The first magnetic fields in the universe
我们表明，宇宙中形成的第一个结构应该自发地产生磁场。这个“第一个发电机”不需要原始的种子田。虽然第一发电机开始与动力学等离子体不稳定性，我们认为，一个足够的磁流体动力学描述可能是通过一个简单的技巧。这将允许对第一个磁场对第一个重子物体的影响进行数值研究。
2009-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
A large scale coherent magnetic field: interactions with free streaming particles and limits from the CMB
我们研究了均匀磁场渗透的均匀近似各向同性宇宙。与各向同性流体一起，均匀的磁场，这是各向异性的主要来源，导致了一个平面对称的比安基I模型的宇宙。然而，当存在自由流动的相对论粒子时，它们会产生各向异性的压力，抵消来自磁场的压力，从而使宇宙变得各向同性。我们表明，由于这种效应，CMB温度各向异性从一个均匀的磁场显着抑制，如果中微子质量小于0.3 eV。
2011-02-25 astro-ph.CO
Magnetic fields in the early universe
我们给一个教学介绍磁场在早期宇宙的两个方面。我们首先集中在如何制定电动力学弯曲的时空，定义适当的磁场和电场和书面麦克斯韦方程组在这些领域。然后，我们专注于膨胀宇宙中的磁流体动力学的情况。我们强调四分体在这方面的有用性。然后，我们审查的磁场的产生在暴胀时代，详细推导出预测的一些模型的电磁谱。我们讨论了潜在的问题所产生的反反应的影响，并从大的变化的耦合常数，这样的字段生成所需的。
2010-01-02 astro-ph.CO gr-qc
Is the baryon asymmetry of the Universe related to galactic magnetic fields?
在与基本粒子质量的产生相关的电弱相变（EWPT）之前产生的一个微小的超磁场可以使早期宇宙的热等离子体在z > 10 ^[15]的巨大红移处发生红移。EWPT的右手电子流特征的反常破坏将轻子不对称性转化为重子不对称性。在合理的近似下，通过对观测到的宇宙重子不对称性的“瘦生”起源的要求所推断出的磁场强度，与从当前天文观测中估计的大尺度宇宙学磁场强度相匹配。
2009-05-20 astro-ph.CO hep-ph
Intrinsic Bispectra of Cosmic Magnetic Fields
来自普朗克实验和其他实验的即将到来的数据集能够以比目前更高的精度探测CMB非高斯性，并有可能打开一扇了解早期宇宙物理学的新窗口。然而，信号不一定是暴胀源，可能的污染物应详细检查。早期宇宙磁场就是其中之一，它可以由各种模型产生，包括在暴胀阶段、相变或由宇宙缺陷产生。如果这样的场在早期宇宙中已经扩展，它们就提供了CMB非高斯性的自然来源。CMB角双谱的知识需要完整的傅里叶空间（或“本征”）双谱。在本文中，我详细考虑了内禀双谱的早期宇宙磁场的幂律磁功率谱的范围。
2011-03-25 astro-ph.CO
Slow decay of cosmic magnetic fields superadiabatically in curvature-torsion scales
最近Barrow和Tsagas [Phys Rev D 77：107302，（2008）]已经表明，在广义相对论（GR）的背景下，在曲率尺度上的FRW宇宙中，宇宙学磁场的缓慢衰减为$B\sim{a^{-1}}$。这有助于宇宙磁场的放大。本文从有挠时空中的发电机方程出发，得到了de Sitter宇宙中Riemann-Cartan时空曲率-挠率尺度上磁场的自然慢衰减。在这种情况下，磁场和曲率尺度之间的比例常数就是当前宇宙中的挠率。因此，B场变为$B\sim{\frac{η}{H_{0}}Ta^{-1}}$，其中T是扭转矢量模，$H_{0}$是哈勃常数，$η$是扩散尺度。
2014-01-24 astro-ph.CO
Hydrogen recombination in the early Universe in the presence of a magnetic field
本文研究了早期宇宙中存在磁场时的氢复合。推导了在磁场存在下的复合温度方程。弱场和强场的极限情况被认为是。结果表明，存在一个临界磁场，在该磁场以上，系统在所有温度下都处于氢原子相。估计了在磁场存在下复合温度的相对位移，并证明了这种位移是很小的。
2015-09-03 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Magnetic Fields
磁场在宇宙中几乎所有的尺度上都被观测到，从恒星和星系到星系团，甚至更远。宇宙磁场的起源仍然是一个悬而未决的问题，然而，一个大类的模型把它的起源在非常早期的宇宙。一个放大了初始种子磁场的磁力发电机可以解释今天银河系磁场的强度。然而，这仍然是一个悬而未决的问题，如何以及何时产生这种初始磁场。对宇宙微波背景辐射（CMB）的观测提供了一个了解早期宇宙的窗口，因此可能能够告诉我们宇宙磁场是否具有原始的宇宙学起源，同时也能限制其参数。我们将对大尺度磁场的观测证据进行综述，描述原始磁场的产生机制和可能在CMB中留下的印记。
2013-07-08 astro-ph.CO
Inflationary magnetic fields spoil the homogeneity and isotropy of the Universe
由于计算错误导致错误结论，这篇论文已被作者撤回。
2012-04-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Origin of cosmic magnetic fields: Superadiabatically amplified modes in open Friedmann universes
开放弗里德曼宇宙中的宇宙学磁场可以在常规电磁学的范围内经历超绝热放大。这在数学上是可能的，尽管麦克斯韦方程组具有共形不变性，因为具有非欧空间几何的弗里德曼时空并不全局共形于闵可夫斯基空间。从物理上讲，这意味着即使是今天稍微开放的宇宙也可以维持比以前预期的更强的大规模磁场。在这篇文章中，我们将更详细地研究这种纯粹的几何放大机制，重点关注双曲空间几何的暴涨弗里德曼模型中电磁模式的早期演化。这也使我们能够改进早期的数值估计，并提供剩余的，超磁放大的磁场的电流谱。
2012-07-26 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Magnetic Fields from the Post-Inflationary Universe
我们探讨宇宙学的磁场发生在后暴胀宇宙，当暴胀子振荡周围的潜在的最小值和宇宙是有效地由冷物质占主导地位。在再加热之前的这个时期，宇宙学背景可以显著地产生大尺度的磁场。通过考虑暴胀期间和暴胀之后的磁生作用，我们证明了在Mpc尺度上可以产生强于10^{-15} G的磁场，而不需要理论上的强耦合，也不需要产生太大的电场来支配宇宙。
2014-05-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Model of Universe Anisotropization
在粒子物理标准模型的Lorentz破坏扩展的光子部分中，存在一个非共形不变项，即“Kosteleckands项”$\mathcal{L}_K \propto (k_F)_{αβμν} F^{αβ} F^{\m ν}$，使得de Sitter暴胀过程中磁真空涨落的超绝热放大成为可能.对于一个特定形式的外部张量$k_F$，参数化洛伦兹破坏，所产生的领域具有平面对称性在大宇宙尺度，今天可以有一个纳米级的强度为定义通货膨胀的参数值的范围很广。这种奇特的磁场可以解释目前观测到的银河系磁场，并在宇宙学尺度上引起宇宙的微小各向异性。由此产生的Bianchi I模型可以解释宇宙微波背景辐射中假定的低四极功率。
2009-09-17 astro-ph.CO
Realistic Cyclic Magnetic Universe
本文提出了一个完整的基于非线性磁场的循环宇宙学方案。它由重子物质、暗物质、辐射、中微子和宇宙磁场五种流体组成。前四种流体以标准方式处理，第五种流体，磁场，由非线性电动力学描述。自由参数由观测数据（SNIa，CMB，河外磁场等）和简单的理论考虑来拟合。由此产生了一个循环宇宙学模型，它保留了标准大爆炸模型的主要成就，并解决了初始奇点、当前加速度和大撕裂等问题。
2012-09-12 astro-ph.CO physics.gen-ph
The evolution of primordial magnetic field since its generation
我们研究膨胀宇宙等离子体中原始磁场的演化。为此，我们提出了一个全面的理论模型来考虑MHD湍流的演变，可以在广泛的物理条件下使用，包括宇宙学和天体物理学的应用。我们模拟了膨胀宇宙中不同类型的衰减宇宙MHD湍流，并描述了这种介质中的大尺度磁场。直接数值模拟的自由衰减MHD湍流进行不同的磁成因的情况下：在宇宙暴胀以及在早期宇宙中的电弱和QCD相变产生的磁场。由于早期宇宙中的高雷诺数，磁场和流体运动是强耦合的。因此，我们放弃了简单的绝热稀释模型来估计膨胀宇宙中的磁场振幅，并将湍流混合效应纳入到大尺度磁场演化中。对非螺旋和螺旋磁场配置进行了数值模拟。数值计算结果表明，在磁主导的非螺旋MHD湍流中，存在能量逆传递的可能性。另一方面，螺旋湍流的衰减特性取决于湍流磁场是处于弱螺旋状态还是完全螺旋状态。我们的研究结果表明，原始磁场可以被认为是一个种子观测到的大尺度磁场在星系和星系团。上的磁场强度的界限，并与河外磁场的观测设置的上限和下限是一致的。
2016-10-10 astro-ph.CO
The Magnetic Part of the Weyl Tensor, and the Expansion of Discrete Universes
我们研究外尔张量的磁性部分对大尺度空间膨胀的影响。这是在一类宇宙学模型的背景下完成的，这些模型包含规则排列的离散质量，而不是连续的完美流体。人们应该用来考虑这些模型的宇宙学膨胀的测地线曲线的自然集合需要外尔张量的非零磁性部分的存在。我们包括这个对象在这些模型的演化方程进行泰勒级数展开的超曲面，它最初消失。在相同的宇宙学时间，作为宇宙年龄的一部分测量，我们发现外尔张量的磁性部分的影响随着宇宙质量的增加而增加。我们还发现外尔张量的磁性部分的影响随着时间的推移而增加，相对于领先的电子部分，因此它对宇宙尺度的贡献可以达到~ 1%的值，在泰勒级数近似开始崩溃之前。
2017-01-30 astro-ph.CO gr-qc
Magnetic fields and the Weyl tensor in the early universe
我们求解了在有磁场存在下具有常空间曲率的一类各向同性度规的Einstein-麦克斯韦方程组。我们考虑托尔曼平均关系的一个轻微的修改，使电磁场的能量动量张量具有各向异性的压力分量。这个不均匀的磁宇宙是各向同性的，它的时间演化由通常的弗里德曼方程指导。在平坦宇宙的情况下，时空度规没有奇异性（除了众所周知的t = 0处的初始奇异性）。结果表明，我们的模型的各向异性压力有一个直接的关系外尔张量。我们还分析了这种新成分对测试粒子运动和宇宙流体测地线偏差的影响。
2014-09-10 astro-ph.CO gr-qc
The turbulent chiral-magnetic cascade in the early universe
在相对论粒子的等离子体中，旋向相反的费米子之间的不对称性可以通过称为手征磁效应的小尺度手征发电机不稳定性导致螺旋磁场的指数增长。在这里，我们表明，使用尺寸参数和数值模拟，这一过程中产生的洛伦兹力手性磁驱动湍流。在一定的波数k范围内，通过逆传递产生k^{-2}磁能谱。在该体系中，总手性（磁螺旋度加上归一化手性化学势）是守恒的。因此，随着螺旋磁场的增长，大部分的总手性被转移到磁螺旋性，直到手性磁效应终止。获得了光谱的高度、斜率和范围的定量结果。宇宙磁场的这种影响的后果进行了讨论。
2017-08-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Magnetic Fields in an Expanding Universe
我们找到了一个解$4D$爱因斯坦-麦克斯韦理论耦合到一个无质量的介子场描述一个梅尔文磁场在一个膨胀的宇宙与“刚性物质”状态方程参数$w=+1$。随着宇宙的膨胀，磁通量变得更加集中在对称轴周围的介子耦合$a<1/\sqrt{3}$和更分散的$a>1/\sqrt{3}$。一个电场沿由楞次定律确定的方向绕对称轴循环。对于$a=0$，通过具有固定随动半径的圆盘的磁通量与圆盘的固有面积成比例。这个结果不同意通常的期望的基础上测试磁场，这个通量应该是恒定的，我们为什么会出现这种差异。我们还发现了一个梅尔文解决方案，在加速宇宙与$w=-7/9$的一个介子场具有一定的指数势。我们的主要工具是简单的操作在$5D$卡鲁扎-克莱因理论和相关的解决方案生成技术。我们还讨论了一些可能的扩展这项工作的方向。
2014-01-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Interaction of inhomogeneous axions with magnetic fields in the early universe
我们研究了在量子色动力学相变之后，当轴子获得质量时，早期宇宙中相互作用的轴子和磁场的系统。轴子和磁场都被认为是空间不均匀的。我们推导出这些场的空间谱的方程，它依赖于共形时间。在有磁场的情况下，我们处理了能量密度和磁螺旋度密度的谱。在平均场近似下，得到了封闭形式的演化方程。我们选取了与实际的原初磁场和轴子相对应的系统参数和初始条件。该系统的光谱方程数值求解。我们比较了非均匀和均匀轴子的情况。在这些情况下，磁场的演化仅在小的时间间隔内不同。通常，磁场主要由磁扩散驱动。我们发现均匀轴子的初始波函数放大后会产生磁场不稳定性。如果我们考虑到轴子的不均匀性，这种不稳定性就被抑制了。
2022-04-08 astro-ph.CO hep-ph
Comment on "Extended Born-Infeld theory and the bouncing magnetic universe"
在最近的一篇论文[Phys. Rev. D{ \bf 85}，023528（2012）]中，作者提出了一个广义玻恩-因费尔德电动力学耦合到广义相对论，产生了一个非奇异的弹跳宇宙。对于一个磁性宇宙，由此产生的宇宙演化不可避免地在渐近德西特态之间插入。这里我们将证明：（1）上述理论不具有标准的弱场麦克斯韦极限，（2）出现了一个突然的曲率奇点--并不比大爆炸好，（3）声速的平方是一个负量，表明对背景能量密度的小扰动不稳定，（iv）关于在磁宇宙中渐近真空状态不可避免的结论是错误的。
2013-10-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Influence of the turbulent motion on the chiral magnetic effect in the early Universe
我们研究了考虑手征磁效应（CME）的相对论等离子体的磁流体动力学。考虑到等离子体速度的演化，服从纳维-斯托克斯方程，我们近似的洛伦兹力伴随着现象学的拖曳时间参数。在此基础上，我们得到了发电机项引起的湍流效应和CME引起的磁场不稳定性对修正的Faraday方程控制的磁场演化的贡献。通过这种方法，我们研究了早期宇宙等离子体中磁场能量和磁螺旋度密度谱的演化。我们发现，右-左电子的不对称性增强的湍流等离子体运动在一个强大的种子磁场相比，纯的CME的情况下，早期研究的热宇宙等离子体在相同的破碎阶段。
2017-02-19 astro-ph.CO hep-ph physics.plasm-ph
Large-scale magnetic fields can explain the baryon asymmetry of the Universe
原始宇宙中的螺旋超磁场可以通过手征异常产生观测到的重子不对称性，而不需要粒子物理学标准模型之外的任何成分。虽然它们不产生$B-L$不对称性，但产生的重子不对称性在球化子洗出效应中幸存下来，因为产生过程保持活跃直到电弱相变。通过数值求解Boltzmann方程，找到了一个吸引子解，证明了如果耀变体观测所指示的大尺度磁场具有负螺旋度，并且存在于电弱相变之前的早期宇宙中，那么我们宇宙的重子不对称性是可以解释的。我们还导出了螺旋磁场强度的上界，它比宇宙微波背景约束更严格，以避免重子不对称性的过度产生。
2016-05-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Magnetic fields in the Large-Scale Structure of the Universe
磁场在天体物理环境中似乎无处不在。它们在团内介质中的存在是通过同步辐射和法拉第旋转的观测建立的。另一方面，星系团外的磁场的性质，在那里的观测是稀缺的和有争议的，仍然在很大程度上未知。在这一章中，我们回顾了我们对星系际磁场，特别是星系团间磁场的性质和起源的理解的最新进展。银河系和星系间磁场起源的一个合理的假设是，在早期宇宙中产生的种子场，在大尺度结构形成过程中被诱导的湍流放大。我们提出了几种机制的产生之前和重组后的种子田。然后，我们讨论了磁场的演变和作用的形成过程中的第一次启动。我们描述了在大尺度结构形成过程中种子场的湍流放大以及由此产生的磁场的性质。最后，我们讨论了星系际磁场的影响。
2011-09-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Evidence for strong intracluster magnetic fields in the early Universe
星系团中磁场的起源仍然是一个有争议的问题。在很宽的红移范围内对团内磁场的观测对于限制磁场起源和演化的可能方案至关重要。（嵌入式双射电源，即主要为Fanaroff-Riley II型射电星系的一对瓣的法拉第旋转测度（RM）的差异，不受银河系内星际介质和射电星系与我们之间的星系际介质的法拉第旋转贡献的影响，从而提供了一种估算星系团内平均磁场的新方法。）我们已经获得了627对的样本，其RM和红移可在最新的RM目录和红移数据库。导出了这两个对的RM差。统计上很大的红移对的RM差异表明团内磁场的强度约为4~ $z>0.9$ G。在宇宙年龄的一半时，团内介质中存在着如此强的磁场，与邻近星系团的团内磁场强度相当，这对宇宙磁场的起源理论提出了挑战。
2021-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Vorticity survival in magnetised Friedmann universes
本文用广义相对论方法研究了宇宙辐射期和尘埃期弱宇宙磁场对线性转动扰动的影响。这包括普通的运动学涡度，以及宇宙介质密度分布中的涡状不均匀性。我们的研究证实，磁场可以产生这两种类型的扰动，并表明它们的存在也有助于宇宙旋转生存更长的时间。在协议与以前的牛顿的研究，我们发现，在尘埃时代的涡度衰减慢于非磁化宇宙学。在均分之前，磁效应更加明显，因为它有助于上述旋转失真保持恒定的大小。总的来说，磁化宇宙似乎比无磁宇宙提供了更好的宇宙涡旋生存环境。
2014-05-07 astro-ph.CO gr-qc
Self-consistent evolution of magnetic fields and chiral asymmetry in the early Universe
我们表明，在原始等离子体中的磁场的演变，充满了标准模型粒子，在温度T > 10兆电子伏的强烈影响的量子手征异常-以前被忽略的效果。虽然平衡左右手征电子的反应在T < 80 TeV时处于深度热平衡，但在强磁场的存在下，这些粒子之间的不对称性会发展。这导致了磁螺旋度从较短尺度向较长尺度的转移。这也导致了轻子不对称性的有效产生，它可能在等离子体中存活到T ~ 10 MeV的温度，这可能强烈影响早期宇宙中的许多过程。虽然我们报告我们的结果的标准模型，他们很可能发挥重要作用，也在其扩展。
2011-12-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Duality and scale invariant magnetic fields from bouncing universes
最近，我们用数值方法证明了，对于非最小耦合，即标度因子的简单幂，标度不变的磁场出现在一类弹跳宇宙中。在这项工作中，我们{ \it解析}评估在此类模型的子类中产生的磁场和电场的频谱。我们说明，宇宙尺度的波数远小于波数与反弹，整个反弹的频谱的形状被保存。利用所得到的解析解，我们还说明了反弹问题是严重的。最后，我们证明了磁场的功率谱在非最小耦合函数的两参数变换下保持不变。
2016-10-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Resonant Graviton-Photon Conversion with Stochastic Magnetic Field in the Expanding Universe
本研究探讨宇宙磁场引发的引力子-光子振荡，采用微扰方法发现随机磁场模型中转换概率可共振增强，结合宇宙膨胀退相干效应得出与传统模型不同的结果，为高频引力波和原初磁生成研究提供新观测路径。
2024-01-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the magnetic evolution in Friedmann universes and the question of cosmic magnetogenesis
我们分析了原始磁场在空间平坦的弗里德曼宇宙的演变，并重新考虑的信念，通货膨胀后，这些领域的衰减在所有尺度上。在不放弃经典电磁学或标准宇宙学的前提下，我们证明了对于超视界大小的磁场，情况未必如此。这背后的原因是因果关系，它将后暴胀过程中的电流形成、电场消除和磁通冻结限制在视界内。因此，绝热磁衰变在超哈勃尺度上并不是先验保证的。相反，在暴胀之后，大尺度磁场服从幂律解，其中一种模式以比绝热模式慢的速率下降。这种缓慢衰减的模式是否能够主导和支配暴胀后的磁场演化取决于初始条件。这些是由膨胀期间场的演化以及从德西特阶段到再加热时代，然后到随后的辐射和尘埃时代的过渡性质决定的。我们讨论了两种替代和互补的方案，以说明宇宙磁场的初始条件的作用和影响。我们的主要主张是，磁场在暴胀后可以被超光速放大，只要它们保持在视界之外。这意味着暴胀产生的场可以达到与天体物理学相关的剩余强度，而不会脱离标准物理学。此外，使用相同的因果关系论点，人们可以限制（或在某些情况下帮助）原始磁场的非传统场景，这些场景在膨胀期间放大了它们的场。最后，我们表明，我们的结果自然延伸到边缘开放和边缘封闭的弗里德曼宇宙。
2016-12-21 astro-ph.CO gr-qc
Magnetic black universes and wormholes with a phantom scalar
我们构建明确的例子，全球定期静态，球对称解决方案，在广义相对论与标量和电磁场，描述可穿越的虫洞（平坦和AdS渐近）和定期黑洞，特别是黑宇宙。黑宇宙是一个非奇异的黑洞，在视界之外，不是一个奇点，而是一个膨胀的、渐近各向同性的宇宙。这些解决方案中的标量场是幻象（即，它的动能是负的），与重力的耦合最小，并且具有非零的自相互作用势。得到的配置是相当多样化的，并包含不同数量的杀戮视野，从零到四。这大大拓宽了已知的规则黑洞结构的列表。这样的模型既可以作为局部对象（黑洞和虫洞）的描述，也可以作为建立非奇异宇宙学场景的基础。
2012-08-22 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A simple model of magnetic universe without singularity associated with a quadratic equation of state
本文证明基于非线性电动力学的磁场宇宙模型与二次状态方程模型相关，通过设定普朗克密度或电子密度的早期宇宙模型，结合Zeldovich真空能量公式，精确导出了宇宙学常数并验证了Eddington关系。
2024-05-31 astro-ph.CO gr-qc
Ferromagnetic properties of charged vector bosons condensate in the early universe
考虑了早期宇宙中的玻色-爱因斯坦凝聚。本文研究了带电矢量玻色子凝聚体的磁性，表明它形成了铁磁态。因此，原始等离子体可以在宏观上大的畴内自发磁化，并且可以产生原始磁场。
2011-09-07 astro-ph.CO hep-ph
Simulations of ultra-high Energy Cosmic Rays in the local Universe and the origin of Cosmic Magnetic Fields
我们模拟宇宙射线的传播在超高能量，$\gtrsim 10^{18}$电子伏特，在模型的河外磁场在本地宇宙的约束模拟。我们使用宇宙磁流体动力学程序{ \sc ENZO}的约束初始条件。由此得到的局部宇宙中磁场分布模型被用于\crpropa程序中，以模拟超高能宇宙射线的传播。我们研究了六种不同的磁成因情景，包括原始的和天体物理的，对宇宙射线在宇宙学距离上传播的影响。此外，我们还研究了银河系周围不同源分布的影响。我们的研究表明，不同的情况下，磁成因并没有很大的影响，超高能宇宙射线的各向异性测量。然而，在高于GZK极限的高能量下，存在由附近源的分布引起的各向异性，与磁场模型无关。这提供了一个机会，以确定宇宙射线源与未来的全天空测量和高数量的统计数据在最高的能量。最后，我们将我们的结果与皮埃尔俄歇天文台测量的偶极信号进行了比较。我们所有的源模型和磁场模型都可以再现纯铁注入成分下观测到的偶极子振幅。我们的结果表明，偶极是由于次级核在附近重核源方向上的聚集而观察到的。光注入组合物由于在$4-8 \rm\ EeV$的能量下未观察到各向异性而不利。
2018-01-05 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmological magnetic field survival
人们普遍认为，原始磁场被宇宙的膨胀大大稀释了。因此，宇宙学磁场与天体物理学相关的剩余强度通常是通过超越标准宇宙学，或通过扩展传统的电磁理论来寻找的。然而，在空间开放的弗里德曼宇宙中，原始起源的强B场的生存是可能的，而不改变传统的电磁学。原因是这些时空的双曲几何，它减慢了绝热磁衰减速率，并导致它们在大尺度上的超绝热放大。到目前为止，已经发现这种效应作用于包含辐射或慢滚动标量场的弗里德曼背景。我们在这里表明，超绝热放大的大尺度磁场，产生的量子涨落在通货膨胀，基本上是独立的类型的物质填充的宇宙，似乎是一个通用的功能开放弗里德曼时空。我们估计任何剩余场在一个稍微开放的宇宙中的后期强度，并表明它可以很容易地满足发电机发电的要求，今天在星系中观察到的磁场。
2011-04-07 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic Magnetic Fields: from Stars and Galaxies to the Primordial Universe
宇宙中的大多数重子物质都被磁场所渗透，这些磁场影响着致密源和扩散气体中的许多（如果不是大多数的话）天体物理现象。近年来，世界范围内对天体物理学磁场、磁场起源及其对天体物理物体（恒星、星系、冷却流）形成和演化的影响的兴趣激增。这种日益增长的兴趣部分是由于这样一个事实，即已经有可能在银河系的广阔范围内追踪分子云中的磁场，并研究河外磁场，包括星系团中的磁场。随着各种技术的结合，如塞曼和法拉第旋转测量与同步加速器和对齐的晶粒偏振仪，现在有可能进行定量观测研究的磁场，其结果可以与高分辨率发电机和MHD湍流模拟。这使该领域进入了一个新的阶段。在本文中，我将简要回顾宇宙磁场的重要性，从理论和观测的角度来看，集中在恒星和紧凑的对象，在星际介质和恒星形成区，在星系，星系团，和原始宇宙中的作用。
2010-03-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Particle temperature and the Chiral Vortical Effect in the early universe
我们研究了较热或较冷粒子对早期宇宙手征磁场演化的影响。我们感兴趣的是手征涡旋效应中的温度依赖项。在大的长度尺度上，磁能谱没有变化，但在柯尔莫哥洛夫制度中，我们确实发现了差异。我们的数值计算结果表明，高斯峰的磁谱变得负偏斜。负偏斜的峰值可以用β分布拟合。从分析上讲，人们可以把分布的非高斯性与温度相关的涡量项联系起来。因此，涡度项是导致磁谱中β分布的原因。由于β分布已经被用来模拟流体中的湍流弥散，因此似乎更热或更冷的粒子的存在可能导致磁化等离子体中的湍流。
2017-09-21 astro-ph.CO hep-ph
3.55 keV Silicon Anomaly as X-ray Candle in the Universe
在磁场$6\cdot 10^{12}$ G中形成能量为3.55 keV的$^{14}$ Si的Ly-$α$线.在一颗红巨星和一颗中子星组成的密近双星系统中，在超强磁场中，类氢离子可以产生复合激光辐射到朗道基态。如果3.55 keV的$α$硅激光器实现，那么在$z\leq100$上从宇宙中的任何距离检测这条线是可能的，这条线可能是X射线蜡烛，因为在这些二元系统中有大量的硅。计算了类氢$^{14}$ Si在磁场$4\cdot10^{12}-10^{13}$ G中的Ly-$α$线的能量.这条线是唯一的事件，因为我们看到这种辐射是从垂直方向到近壁层的磁柱。在（1-20）keV范围内的激光辐射可能来自其它类氢离子。在激光器的存在下，线变窄是不可避免的。
2021-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE
Parameter estimation of a nonlinear magnetic universe from observations
本文用Ia型超新星、长伽马射线暴和哈勃参数的观测数据检验了由服从拉格朗日函数L = γ F ^α（F为电磁不变量）的非线性磁场与Robertson-Walker几何耦合而成的宇宙学模型。统计分析表明，非线性电磁物质的加入足以产生观测到的加速膨胀，而不需要加入暗能量成分。在α =-1的情况下，电磁物质丰度为$Ω_B$，从所有观测数据集的组合中得到最佳拟合Ω_B = 0.562 ^{+0.037}-0.038}，当α =-1/4时，Ω_B = 0.654 ^{+0.040}-0.040};当α =-1/8时，Ω_B = 0.683 ^{+0.039}-0.043}。这些结果表明，非线性电磁物质可以扮演暗能量的角色，具有可测量场的理论优势。
2014-03-25 astro-ph.CO gr-qc
Stringent magnetic field limits from early universe dynamos cosmology with torsion
早些时候Bamba等人[JCAP（2012）]在引力的平行扭转理论中获得了宇宙学磁场，这与银河发电机不兼容。这一结果与作者以前得到的结果一致，表明[Phys Lett B（2012）]挠率理论的反发电机广义定理禁止这种发电机解释$μ$ G量级的星系磁场。最近，作者提出[IJAA（2012）]，可以在扭曲的宇宙学中获得一种比尔曼电池。然而，在本文中，我们表明，这可能是一个特殊的结果，因为第二作者没有考虑平均场发电机方程在扭转场的背景。实际上，它表明，磁场的放大与否取决于扭转场矢量的手符号。结果表明，自旋-扭转密度的密度涨落也意味着宇宙磁场放大的可能性。根据WMAP数据，可以估计自旋-扭转波动为$10^{-6}$，它代表比物质密度低一个数量级。利用$RF^{2}$型引力耦合，我们得到了普朗克时代磁场的$10^{37}G$，它比以前得到的极限严格得多。今天获得的磁场是$10^{-23}G$，它能够为银河发电机提供种子。
2013-06-29 astro-ph.CO gr-qc
Cross-correlations between scalar perturbations and magnetic fields in bouncing universes
对于早期宇宙中扰动的产生，反弹情景提供了暴胀范式的替代方案。最近，人们对在弹跳宇宙的背景下研究原始磁场发生问题的兴趣激增。在暴胀的情况下，电磁作用的共形不变性需要在弹跳的情况下被打破，以便产生与今天观测到的强度相对应的原始磁场。非最小耦合，这通常取决于一个标量场，可能驱动均匀的背景，导致在三点函数的水平之间的扰动的标量场和磁场的互相关。这已经在暴胀的背景下进行了一些详细的研究，特别是，已经确定三点函数在压缩极限中满足所谓的一致性关系。在这项工作中，我们研究了磁场之间的互相关和在一个辅助标量场的扰动在一定类别的弹跳情况。我们考虑耦合，导致尺度不变的频谱的磁场和评估相应的互相关之间的磁场和扰动的标量场。我们发现，相比德西特通货膨胀，无量纲的非高斯参数，其特征的幅度的互相关证明是相当大的弹跳的情况下。我们还表明，上述一致性条件的互相关违反弹跳模型。我们讨论了我们的结果的影响。
2019-01-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Forward cascade of large-scale primordial magnetic fields during structure formation
本研究针对宇宙大尺度原初磁场在结构形成中的演化问题，采用半解析方法结合引力坍缩简单模型，研究正向级联效应，证实模型可复现磁化宇宙学模拟中磁场能谱演化的一般定性特征。
2025-08-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Fast magnetic field amplification in the early Universe: growth of collisionless plasma instabilities in turbulent media
在这项工作中，我们报告的宇宙磁场放大由于碰撞等离子体不稳定性的数值研究。无碰撞磁流体动力学方程推导帐户的压力各向异性，导致在特定条件下，消防水龙带和镜像不稳定性。我们研究了在这种不稳定性的影响下，湍流中种子场的时间演化。给出了磁场随时间演化的近似解析解。数值模拟和分析预测进行了比较。我们发现：（1）磁场的放大作用在水龙带不稳定湍流区是有效的，而在镜像不稳定模型中则不是有效的;（2）磁能密度的增长速率比湍流发电机快得多;（3）有效的放大作用发生在小尺度上。通过数值模拟证实了生长时间尺度与压力各向异性比之间的相关性的解析预测。这些结果加强了这样一种观点，即压力各向异性-在湍流无碰撞介质中自然驱动，例如星系际介质-可以有效地放大早期宇宙（后重组时代）的磁场，在第一个大尺度引力结构崩溃之前。这种机制虽然对于小尺度场（$\sim$ kpc尺度）是快速的，但是不能在大尺度下提供相对强的磁场。此处未考虑的其他机制（例如，一旦不稳定性被淬灭，碰撞湍流，速度剪切，或引力诱导的气体流入星系和星系团）可以在之后的长期演化中建立大尺度相干场结构。
2015-06-21 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
No compelling cosmological models come out of magnetic universes which are based in nonlinear electrodynamics
在这里，我们调查的宇宙动力学的弗里德曼-罗伯逊-沃克宇宙-平坦的空间部分-这是由非线性电动力学（NLED）拉格朗日驱动。我们特别注意检查平方声速的符号，因为只要后者为负，相应的宇宙学模型对背景能量密度的小扰动是经典不稳定的。此外，基于因果关系的论点，人们必须要求所提到的背景的小扰动最多以光速传播。我们还寻找曲率奇点的发生。我们的研究结果表明，几个宇宙学模型是基于已知的NLED拉格朗日，要么是困扰突然和/或大裂缝类型的曲率奇异性，或对宇宙学背景的小扰动是激烈的不稳定-由于负的平方声速-或两者兼而有之。此外，与背景扰动的超光速传播相关的因果关系问题也可能出现。
2014-03-27 astro-ph.CO gr-qc
Magnetism in the Early Universe
Blazar的观测结果表明，在星系际尺度上可能存在高达$\sim1\,$ Mpc量级的磁场，其强度至少为$\sim10^{-16}\,$ G。了解这些大尺度磁场的起源对现代天体物理学来说是一个挑战。在这里，我们讨论宇宙学的情况下，集中在以下问题：（一）如何以及何时产生这种磁场？(ii)它在宇宙膨胀过程中是如何演化的？(iii)这个磁场的振幅和统计特性是否能够解释观测到的磁场的强度和相关长度？我们还讨论了通过直接检测随机引力波在兆赫范围内可访问的LISA观察原始湍流的可能性。
2018-11-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the Measurement of the Helicity of Intergalactic Magnetic Fields Using Ultra-High-Energy Cosmic Rays
宇宙中第一个磁场的起源是宇宙学中一个长期存在的问题。星系际磁场（IGMFs）可能是一个未开发的窗口，原始宇宙，提供进一步的限制磁。我们证明了使用超高能宇宙射线（UHECR）约束IGMF的螺旋度的可行性，通过模拟宇宙射线在简单的磁场配置中的传播。我们表明，到达分布的UHECR的第一谐波矩可以用来衡量螺旋度的绝对值和它的符号。
2019-03-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
NANOGrav signal from MHD turbulence at QCD phase transition in the early universe
NANOGrav合作最近报告了在1-100 nHz频率范围内存在随机引力波背景的证据。我们认为，这种背景可能已经产生的磁流体动力学（MHD）湍流在QCD尺度。从NANOGrav测量结果可以推断出磁场参数：在QCD相变时期，同向磁场强度接近微高斯，相关长度接近哈勃半径的10%.我们指出，湍流衰减的非螺旋磁场与这些参数导致一个磁场在重组时代，这将是足够强大的，以提供一个解决方案的哈勃张力问题，最近提出的。我们还表明，NANOGrav信号的MHD湍流解释可以通过测量大尺度结构的空隙中的遗迹磁场进行测试，与伽马射线望远镜，如CTA。
2021-03-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
Matter-antimatter origin of cosmic magnetism
本文提出原始宇宙中相对论性正电子是星系际磁场来源的假设，并通过定量评估高密度电子-正电子等离子体的抗磁与顺磁性质，确定了产生宇宙自磁化所需的较小磁矩极化不对称性。
2023-08-28 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints on axionic dark radiation from axion-photon conversion in the early Universe
轴子在弦论中似乎无处不在，其中一些可能是由重标量衰变产生的非热，有助于暗辐射。研究了在原初磁场存在下，由轴子暗辐射通过轴子-光子转换产生的光子的各种宇宙学效应，导出了轴子-光子耦合与原初磁场结合的严格约束.
2013-08-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Magnetic fields and chiral asymmetry in the early hot universe
本文分析研究了早期热宇宙中轻子手征不对称性和螺旋磁场的外生和自由演化过程。这一过程被认为是受电弱规范相互作用的阿贝尔反常的影响。因此，费米子分布中的手征不对称性产生非零螺旋度的磁场，反之亦然。我们考虑到存在的热浴，这是一个种子的发展不稳定的磁场中存在的外部产生的轻子手征不对称性。螺旋磁场和轻子手征不对称性的发展相互支持，大大延长了它们的相互存在，在“逆级联”的过程中转移磁场功率从小到大的空间尺度。对于宇宙学上有趣的初始条件，手征不对称性和螺旋磁场的能量密度的演变标度律，有效地依赖于一个单一的组合变量。在这种情况下，共形手征化学势的后期渐近再现了文献中所讨论的系统的普遍标度律。由于具有手性变化的电子的散射，这一制度在较低温度下终止，这以指数方式消除了手性不对称性。我们推导出终止温度与螺旋磁场的手征不对称性和能量密度的函数关系。
2016-10-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining resonant photon-axion conversions in the Early Universe
在宇宙的热历史中，原始磁场的存在会引起光子和类轴子粒子（ALP）之间的共振转换。这些转换会扭曲宇宙微波背景（CMB）的黑体光谱。在这种情况下，我们推导出的光子ALP共振转换使用高精度的宇宙背景探测器上的FIRAS仪器收集的CMB光谱数据的界限。我们得到了光子-ALP耦合常数g乘以磁场强度B的乘积的上限，当ALP质量低于eV时，g B > 10^{-13} GeV^{-1} nG。
2009-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Axion-like particles: possible hints and constraints from the high-energy Universe
高能宇宙可能是寻找新的轻玻色子如轴子粒子（ALP）的伟大实验室。宇宙源确实是涉及强磁场和/或非常长的基线的暴力现象的场景，其中光子与ALP的混合效应可能导致可观察到的效应。有两个例子是这一事实的原型，即宇宙对伽马射线的不透明性和高能源能谱中的天体物理磁湍流的印记。在第一种情况下，可以提出ALP存在的提示，而第二种则用于限制ALP质量和与光子的耦合。
2013-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Influence of electromagnetic fields on the evolution of initially homogeneous and isotropic universe
这里给出的简单精确解描述了在初始奇点附近空间几何是渐近均匀和各向同性的宇宙，但其演化受原始磁场的影响。在所有这些“变形的”弗里德曼模型（空间平坦、开放或封闭）中，初始磁场集中在某个对称轴附近，它们的线是圆--方位角坐标$φ$的线。由于宇宙膨胀，磁场的时间依赖性（根据法拉第定律）导致无源电场的出现。与弗里德曼模型相比，宇宙膨胀在穿过磁场的空间方向上加速，而在沿着磁力线的方向上减速。因此，在平坦和开放的模型中，在流体共动坐标系中，$φ$的长度--半径足够大或足够晚的$φ$的长度--对于$t\to\infty$来说会减小并消失。这意味着，在平坦和开放的模型中，我们在离轴很远的地方，即离我们解中电磁场集中的区域，有一个时空的部分动力学封闭。为了得到简单的精确解的爱因斯坦-麦克斯韦和完美的流体方程，我们假设完美的流体（支持各向同性和均匀的“背景”弗里德曼几何），而异国情调，刚性物质状态方程$\varepsilon=p$。然而，似乎有理由期待，在具有更现实的物质状态方程的宇宙中，几何和强电磁场的相互动力学可能会发生类似的效应。
2013-02-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Quantum tunneling in the early universe: Stable magnetic monopoles from metastable cosmic strings
提出通过早期宇宙亚稳态宇宙弦的量子隧穿衰变产生拓扑稳定磁单极子的新机制，确定了其质量范围及在IceCube、HLVK等探测器和引力波观测中的可探测参数空间。
2024-05-07 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Maximal chirality transfer in the photon-graviton conversion in the early universe
本文研究了早期宇宙辐射主导时期手征电磁波在原初磁场中转化为手征引力波的现象，发现转换概率随磁场增强而增加但与背景场手征性无关，且产生的手征引力波在约100 GHz处能量密度达峰值，特征应变可被高频引力波探测任务探测。
2024-12-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
