeV。此外，我们预测的灵敏度和约束条件，实现普朗克实验进行Monte Carlo模拟数据的研究。普朗克可以大大改善暴胀的能量尺度和暴胀子势的形状的约束。
2011-04-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Observational Future of Cosmological Scalar-Tensor Theories
下一代的巡天将大大提高我们对宇宙引力的认识。在本文中，我们专注于如何第四阶段光度红移调查，包括弱透镜和多示踪剂的物质分布和无线电实验结合测量的宇宙微波背景将导致精确的限制偏离广义相对论。我们使用一个广泛的Horndeski标量张量理论的子类来预测的准确性，我们将能够确定这些偏差和它们的退化与其他宇宙学参数。我们的分析包括相对论效应，不依赖于准静态演化，并对小尺度上的屏蔽效应做了保守的假设。我们定义了一个宇宙学引力测试的品质因数，并展示了如何结合不同类型的调查，探测不同的长度尺度和红移，可以用来确定引力物理的约束，以优于百分之几，大约一个数量级优于目前的探测。未来的宇宙学实验将能够将Brans-Dicke参数限制在与太阳系和天体物理学测试相当的水平上
2020-12-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Forecast constraints on cosmic strings from future CMB, pulsar timing and gravitational wave direct detection experiments
我们研究未来观测约束宇宙弦参数从各种类型的下一代实验：引力波（GW），脉冲星定时阵列的直接检测，和宇宙微波背景（CMB）。我们认为GW突发和随机GW背景搜索地面和空间为基础的干涉仪，以及GW背景检测脉冲星定时实验。我们还考虑了宇宙弦对CMB温度和极化各向异性的贡献。这些不同类型的观测提供了宇宙弦的独立探测器，如果探测到签名，可能使我们能够研究宇宙弦的性质。在本文中，我们评估的权力，未来的实验约束宇宙弦参数，如弦张力Gmu，初始环的大小α，和重联概率p，通过执行Fisher信息矩阵计算。我们发现，结合不同类型的观测信息打破了参数退化，并提供了更严格的参数约束。我们还发现，未来的星载干涉仪独立地提供了一个高度精确的确定参数。
2013-02-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Quintessential $α$-attractor inflation: forecasts for Stage IV galaxy surveys
$α$ -吸引子经典暴胀的单场模型提供了宇宙加速早期和晚期两个时期的统一图景，暴胀和暗能量都由一个单一的标量自由度描述，该自由度滚下一个失控的势。这些理论上动机良好的模型具有与现有宇宙学数据一致的独特观测预测。我们表明，下一代的大尺度结构调查，即使没有其他宇宙学数据集被认为是，将强烈约束这些模型的参数空间，并测试他们对标准的宇宙学模型和更传统的非典型的通货膨胀。特别是，我们期望$\mathcal{O}(10^{-5}\mathrm{-}10^{-4})$约束的暗能量状态方程及其时间导数，$w_0$和$w_a$的现值。我们还预测了一个以上的数量级更严格的约束的光谱指数的原始曲率扰动$n_s$相比，标准模型的期望。这表明了即将到来的大尺度结构的通货膨胀和那些旨在测量张量标量比$r$通过观测$B$模式极化的宇宙微波背景的探测器之间的强大的协同作用。
2021-03-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Forecasting Dark Matter Subhalo Constraints from Stellar Streams using Implicit Likelihood Inference
Northwestern University（西北大学）；NSF-Simons AI Institute for the Sky（NSF-西蒙斯天空AI研究所）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Washington（华盛顿大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；University of Surrey（萨里大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）；Lund University（隆德大学）
通过隐式似然推断从恒星流预测暗物质次亚晕约束，利用NPE模型优化观测策略并提高推断准确性。
2025-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Galaxy cluster number counts with individual lensing mass estimates: forecasts for Euclid
逐渐地，$Λ$ CDM模型开始受到观测数据的挑战。即将进行的宇宙学调查将使探测到的星系团的数量增加几个数量级。因此，很快，星系团将为宇宙学提供巨大的限制，并加深我们对结构形成的理解。然而，需要一个可靠的框架来分析未来的欧几里德目录。我们建立了一个集群的可能性的基础上，个人的群众和预测Euclid性能在这个框架内。我们使用一个匹配滤波器弱透镜质量估计和模型的特性与一组模拟。我们使用旗舰N体模拟来模拟一个类欧几里得样本的预期团簇质量分布，并测试我们的统计框架，我们证明了在这个匹配过滤框架内联合校准可观测质量关系是可能的。
2022-08-24 astro-ph.CO
Unveiling the cosmological information beyond linear scales: forecasts for sufficient statistics
在线性区域之外，宇宙学随机场的傅立叶模式变得相关，密度涨落的功率谱只包含可用宇宙学信息的一小部分。为了揭示这些以前隐藏的信息，引入了A* 非线性变换;它针对重力和观测噪声引起的非线性进行了优化。量化我们的知识的宇宙学参数的增加，我们预测的约束，从角功率谱和A* 从l ~ 200到3000即将到来的星系调查，如：宽视场红外巡天望远镜（WFIRST），大型综合巡天望远镜（LSST），欧几里德，超Suprime-Cam（HSC）和暗能量调查（DES）。我们发现，在低红移，这种新的数据分析策略可以加倍提取的信息，有效地增加了一倍的调查面积。为了测试我们预测的准确性和我们数据分析方法的能力，我们将A* 变换应用于最新发布的加拿大-法国-夏威夷望远镜遗产调查（CFHTLS）宽。虽然这个数据集太稀疏，不允许超过适度的增益（~1.1-1.2），但我们的方法实现的增益与我们的预测非常一致，从而验证了我们的分析和预测管道的鲁棒性。
2014-11-23 astro-ph.CO
Protocluster detection in simulations of HSC-SSP and the 10-year LSST forecast, using PCcones
现代星系团的祖先为研究星系团的大尺度结构演化、宇宙质量聚集和星系演化提供了重要线索。模拟是这些研究的主要工具，因为它们被用来解释观测结果。在这项工作中，我们介绍了一组“原星团光锥”，被称为PCcones。它们是用L-GALAXIES半解析模型从千禧年模拟中产生的模拟星系目录。这些光锥是通过在光锥中心的感兴趣的红移处放置所需的结构来构建的。这种方法允许采用一组观测约束，如星等限制和星等和光度红移（photo-zs）的不确定性，以产生逼真的光度测量模拟。我们表明，与PCcones获得的photo-zs比直接与千年模拟获得的更准确，主要是由于在如何计算表观星等的差异。我们应用PCcones在确定使用photo-zs在$z=1-3$范围内的HSC-SSP和10年LSST预报的宽层的原星系团检测的预期精度。利用我们的技术，我们希望能分别回收所有大质量星系团祖先的$\sim38\%$和$\sim 43\%$，其纯度超过HSC SSP和LSST的70%.事实上，观测约束和照片的z不确定性的组合影响检测的结构至关重要的两个仿真，表明需要光谱红移，以提高检测。我们还比较了我们在$z<1.5$上模拟的深CFHTLS与观测到的星团目录，作为对光锥和方法的额外验证。
2021-04-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecasting the success of the WEAVE Wide-Field Cluster Survey on the extraction of the cosmic web filaments around galaxy clusters
下一代宽视场光谱巡天将首次以高采样率观测大量星系团周围的陷落区。在这里，我们评估的可行性提取大规模的宇宙网络周围的集群使用即将到来的观测，现实的观测约束。我们使用的样本324流体动力学放大模拟的大规模星系团从ThreeHundred项目创建一个模拟观测目录跨越$5R_{200}$周围160个模拟集群。这些类似物在质量上与即将进行的WEAVE广域集群调查（WWFCS）所针对的16个集群相匹配。我们认为我们的采样完整性的纤维分配算法的影响，发现我们成功地分配目标81.7 $\% \pm$ 1.3的成员在集群郊区。接下来，我们通过使用度量$D_{\text{skel}}$来测试细丝提取算法的鲁棒性，该度量量化了到细丝脊柱的距离。我们发现，参考和恢复的细丝网络之间的中值位置偏移为$D_{\text{skel}} = 0.13 \pm 0.02$ Mpc，远小于典型的细丝半径$\sim$ 1 Mpc。恢复后的网络的群集连接基本上不会受到影响。我们的研究结果使人们相信，WWFCS将能够可靠地追踪大质量星系团附近的宇宙网细丝，从而为预处理对星系演化的影响的环境研究奠定基础。
2022-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fast, large volume, GPU enabled simulations for the Ly-alpha forest: power spectrum forecasts for baryon acoustic oscillation experiments
来自大型Ly-alpha森林巡天的重子声学振荡标度（BAO）的高红移测量代表了暗能量研究的下一个前沿。作为这项工作的一部分，将需要对Ly-alpha森林的BAO签名进行有效模拟。为此，我们构建了一个模型，用于生产快速，大容量的模拟Ly-alpha森林。利用经过校准的半分析方法，我们能够在1 Gpc^3卷中运行非常大的模拟，使用支持GPU的代码版本，在台式电脑上在不到一天的时间内完全解决了Jeans规模。从我们的半解析模拟中提取的Ly-alpha森林光谱与从完全流体动力学参考模拟中获得的光谱非常一致。此外，我们发现我们的模拟数据与观测测量的通量概率分布和一维通量功率谱是广泛一致的。我们能够正确地恢复输入BAO规模从三维Ly-alpha通量功率谱测量从我们的模拟数据，并估计，每平方度约15个背景源和每像素约5个信噪比的类似BOSS的10^4 deg^2调查应实现BAO尺度的测量，误差在约1.4%以内。我们还使用我们的模拟来提供简单的功率-的法律表达式估计的分数误差的BAO尺度上的变化的信号噪声和背景源的数量密度。我们的方法的速度和灵活性非常适合探索参数空间和观测和天体物理系统学的影响，从即将到来的大规模光谱调查的BAO签名的恢复。
2011-08-15 astro-ph.CO
Forecasted constraints on modified gravity from Sunyaev Zel'dovich tomography
观测宇宙学已经成为检验广义相对论的重要实验室，对修正引力的研究构成了现有和未来调查的重要科学案例。在本文中，我们说明了如何未来的测量宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振各向异性可以与大型星系调查相结合，以提高约束修改重力使用技术的Sunyaev Zel'dovich（SZ）层析成像。SZ层析成像利用SZ对小角尺度CMB的动力学/极化贡献与星系红移测量中测量的结构分布之间的相关性来重建远程偶极场和四极场，例如在整个宇宙中观察到的CMB偶极场和四极场。我们计算一类修改重力的远程偶极和四极场的效果，说明这些可观的结合了一些现有的探测器的理想功能。然后，我们进行了一个费舍尔预测的约束下一代CMB实验和星系调查的两个参数类的重力修改。通过将信息从重建的远程偶极和四极场，我们发现，它是可能的，以提高该模型的约束条件的一个因素的$\sim 2$超出了可能与单独的星系调查。我们的结论是，SZ层析成像是一种很有前途的方法，用于测试重力与未来的宇宙学数据集。
2019-08-07 astro-ph.CO
Breaking through the high redshift bottleneck of Observational Hubble parameter Data: The Sandage-Loeb signal Scheme
本文提出了一种通过探测Sandage-Loeb信号（SL信号）来测量高红移下哈勃参数$H(z)$的有效方案，该方案可以在下一代超大望远镜上实现。它将在很大程度上将目前观测到的哈勃参数数据（OHD）扩展到$z \in [2.0,5.0]$的红移区域，即所谓的“红移沙漠”，在那里其他暗能量探测器很难提供有用的宇宙膨胀信息。通过模拟CODEX（Cosmic Dynamics and EXo-earth experiment）类巡天的观测数据并约束各种宇宙学模型来量化这种未来测量的能力，我们发现SL信号方案将OHD的红移上限从$z_\mathrm{max}=2.3$提高到了$z_\mathrm{max}\simeq 5.0$，对不同的暗能量模型提供了更精确的约束，并极大地改变了参数的简并方向。对于$Λ$ CDM情形，$58\%$提高了$Ω_m$的精度，并且$Ω_m$和$Ω_ Λ$之间的简并度强烈地向$Ω_k = 0$直线的垂直方向旋转;对于$w$ CDM情形，$15\%$提高了$w$的精度.对不同时变$w(z)$进行了Fisher矩阵预测。
2015-01-08 astro-ph.CO
Constraining Thawing Quintessence
我们着眼于观测约束解冻类的标量场模型提出来解释宇宙的后期时间加速。使用最近推出的“Statefinder层次”，我们比较这些解冻类的模型与其他广泛研究的暗能量（和修改后的重力）模型，以检查潜在的参数退化。我们利用大量的观测数据，如Ia型超新星数据、BAO数据、CMB数据和用红包络星系测量哈勃参数的数据，对这些解冻模型与经典ΛCDM模型的偏差进行了约束。我们还预测使用模拟数据集为未来的JDEM SNe调查的限制。我们的研究表明，虽然目前的数据很难区分不同的解冻模型从ΛCDM，未来的JDEM一样的任务将能够区分解冻模型从ΛCDM目前可接受的值Ω_{m0}
2012-02-06 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology at high redshift -- a probe of fundamental physics
一个专注于高红移（$2<z<6$）宇宙的观测计划有机会大大改善即将到来的LSS和CMB调查对标准宇宙学模型及其扩展的测量。使用Fisher矩阵形式主义，建立在拉格朗日微扰理论的最新进展，我们预测未来的光谱和21厘米调查的标准宇宙模型，曲率，中微子质量，相对论物种，原始的功能，原始非高斯，动力学暗能量，引力滑移的约束。我们比较这些限制与当前或不久的将来的调查，如DESI和欧几里得，所有相同的预测形式主义下，实现的，并比较我们的形式主义与传统的线性方法。我们的Python代码FishLSS $-$用于计算完整形状功率谱的Fisher信息，CMB透镜，CMB透镜与星系的互相关，以及它们的组合$-$是公开可用的。
2022-02-02 astro-ph.CO
HI intensity mapping with MeerKAT: forecast for delay power spectrum measurement using interferometer mode
本研究预测MeerKAT干涉仪模式下HI强度映射的延迟功率谱测量能力，分析观测时间、天区选择对功率谱误差的影响，发现其约束暗能量状态方程的能力有限。
2023-07-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Semi-analytic forecasts for JWST -- IV. Implications for cosmic reionization and LyC escape fraction
在低质量晕中形成的星系束被认为是大爆炸后最初10亿年内宇宙再电离的主要原因。然而，这些晕在附近宇宙中形成恒星的效率极低。在这项工作中，我们解决这个明显的紧张局势，并询问是否物理动机模型的星系形成，再现了观测到的丰富的微弱星系在附近的宇宙也是一致的再电离历史上的观测约束。通过接口的圣克鲁斯半解析模型的星系形成与分析再电离模型，我们构建了一个计算效率高的管道，连接“地面水平”的星系形成物理学的“顶级”宇宙尺度观测。根据预测到$z=15$的星系群的光度特性，我们计算了星系际氢的再电离历史。我们量化的三个简并量，影响总的电离光子预算，包括星系的丰度，电离光子的内在生产率，和LyC逃逸分数。我们探索这些数量之间的协方差使用马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们发现，我们的本地校准的模型是一致的，与所有目前可用的约束条件的再电离历史，合理的假设下的LyC逃逸分数。我们量化了不同光度的星系贡献的电离光子的比例，发现JWST NIRCam宽和深调查中预计将被检测到的星系负责产生整个EoR的电离光子的$\sim 40$ - $80\%$。这项工作中提出的所有结果都可以在https://www.simonsfoundation.org/semi-analytic-forecasts-for-jwst/上获得。
2020-06-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Multiprobe cosmology forecasts from halo-occupation-distribution-based forward modeling of galaxy and void statistics
Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；Department of Physics, University of Arizona（亚利桑那大学物理系）；Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心/法国国家核子和粒子物理研究所，粒子与宇宙学中心）；Department of Astrophysical Sciences, Peyton Hall, Princeton University（普林斯顿大学天体物理学系）；Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学天文台，慕尼黑大学物理学院）
本研究结合宇宙空洞与星系的多类统计量，通过含装配偏置的HOD正向建模，预测DESI第5年数据可实现高精度宇宙学参数约束，打破星系-暗晕关联与宇宙学的参数简并。
2026-08-13 astro-ph.CO
Reconstruction of the dark sectors' interaction: A model-independent inference and forecast from GW standard sirens
相互作用的暗物质（DM）-暗能量（DE）模型已经在文献中进行了深入的研究，因为它们能够拟合各种数据集，以及解释$Λ$ CDM宇宙学中持续存在的一些观测张力。在这项工作中，我们采用高斯过程（GP）算法进行联合分析，通过使用几何宇宙学探针，如宇宙计时器，超新星Ia型，重子声学振荡，和H 0 LiCOW透镜样品推断的暗组件之间的耦合函数的重建在一个一般的框架，其中DE可以假设通过其状态方程的动力学字符。除了与这些数据的联合分析，我们模拟了一个目录与标准的警报事件从二进制中子星合并，在爱因斯坦望远镜预测的灵敏度，重建暗扇区耦合更准确的鲁棒的方式。我们发现，特定的情况下，其中$w = -1$是固定的DE性质，有一个统计偏好的相互作用在黑暗的部门在晚些时候。在一般情况下，在分析$w(z)$，我们没有发现这样的暗耦合的证据，和预测是兼容的$Λ$ CDM范例。当模拟事件的标准警报器被认为是提高GP预测的内核，我们发现一个偏好的相互作用在黑暗的部门在晚些时候。
2022-04-17 astro-ph.CO
Cosmological parameter forecasts for HI intensity mapping experiments using the angular power spectrum
HI强度测绘是利用氢原子21 cm发射线观测物质大尺度结构的一种新的观测技术。在这项工作中，我们模拟BINGO（BAO从综合中性气体观测）和SKA（平方公里阵列）相1碟形阵列自相关模式下运行。对于没有前景的BINGO的最佳情况，HI角功率谱与普朗克结果的组合允许以$4\%$的精度测量$w$，而BAO声学尺度与普朗克的组合给出了$7\%$的精度。我们考虑了一些潜在的复杂的影响，包括前景和红移依赖的偏见，这增加了$w$的不确定性，但并不显着，在所有情况下，最终的不确定性被发现是$Δw < 8\%$ BINGO。对于SKA-MID在自相关模式下与Planck的组合，我们发现，在理想条件下，对于红移范围$0.35 < z < 3$，可以以$4\%$的精度测量$w$（即，对于$Δν= [350, 1050]$ MHz的带宽）和对于$0 < z < 0.49$的$2\%$（即，$Δν= [950, 1421]$ MHz）。扩展模型，包括中微子质量的总和产生的$95\%$上限为$\sum m_ν< 0.24$ eV的BINGO和$\sum m_ν< 0.08$ eV的SKA阶段1，与目前的最佳约束的BINGO的情况下，并显着优于他们在SKA的情况下。
2017-10-16 astro-ph.CO
Forecast of Neutrino Cosmology from the CSST Photometric Galaxy Clustering and Cosmic Shear Surveys
中国空间站望远镜（CSST）是即将实施的第四阶段强大的天基光学巡天设备。预计它将以极高的精度探索一些重要的宇宙学问题。利用CSST测光星系团和宇宙剪切巡天的模拟数据（即3 $\times$ 2 pt），研究了具有恒定暗能量状态方程的冷暗物质模型（$w$ CDM）对中微子质量和其他宇宙学参数的约束.分析中还包括星系偏置、测光红移不确定性、内禀排列、剪切校准、重子反馈、非线性和仪器效应等系统学。我们基于COSMOS星表生成模拟数据，考虑CSST的仪器和观测效应，并利用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法进行约束。与目前的类似测量结果相比，CSST 3 $\times$ 2 pt巡天对宇宙学参数的约束至少提高了一个数量级。在不考虑重子效应的情况下，我们可以得到中微子质量之和的上限值$Σm_ν \lesssim 0.36$（0.56）eV（68%（95%）置信水平）和$Σm_ν \lesssim 0.23$（0.29）eV（68%（95%）置信水平），这与{ \it Planck}的结果相当，比目前的测光测量结果好得多.这表明CSST测光巡天可以对中微子质量和其他宇宙学参数提供严格的约束，并且可以通过引入其他类型CSST宇宙学巡天的数据来进一步改进结果。
2022-07-26 astro-ph.CO
Forecasts and Statistical Insights for Line Intensity Mapping Cross-Correlations: A Case Study with 21cm x [CII]
本研究构建了强度映射互相关分析的端到端模拟流程，检验了相关简化假设的适用性，并以21cm与[CII]的互相关为例预测了观测灵敏度，为巡天设计提供参考。
2025-01-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining cosmology and ionization history with combined 21 cm power spectrum and global signal measurements
当前仪器的改进和下一代仪器的出现将很快推动观测21厘米宇宙学进入一个新的时代，对21厘米亮温的功率谱和平均（“全球”）信号进行高意义的测量。在本文中，我们使用最近开始的氢时代的再电离阵列作为一个工作的例子，提供天体物理和宇宙学参数约束的预测。在此过程中，我们以多种方式改进了先前的预测。首先，我们使用普朗克卫星的最新最佳拟合宇宙学参数提供最新的预测，探索不同普朗克数据集对21 cm实验的影响。我们还表明，尽管其他探测器对宇宙学参数施加了严格的限制，但剩余的不确定性仍然足够大，对即将到来的21 cm数据分析产生不可忽视的影响。虽然这使再电离模型的高精度约束变得复杂，但它为21 cm再电离测量提供了一条约束宇宙学的途径。我们还预测HERA的能力，测量电离历史的功率谱测量和半解析模拟相结合。最后，我们考虑的方式，其中21厘米的全球信号和功率谱测量可以结合起来，并提出了一种方法，功率谱的结果可以用来训练一个紧凑的参数化的全球信号。这种参数化减少了描述全局信号所需的参数数量，增加了高显著性测量的可能性。
2016-01-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
