Cosmology from HI galaxy surveys with the SKA
平方公里阵列（SKA）有可能产生星系红移调查，这将是竞争的其他国家的最先进的宇宙学实验在未来十年。在本章中，我们总结了SKA第一和第二阶段在其当前设计状态下能够实现的能力。我们总结了不同的宇宙学实验，这些实验在本书的其他章节中有更详细的描述。SKA将能够在其两个阶段产生具有竞争力的重子振荡（BAO）测量。SKA的第一阶段将提供与光学和红外实验类似的测量，具有完全不同的系统效应，而第二阶段在统计能力方面是转型的。SKA将产生非常精确的红移空间失真（RSD）测量，由于星系数量众多，在较低的红移下优于其他实验。来自SKA的星系红移数据与射电连续谱巡天和光学巡天的交叉相关将提供非常好的光度红移校准以及非常好的重力修正界限。基于主成分分析（PCA）的方法，我们发现，SKA将能够提供竞争性的限制暗能量和修改后的重力模型。由于SKA覆盖的面积很大，这将是一个从最大尺度测量物理学的转型实验，例如从$\textrm{f}_{\textrm{nl}}$测量非高斯信号。最后，SKA可能会产生第一个实时测量的红移漂移。SKA将成为宇宙学的一台转型机器，因为它从早期的第一阶段发展到其全部力量。
2015-01-16 astro-ph.CO
Cosmology with the SKA -- overview
对宇宙大尺度结构的三维观测将引领宇宙学的新前沿。基于它的全天巡天和红移深度，SKA注定要与未来的光学/红外巡天（如欧几里得和LSST）相结合，彻底改变宇宙学。此外，我们不必等待SKA的全面部署，就可以看到变革性的科学。在部署的第一阶段（SKA 1），预计全天HI强度测绘巡天和全天连续巡天将处于宇宙学主要问题的前沿。我们给出了一个广泛的概述预测的SKA的主要贡献。SKA不仅将提供精确的宇宙学-它还将探索标准模型的基础，并为宇宙大尺度特征的新发现打开大门。
2015-01-16 astro-ph.CO gr-qc
Testing foundations of modern cosmology with SKA all-sky surveys
使用平方公里阵列（SKA）进行的连续谱和HI巡天将使我们能够探测现代宇宙学的一些最基本的假设，包括宇宙学原理。SKA全天巡天将绘制一个巨大的时空切片，并揭示超视界尺度的宇宙学和统一阶的红移。我们说明了这些调查的潜力，并讨论了在高保真度测量宇宙射电偶极子的前景。我们概述了几个潜在的宇宙学转型测试进行SKA全天巡天。
2015-01-15 astro-ph.CO gr-qc
AGN feedback with the Square Kilometer Array (SKA) and implications for cluster physics and cosmology
活动星系核反馈被认为是星系团中一个重要的非引力过程，它对大尺度结构的形成提供了有用的约束。它改变了团簇内介质（ICM）的结构和能量，因此，为了将团簇用作高精度宇宙学探针，对它的理解是至关重要的。在这种情况下，特别是记住即将到来的高质量的无线电数据预计从无线电调查，如SKA具有更高的灵敏度，高空间和光谱分辨率，我们审查我们目前的了解活动星系核反馈，其宇宙学的影响，SKA可以有革命性的了解活动星系核反馈的大尺度结构。本文讨论了活动星系核爆发的最新发展及其对星系团和星系团热大气中过剩熵的可能贡献、它与ICM中反馈能量的相关性、冷却流的淬灭以及冷核星系团和射电微晕之间的可能联系。我们描述了目前的主要问题，活动星系核的反馈及其对周围介质的影响建模。关于活动星系核反馈研究的未来，我们研究了可能的突破，可以预期从SKA观测。在集群宇宙学的背景下，例如，我们指出的SKA观测集群质量校准的重要性，注意到大多数的$z>1$集群发现的eROSITA X射线任务，可以预期将通过1000小时SKA-1中期计划跟进。此外，在$z<0.6$处，SKA 1和SKA 2还可能探测到近似$1000$射电迷你晕和$\sim 2500$射电晕，并可作为星系团的示踪剂和确定星系团选择函数。
2017-10-17 astro-ph.CO
The Square Kilometer Array: cosmology, pulsars and other physics with the SKA
SKA是一种新技术射电望远镜阵列，在巡天中比现有仪器灵敏和快速两个数量级。它将探测宇宙的黑暗时代，就在复合之后，在再电离时期（z=6-15）;它将是唯一的仪器来绘制高红移星系中的原子气体，并确定早期宇宙中暗物质的数量和分布。它不仅将探测和测量数十亿个z=2的星系的红移，而且还将发现和监测我们银河系中大约20000颗恒星。卫星的计时将追踪空间的伸展，能够探测到引力波。双星将有助于在强场中测试引力，并探索广义相对论。这些令人兴奋的前景将在2020年后成为现实。
2015-06-02 astro-ph.CO
Cosmology with ESO-SKAO Synergies
本文探讨了SKAO与ESO设施在宇宙学中的协同作用，重点关注SKA-Mid与4MOST、SKA-Low与MOSAIC的组合，通过结合多种示踪剂来处理系统误差并消除参数简并，助力精确宇宙学。
2025-03-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Overview: Cosmology with the SKAO
Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）；University of the Western Cape（西开普敦大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
介绍利用SKAO开展宇宙学研究，其能与其他波长协同改变射电波段宇宙学研究能力。通过不同巡天数据组合校准系统误差，结合多种探测器精确测试ΛCDM模型，还能测量宇宙膨胀历史等，概述了前期巡天成果及向SKA宇宙学的进展。
2026-07-15 astro-ph.CO
Evolution of magnetic fields in galaxies in the frame of hierarchical structure formation cosmology: future tests with the SKA
层次结构形成宇宙学的模拟结果提供了一个工具，以发展一个定期磁场耦合到星系形成和演化的演化模型。我们用发电机理论导出了盘星系和膨胀星系中磁场的放大和有序化的时间尺度。类似于银河系的银河系在$z\approx10$形成了它们的圆盘，并且在2 Gyr（在$z\approx3$）内产生了$μ$ G强度和几kpc相干长度的规则场，但是场排序达到星系大小的相干尺度需要另外6 Gyr（在$z\approx0.5$）。巨大的星系已经在$z\approx10$形成了它们的盘，这使得已经在$z\approx4$的强规则场（具有kpc相干长度）的发电机更有效地产生。矮星系应该在$z\approx1$拥有完全相干的场。这种进化的情况下，模型的预测数量可以通过测量偏振同步辐射和法拉第旋转与计划平方公里阵列进行测试。这个模型被用来模拟在盘状星系和极化无线电天空的平方公里阵列设计研究（SKADS）的一部分，规则的字段的演变。
2009-09-16 astro-ph.CO
Cluster Radio Halos at the crossroads between astrophysics and cosmology in the SKA era
巨射电晕（RH）是在合并的星系团中的一小部分中观测到的弥散的、百万pc大小的同步辐射源。目前对RH起源的假设是，在星系团合并过程中产生的湍流将星系团内介质（ICM）中预先存在的化石电子和/或次级电子重新加速到产生观测到的射电辐射所需的能量。此外，更轻松的集群可以主机扩散的“关态”晕产生的次级电子。在本章中，我们将使用蒙特卡罗模拟，结合惯性加速物理学和ICM中二次谐波的产生，来计算宇宙中RH的出现，它们的光谱特性以及与宿主星系团性质的联系。假设SKA 1的预期灵敏度和空间分辨率，在低（100-300 MHz）和中（1-2 GHz）频率下给出SKA 1调查的预测。SKA 1将进入一个未探索的领域，使我们能够在一个全新的星系团质量和红移范围内研究RH的形成和演化，从而对当前的理论假设进行严格的测试。特别是，SKA 1-LOW和SUR的组合将允许发现~1000个超陡谱晕，并首次探测“关闭状态”的RH。我们预计，在z~0.6的范围内，SKA 1-LOW巡天将发现至少~2500个巨大的RH。值得注意的是，这些巡天将对星团质量范围内的RH（低至~10^14太阳质量）和红移（高至~1）敏感，而这些都是目前观测所未探索的。SKA 1巡天在探测高红移大质量天体方面将与现在和未来的SZ巡天具有很强的竞争力。
2014-12-18 astro-ph.CO
Cosmology from HI galaxy surveys with the SKA
University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Western Cape（西开普敦大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；Guizhou University（贵州大学）；University of KwaZulu-Natal（夸祖鲁-纳塔尔大学）；IFPU -- Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）
本文预测SKAO-MID宽场HI星系巡天的星系计数和宇宙学可观测量的精度，并考虑HI质量函数的不确定性。
2026-07-02 astro-ph.CO
Constraints on Dark Matter-Neutrino Interaction from 21-cm Cosmology and Forecasts on SKA1-Low
本文利用21厘米宇宙学约束暗物质-中微子相互作用强度，发现其约束能力比现有观测高几个数量级，并对SKA1-Low的探测前景进行了预测分析。
2023-06-21 astro-ph.CO hep-ph
Fundamental Limitations on the Calibration of Redundant 21 cm Cosmology Instruments and Implications for HERA and the SKA
精确的仪器校准是21厘米宇宙学实验成功的关键。校准中未减轻的误差会污染再电离时期（EoR）信号，从而妨碍检测。Barry等人在2016年描述了校准不完整天空模型时出现的一类固有误差，但目前尚不清楚天空模型中的误差是否会影响冗余阵列的校准。在本文中，我们表明，冗余校准是容易受到错误的天空模型的不完整性，即使在完美的天线定位和相同的波束的限制。这些错误的水平可能会压倒EoR信号并阻止检测。最后，我们提出了错误缓解策略与影响氢时代的再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA）。
2019-03-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology with Tully-Fisher HI Galaxy Surveys
Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文学与空间科学研究所）；University of Queensland（昆士兰大学）；IFPU -- Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Western Cape（西开普敦大学）
本文探讨SKAO通过Tully-Fisher关系进行HI星系巡天在宇宙学中的应用，特别是本动速度测量，并比较现有数据与SKA-Mid阵列的预测。
2026-06-25 astro-ph.CO
Forecast for weighing neutrinos in cosmology with SKA
我们研究SKA中性氢（HI）强度映射（IM）巡天观测将在宇宙学中衡量中微子的作用。我们利用基于SKA 1和SKA 2的HI IM巡天的重子声学振荡（BAO）模拟数据进行了分析。对于当前的观测，我们使用普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）各向异性观测，光学BAO测量，Ia型超新星（SN）观测（Pantheon汇编）和最新的$H_0$测量。我们考虑了三种大质量中微子的质量排序情况，即，正常层次（NH）、倒置层次（IH）和退化层次（DH）情况。研究发现，SKA观测值可以显著改善$Ω_{\rm m}$和$H_0$的约束条件.与当前观测相比，SKA 1数据可以将对$Ω_{\rm m}$的约束改善约33%，对$H_0$的约束改善约36%; SKA 2数据可以将对$Ω_{\rm m}$的约束改善约58%，对$H_0$的约束改善约66%。研究还发现，SKA观测只能略微改善对$\sum m_ν$的约束.与当前观察相比，SKA 1数据可以分别针对NH、IH和DH情况将对$\sum m_ν$的约束改善约4%、3%和10%; SKA 2数据可以分别针对NH、IH和DH情况将对$\sum m_ν$的约束改善约7%、7%和16%。
2020-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology and Astrophysics Using the Post-reionization HI
讨论了利用中性氢再电离后红移21厘米辐射研究宇宙的前景。本文的主要目的是突出印度科学家在这一领域的努力与SKA铭记。事实证明，SKA的强度映射调查可以帮助获得对暗能量模型的更严格约束。HI强度图与Ly $α$森林数据的互相关也可用于测量BAO尺度。
2016-10-26 astro-ph.CO
SKA synergy with Microwave Background studies
平方公里阵列（SKA）的极高灵敏度和分辨率将与当前和未来的宇宙微波背景（CMB）项目协同作用，有助于解决与宇宙学有关的一系列广泛主题。其中许多主题也与未来的光学红外和X射线观测有关。我们讨论了这些目标的科学观点，仪器的要求和观测和数据分析方法，并确定了几个重要的宇宙学和天体物理学在不同的宇宙时代的主题。
2015-01-13 astro-ph.CO
Real-time cosmology with SKA
本文研究了平方公里阵列（SKA）的红移漂移数据在未来宇宙学参数估计中的作用。为了检验SKA对红移漂移数据的约束能力，选择了$Λ$ CDM模型作为参考模型。我们发现，使用SKA 1模拟数据，$Λ$ CDM模型可以松散的约束，而模型可以很好地约束时，使用SKA 2模拟数据。将SKA的模拟数据与欧洲极大望远镜（E-ELT）的观测数据相结合，可以明显改善约束条件，其效果几乎与Ia型超新星观测（SN）、宇宙微波背景观测（CMB）和重子声学振荡观测（BAO）的数据组合相当。在此基础上，我们进一步研究了SKA在SN+CMB+BAO+E-ELT基础上的红移漂移数据对$Λ$ CDM模型、$w$ CDM模型、CPL模型和HDE模型的影响。我们发现，SKA的红移漂移测量可以帮助显着改善对暗能量的约束，并可能打破宇宙学参数之间的简并。因此，我们认为SKA的红移漂移观测将在未来的宇宙学参数估计中提供一个很好的改进，并具有巨大的潜力成为约束暗能量的最有竞争力的宇宙学探测器之一。
2020-03-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology on the Largest Scales with the SKA
在超大尺度上研究宇宙是平方公里阵列（SKA）的主要科学案例之一。SKA将能够探测宇宙的巨大体积，因此代表了下一代宇宙学实验中的一种独特仪器，用于在最大的宇宙尺度上仔细检查宇宙的性质。在极大尺度上探测宇宙结构将有许多好处。例如，对于这些模式，扰动的增长是很容易理解的，因为它完全处于线性范围内。此外，这种尺度不受重子物理学知之甚少的反馈的影响。在超大宇宙尺度上，两个关键效应变得重要：原始非高斯性和宇宙学观测量的相对论修正。此外，如果晚期加速不是由暗能量驱动的，而是由对广义相对论的修正驱动的，那么这种修正在视界尺度附近和之上应该是显而易见的。因此，预计SKA将提供对非高斯性的转换约束，并首次在超视界尺度上探测重力。
2015-01-19 astro-ph.CO gr-qc
Probing Cosmology beyond $Λ$CDM using the SKA
宇宙学原理指出，宇宙在大尺度上是统计均匀和各向同性的。目前有许多意见表明偏离了这一原则。已经证明，这些观测中的许多都可以通过调用超视界宇宙学扰动来解释，并且可能与大爆炸范式相一致。值得注意的是，这些模式同时解释了观测到的哈勃张力，即，哈勃参数的直接和间接测量之间的差异。我们提出了几个测试的宇宙学原理使用SKA。特别是，我们可以可靠地提取的偶极子各向异性的信号分布的射电星系。超视界扰动还预测了一个显着的红移依赖的偶极信号，可以很好地测试的信号的再电离和暗时代的研究使用SKA。我们还建议研究无线电星系轴的排列，以及它们的综合偏振矢量的距离尺度范围从几个百万分之一到全球粒子速度。我们讨论数据分析技术，可以可靠地从数据中提取这些信号。
2023-03-29 astro-ph.CO gr-qc
Single-dish HI Intensity Mapping with the SKAO: Precursor Progress with MeerKAT's Large Area Synoptic Survey (MeerKLASS)
University of Portsmouth（朴茨茅斯大学）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）；University of the Western Cape（西开普敦大学）；Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Northeastern University（东北大学）；Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）
本文综述了MeerKLASS在单碟HI强度映射方面的最新成果，验证了稳定校准、前景抑制和信号恢复的可行性，为SKA-Mid的宇宙学观测奠定了技术基础。
2026-06-25 astro-ph.CO
Constraining the astrophysics and cosmology from 21cm tomography using deep learning with the SKA
未来的平方公里阵列（SKA）调查预计将产生来自再电离时代（EoR）的21厘米宇宙尺度地图的巨大数据集。我们评估了利用机器学习技术的可行性，即卷积神经网络（CNN），从半数值模拟的21厘米地图中同时估计天体物理学和宇宙学参数。我们进一步使用详细的SKA天线分布，热噪声和前景清理的配方将模拟的21 cm地图转换为类似SKA的模拟地图。我们成功地设计了两个CNN架构（类似VGGNet和ResNet），它们都能够有效地同时提取三个天体物理参数，即光子逃逸分数（f $_{\rm esc}$），电离发射率功率对晕质量的依赖性（$C_{\rm ion}$）和电离发射率红移演化指数（$D_{\rm ion}$）和三个宇宙学参数，即物质密度参数（$Ω_{m}$），无量纲哈勃常数（$h$），和物质波动幅度（$σ_{8}$），从21厘米地图在几个红移。在SKA噪声存在的情况下，我们设计的CNN仍然能够以很高的精度（$R^{2} > 92\%$）恢复这些天体物理和宇宙学参数，提高到$R^{2} > 99\%$的低红移和低中性分数值。我们的研究结果表明，未来的21厘米观测可以发挥关键作用，打破模型之间的简并和严格约束的天体物理和宇宙学参数，只使用很少的频率通道。
2020-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Null tests of the concordance model in the era of Euclid and the SKA
我们执行空检验的一致性模型，使用$H(z)$测量，模仿下一代的调查，如欧几里得和SKA。为此，我们部署了一个非参数的方法，使我们对基准宇宙学以及统计分析的假设最少。我们假设不同的宇宙学模型进行模拟，以验证我们如何区分它们的签名。我们发现，SKA和欧几里德的调查应该能够区分尖锐的一致性和替代暗能量模型是兼容的普朗克CMB数据。我们的结论是，如果其中一个基准模型代表真实的宇宙，SKA和Euclid将能够以统计学上显著的方式伪造和谐模型，而不对潜在的宇宙学做出假设。
2021-07-15 astro-ph.CO gr-qc
HI Simulations for Cosmology with the SKA Observatory
INAF -- Institute of Radioastronomy (IRA)（意大利国家天体物理研究所射电天文学研究所）；ETH Zurich -- Institute for Particle Physics and Astrophysics（苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所）；University of Geneva（日内瓦大学）；IFPU: Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；Tianjin Normal University（天津师范大学）；Jodrell Bank Centre for Astrophysics, Department of Physics and Astronomy, The University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文学系乔德雷尔银行天体物理学中心）；Department of Physics, National Institute of Technology Calicut（卡利卡特国立技术学院物理系）；Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文学系）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学学院）；Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire（赫特福德大学天体物理学研究中心）
综述了再电离后中性氢分布建模的先进方法，比较了半解析模型和经验方案在预测HI密度、质量函数及晕-质量关系上的异同，为SKAO巡天做准备。
2026-06-25 astro-ph.CO
SKA Weak Lensing I: Cosmological Forecasts and the Power of Radio-Optical Cross-Correlations
我们从涉及平方公里阵列（SKA）的弱引力透镜调查中构建宇宙学参数约束的预测。考虑到物质含量，暗能量和修改后的重力参数，我们表明，第一阶段的SKA（SKA 1）可以与其他第三阶段的实验，如暗能量调查（DES）和完整的SKA（SKA 2）可能会形成更严格的约束比第四阶段光学弱透镜实验，如那些将与LSST，WFIRST-AFTA或欧几里得类设施进行。单独使用弱透镜，从SKA 1到SKA 2代表物质中的$\sim10$、暗能量中的$\sim10$和修改后的重力参数中的$\sim5$的改进。我们还表明，第一次，强大的结果，即第三阶段和第四阶段的实验的严格约束（在$\sim5\%$），可以从光学和无线电波段之间的互相关剪切映射，这一过程也可以消除一些潜在的系统误差，否则可以限制弱透镜宇宙学的效用。
2016-10-25 astro-ph.CO
Testing the standard model of cosmology with the SKA: the cosmic radio dipole
在{宇宙微波背景辐射}中看到的偶极各向异性被解释为由于我们的特殊运动。宇宙学原理意味着这种宇宙偶极信号也应该存在于物质的大尺度分布中，具有相同的方向。对宇宙物质偶极子的测量构成了对标准宇宙学模型的一个关键检验。该偶极的当前测量值仅略高于预期噪声，无法提供稳健的测试。即将到来的无线电连续测量与SKA应该能够检测到偶极子在高信噪比。我们在第1阶段和第2阶段模拟SKA调查规范的数量计数图，包括所有相关影响。从本地大尺度结构的非线性效应污染的{宇宙（运动）}偶极信号，我们发现，在低红移（$z\lesssim 0.5$）的无线电源的去除导致显着改善的约束。我们预测SKA可以确定银河系坐标系中的运动偶极方向，误差为$(Δl,Δb)\sim(9^\circ,5^\circ)$到$(8^\circ, 4^\circ)$，取决于灵敏度。相对速度的预测误差为$\sim 10\%$。这些测量将大大减少目前无线电偶极子方向的不确定性，从而使第一个关键的测试物质和CMB偶极子之间的一致性。
2019-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Cosmology with a SKA HI intensity mapping survey
HI强度映射（IM）是利用HI作为暗物质密度场的有偏示踪剂，能够在三维空间中映射宇宙的大尺度结构，并提供对宇宙学的精确约束的一种新技术。这是通过测量天空中红移21厘米线的强度来实现的，而不需要分辨单个星系。在这一章中，我们调查的潜力SKA 1提供HI强度地图在广泛的频率范围和相当大的一部分天空。通过确定物质功率谱中的重子声学振荡和红移空间畸变特征--从而确定宇宙的膨胀和增长历史--这些调查可以为暗能量模型和对广义相对论的修改提供强有力的测试。它们也可以用来探测极大尺度上的物理学，在那里空间曲率和原始非高斯性的精确测量可以用来测试膨胀;在小尺度上，通过测量中微子质量的总和;在高红移下，可以探测非标准演化模型。我们讨论的前景，以及各种工具和调查设计参数的影响，可实现的限制。特别分析了SKA 1自相关函数用于大尺度信号探测的可行性。
2015-01-16 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Real time cosmology - A direct measure of the expansion rate of the Universe
近年来，宇宙学经历了一场革命，微波背景辐射的精确测量，大星系红移调查，以及通过对遥远超新星的观测发现宇宙最近的加速膨胀。在这种情况下，SKA使我们能够通过实时测量宇宙的膨胀率来进行宇宙学的终极测试。这可以通过一个相当简单的实验来完成，即在两个不同的时期观察星系的中性氢（HI）信号。随着宇宙随着时间的推移而膨胀，信号将遇到频率的变化，因此监测频率的漂移将提供对宇宙加速度的实时测量。在12年的时间内，人们预计频率偏移的数量级为0.1赫兹，假设一个标准的Lambda-CDM宇宙学。基于SKA的灵敏度估计和预期的HI星系的计数，它示出的计数是足够高的，以补偿测量的观测不确定性，因此允许统计检测的频移。[摘要删节]
2015-01-15 astro-ph.CO
Inferring Cosmology and Astrophysics from the High-redshift 21cm Signal with SKA-Low
本文综述了利用SKA-Low望远镜从高红移21厘米信号推断宇宙学和天体物理参数的统计工具与方法，包括功率谱、高阶统计量和形态学测量，并评估了初始配置AA*的早期科学潜力。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmology with fast radio bursts in the era of SKA
本研究预测了 SKA 时代快速射电暴对暗能量、Hubble 常数和重子密度的宇宙学参数约束，证明其能提供精确测量并帮助解决 Hubble 紧张问题。
2023-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology in the era of Euclid and the Square Kilometre Array
非线性尺度上的理论不确定性是利用即将到来的星系和氢调查（如欧几里得或平方公里阵列（SKA））的灵敏度的主要障碍之一。在这里，我们设计了一种新的方法来模拟的理论误差，超出了通常的小尺度上的截止。通过马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）预测Euclid和SKA对标准$Λ$ CDM模型参数（包括总质量为$M_ν$的大质量中微子）和3种扩展方案（包括1）额外的相对论自由度）的敏感性，测试了这种更有效地实现非线性不确定性的优点（$Λ$ CDM + $M_ν$ + $N_\mathrm{eff}$），2）与宇宙学常数的偏差（$Λ$ CDM + $M_ν$ + $w_0$），以及3）状态参数的时变暗能量方程（$Λ$ CDM + $M_ν$ + $\left(w_0,w_a \right)$）。我们比较了14种不同组合的宇宙学探测器和实验配置的灵敏度。对于Euclid与Planck相结合的情况，假设一个简单的宇宙学常数，我们的方法给出了对原始谱指数$n_{\rm s}$（$σ(n_s)=0.00085$）、哈勃常数$H_0$（$σ(H_0)=0.141 \, {\rm km/s/Mpc}$）、中微子总质量$M_ν$（$σ(M_ν)=0.020 \, {\rm eV}$）的高灵敏度的稳健预测。假设暗能量是动态的，我们得到质量为$σ(M_ν)=0.030 \, {\rm eV}$，状态方程参数为$(σ(w_…
2019-02-05 astro-ph.CO
Probing the Inflaton Potential with SKA
SKA不仅是天体物理学的一个重大进步，也是精密宇宙学的一个重大进步。我们展示了如何中性氢强度图可以结合普朗克测量的CMB功率谱，提供一个精确的测试暴胀子潜力。对于一个保守的范围内的红移，我们发现，SKA可以显着改善目前的限制哈勃慢滚参数。
2022-07-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Prospects for constraining interacting dark energy cosmology with gravitational-wave bright sirens detected by future SKA-era pulsar timing arrays
本文利用未来SKA时代脉冲星计时阵列模拟的引力波亮汽笛数据结合Planck CMB数据，研究相互作用暗能量模型的宇宙学参数约束，证明PTA数据可显著提升哈勃常数、物质密度和耦合参数的测量精度。
2025-04-08 astro-ph.CO
Understanding spectral artefacts in SKA-LOW 21-cm cosmology experiments: the impact of cable reflections
本文研究SKA-Low中同轴电缆反射对21厘米宇宙学EoR窗口的污染，通过端到端仿真和散射参数建模表明，即使0.1%的电缆长度公差也会在所有k模式上造成约10%的污染。
2024-09-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
HI and Cosmology: What We Need To Know
有三个不同的制度，其中红移21厘米线的HI的无线电观测可以直接贡献宇宙学以独特的方式。这些机制自然地按照红移从高到低分为：暴胀物理学、黑暗时代和再电离、星系演化和暗能量。每一次测量都提出了自己的一系列技术、理论和观测挑战，使得“我们需要知道什么”在这个早期阶段与其说是一个天体物理学问题，不如说是一个综合性的实验问题。一波新的探路者项目正在探索我们需要知道的基本方面（以及我们应该在未来几年内学习的内容），以实现平方公里阵列（SKA）及其他目标。
2009-01-05 astro-ph.CO
Redshift drift cosmography with ELT and SKAO measurements
绘制宇宙的膨胀历史是物理宇宙学的一项紧迫任务，特别是在最近宇宙加速的观测证据的背景下，这表明宇宙学和粒子物理学的规范理论是不完整的，还有新的物理学有待发现。宇宙学是宇宙学的一种唯象方法，其中（有一些警告）物理量被展开为宇宙学红移$z$中的泰勒级数，或类似的参数，如重新标度的红移$y=z/(1+z)$或对数红移$x=\ln{(1+z)}$。此外，宇宙膨胀后物体的红移漂移提供了一个独立于模型的可观测值，可以通过目前正在建设的设施{ \it，即}探测到。极大望远镜和平方公里阵列天文台（至少在其完整配置）。在这里，我们使用模拟的红移漂移测量从这两个设施进行评估的宇宙学的影响和模型的鉴别力的红移漂移宇宙学。我们发现，从两个设施的测量组合可以提供一个严格的测试的$Λ$ CDM范例，并在总体上的光谱速度漂移的对数为基础的扩展是最可靠的，表现优于类似的扩展在红移或重新标度的红移：前者名义上给出的宇宙学系数误差条较小，但在高阶项中易受偏差的影响（换句话说，它只在低红移时可靠），而后者总是表现不佳。
2022-11-04 astro-ph.CO gr-qc
Star formation across cosmic time with radio surveys. The promise of the SKA
本讲座简要回顾了射电天文学的主要最新进展，使超深调查成为可能，达到microJansky通量密度水平。随着平方公里阵列（SKA）的出现，许多领域都向前迈出了一大步，包括对宇宙恒星形成历史演变的研究。
2018-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining ultra large-scale cosmology with multiple tracers in optical and radio surveys
宇宙密度场的多种示踪剂，具有不同的偏差、数量和光度演化，可以用来测量宇宙的大尺度性质。我们展示了如何一个最佳的组合示踪剂可以用来检测广义相对论效应的观测密度的来源。我们预测这些影响的可探测性，以及测量原始非高斯性和大尺度透镜放大率与当前和即将到来的大尺度结构实验。特别是，我们量化的意义，这些检测在短期内的实验，如暗能量调查（DES），并在长期与大型综合巡天望远镜（LSST）和平方公里阵列（SKA）。我们回顾了进行这些测量必须克服的主要观测挑战。
2015-07-13 astro-ph.CO
Warm dark matter signatures on the 21cm power spectrum: Intensity mapping forecasts for SKA
我们调查的影响，温暖的暗物质（WDM）的21厘米强度映射在后再电离宇宙在z = 3 - 5。我们对冷暗物质和WDM（热遗迹）质量分别为1，2，3，4 keV的5种不同模型进行了流体动力学模拟，并使用两种不同的方法对中性氢进行了后验分配，这两种方法都再现了中性氢系统柱密度分布函数的观测结果。与天真的预期相反，线性和非线性物质功率谱中存在的功率抑制导致中性氢和21 cm功率谱的功率增加。这是因为在WDM模型中，冷暗物质缺乏小质量的晕：为了在两个宇宙学模型中分配中性氢的总量，必须在最大质量的晕中放置更大的量，这与冷暗物质宇宙学相比更有偏见。我们量化这种影响，并解决望远镜SKA 1-LOW的意义，包括一个现实的噪声建模。结果表明，我们将能够排除一个4 keV的WDM模型与5000小时的观测在z > 3，统计显著性> 3 sigma，而一个较小的质量为3 keV，相当于目前的限制，可以排除在2 sigma以上的置信水平与1000小时的观测在z > 5。
2015-03-03 astro-ph.CO
Probing $Λ$CDM cosmology with the Evolutionary Map of the Universe survey
宇宙演化图（EMU）是一个使用澳大利亚SKA探路者（ASKAP）的无线电连续统全天巡天。利用星系角功率谱和综合的萨克斯-沃尔夫效应，我们研究了EMU约束模型超越$Λ$ CDM的潜力（即，局部原始非高斯性、动力学暗能量、空间曲率和与广义相对论的偏差）。我们还包括一个多示踪剂分析，区别恒星形成星系和星系与活动星系核，以进一步提高EMU的潜力。我们发现EMU可以测量暗能量状态方程的参数约35\%的精度比现有的约束，并在$f_{\rm NL}$和修改后的重力参数的约束将提高到一个因子$\sim2$相对于普朗克和红移空间扭曲的测量。通过这项工作，我们展示了EMU对我们理解宇宙的巨大潜力。
2019-02-18 astro-ph.CO
Spacetime torsion as a possible remedy to major problems in gravity and cosmology
我们表明，爱因斯坦-嘉当-夏玛-基布尔引力挠理论不仅扩展了广义相对论，以考虑物质的内在自旋，但它也可能消除引力物理学的主要问题，并回答宇宙学的主要问题。这些问题包括：宇宙的起源，黑洞中奇点的存在，暴胀和暗能量的性质，宇宙中物质-反物质不对称的起源，以及暗物质的性质。
2011-06-23 astro-ph.CO gr-qc
Forecasts on Interacting Dark Energy from 21-cm Angular Power Spectrum with BINGO and SKA observations
中性氢（HI）强度映射是一种很有前途的探测宇宙大尺度结构的技术，可以提高我们对晚期加速膨胀的理解。在这项工作中，我们首先仔细研究如何替代宇宙学，相互作用暗能量（IDE），可以影响21厘米角功率谱相对于和谐$Λ$ CDM模型。我们重新推导出21厘米的亮度温度波动的背景下，这种相互作用，并发现一个额外的新的贡献。然后，我们估计三个即将到来的HI强度映射调查，BINGO，SKA 1-MID波段$\,$ 1和波段$\,$ 2，分别的噪声水平，并采用Fisher矩阵的方法来预测它们对IDE模型的约束。我们发现，虽然$\textit{Planck}\,$ 2018保持其对早期宇宙参数约束的统治地位，但BINGO和SKA 1-MID Band $\,$ 2对暗能量状态方程$w$，相互作用强度$λ_i$和约化哈勃常数$h$的最新CMB测量进行了补充绑定，SKA 1-MID Band $\,$ 1甚至在这些晚期宇宙参数约束中优于$\textit{Planck}\,$ 2018。预期最小不确定度由SKA 1-MID波段$\,$ 1+ $\textit{Planck}\,$给出：$w$上的$\sim 0.34\%$、$h$上的$\sim 0.22\%$、HI偏置$b_{\rm HI}$上的$\sim 0.64\%$以及$λ_{1}$（$λ_{2}$）上约为$3\times10^{-4}$（$7\time…
2022-01-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Late-time cosmology with 21cm intensity mapping experiments
我们提出了一个框架，预测宇宙学的约束，从未来的中性氢强度映射实验在低到中等红移。在这个过程中，我们建立了一个简单的方法比较这样的调查与光学星系红移调查。我们探索了广泛的实验配置，并评估了一些宇宙学观测值（膨胀率，增长率和角直径距离）和参数（暗能量和暗物质的密度，空间曲率，暗能量状态方程等）。将通过大量即将进行的实验来衡量。一些潜在的污染物和系统的影响也进行了详细研究。总体情况是令人鼓舞的-如果自相关校准可以控制到足够的水平，SKA的第一阶段应该能够在大致相同的时间范围内将暗能量状态方程限制为与Euclid等DETF第四阶段星系红移调查一样。
2015-05-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Fundamental Physics with the Square Kilometre Array
平方公里阵列（SKA）是一个计划中的大型射电干涉仪，设计用于在宽频率范围内工作，灵敏度和测量速度比任何现有射电望远镜都高一个数量级。SKA将涉及天文学中的许多重要课题，从行星形成到遥远的星系。然而，在这项工作中，我们认为SKA的角度来看，作为一个设施，研究物理。我们回顾了SKA有望对我们对基础物理学的理解做出重大贡献的四个领域：宇宙黎明和再电离;引力和引力辐射;宇宙学和暗能量;以及暗物质和天体粒子物理学。这些讨论表明，SKA将是一台壮观的物理机器，它将在物质，能量和时空方面提供许多新的突破和新的见解。
2019-10-23 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Halo Occupation Distributions of Moderate X-ray AGNs through Major and Minor Mergers in a $Λ$-CDM Cosmology
受Allevato et al.（2012）在COSMOS领域中最近推断的X射线选定活动星系核晕占据分布（HOD）形式的启发，我们使用一个基于$Λ$ -CDM宇宙学中暗物质晕（DMH）之间合并活动的简单模型，研究了中等亮度X射线活动星系核（mXAGN）的HOD性质。在上述情况下，在$z=0.5$模拟的mXAGN的HOD和数密度与Allevato等人（2012）的结果进行比较。我们发现，模拟的HOD的主要和次要合并，和观察到的mXAGN是一致的。我们的主要结果是，未成年人合并，相反，人们可能会期望，可以发挥重要作用的活动mAGN。
2015-10-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Bulk Flows and End of the Dark Ages with the SKA
早期宇宙是一个宝贵的探索原始物体的诞生，第一个恒星形成事件和随之产生的光子和重元素。宇宙学线性微扰理论的高阶修正预言了在退耦时刻相干超音速气流运动的形成。这些体流影响气体冷却过程，并决定了整个重子演化的级联效应。通过对不同恒星星族中不同物种的原子分子演化、气体冷却、恒星形成、反馈效应和金属扩散等N体流体动力学化学数值模拟，讨论了这些原始体流在黑暗时代末期的作用以及在第一次Gyr期间的可探测影响。早期的大量流动会抑制分子气体冷却能力，抑制恒星形成，金属扩散和婴儿宇宙中小原始星系的丰度。这可以确定再电离过程和中性氢加热的延迟，使宇宙演化期间可观察到的HI信号变得更加不完整和嘈杂。计划中的SKA任务将代表现有仪器的重大进步，因为它将能够探测z ~ 6-20处的HI 21 cm和z ~ 20-40处的第一个坍缩点的分子线发射的影响。因此，解决原初流运动对早期重子演化的影响和对第一Gyr结构形成的约束将是最佳的。
2015-01-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
The contribution of light Majorana neutrinos to neutrinoless double beta decay and cosmology
宇宙学正在取得令人印象深刻的进展，它正在对中微子质量的总和产生严格的限制，这是目前实验室实验中非常重要的参数。在这封信中，我们利用Palanque-Delabrouille等人[JCAP 1502，045（2015）]的分析与无中微子双β衰变（0νββ）搜索的潜在相关性。这个分析表明最轻的中微子质量很小，因为作者发现在1σ C时中微子的能量小于84 meV。L.，并为正常层次提供1σ偏好。用0νββ探测的马约拉纳有效质量的允许值在3σ C. L时<75 meV。在1σ C. L.时，能量降低到20 meV以下。如果该指示被证实，则对0 v66实验的影响将是巨大的，因为检测信号的可能性将超出下一代实验的范围。
2015-12-12 astro-ph.CO hep-ph
Higgs-Dilaton Cosmology: An inflation - dark energy connection and forecasts for future galaxy surveys
希格斯-膨胀子模型是标准模型的标度不变扩展，它与引力非最小耦合，并且在标准模型粒子内容之上只包含一个额外的自由度。这个最小化的方案预测了一组可测量的一致性关系之间的暴胀观测值和暗能量状态方程参数。我们提出了一个替代的推导这些一致性关系，突出的连接和差异与$α$吸引子的情况。我们研究在多大程度上这些限制允许区分希格斯膨胀模型从$Λ$ CDM和$w$ CDM宇宙学。为此，我们首先使用马尔可夫链蒙特卡罗方法分析现有的数据集。其次，我们使用Fisher矩阵方法对未来的星系调查进行预测，包括星系聚类和弱透镜探测。假设在不同的模型中的最佳拟合值仍然与目前的相媲美，我们表明，欧几里得和SKA 2类任务将能够区分希格斯膨胀宇宙学从$Λ$ CDM和$w$ CDM。
2018-02-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB foreground measurements through broad-band radio spectro-polarimetry: prospects of the SKA-MPG telescope
精确测量前景同步辐射污染了微弱的偏振宇宙微波背景辐射，是下一代宇宙微波背景实验的主要挑战。为了解决这个问题，正在2至40 GHz之间的无线电频率进行专门的前景测量实验。前景偏振同步辐射测量是特别具有挑战性的，主要是由于在法拉第旋转的存在下的复杂的频率依赖性，并且最好通过在频率$\lesssim 5$ GHz的宽分数带宽偏振测量来恢复。工作在1.7 ~ 3.5GHz（S波段）的15米SKA-MPG望远镜将为测量前景偏振同步辐射提供一个独特的机会。在这里，我们提出了一个南方天空调查的范围在S波段在1度角分辨率，并探讨其应用强大的技术，如斯托克斯$Q$，$U$拟合和RM合成的额外优势。用这台望远镜进行的南天偏振巡天，与其他正在进行的稍高频率的工作相结合，将为建模和外推前景偏振同步辐射到CMB频率（$\gtrsim80$ ~GHz）提供极好的频率覆盖范围，均方根亮温优于10 nK/1度$^2$。我们发现，这项调查将是至关重要的了解法拉第去极化的影响，特别是在低银河系纬度地区。这将允许更好的前景清理，从而将大大有助于进一步改进成分分离分析，并增加可用于\textit{Planck}数据宇宙学分析的天空面积，以及未来的\textit{LiteBIRD}任务。
2019-06-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmology & Astrophysics of the Dark Dimension with Bulk Majorana Neutrinos
Lehman College, City University of New York（纽约市立大学莱曼学院）；Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院）；American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆）；Harvard University（哈佛大学）
该研究针对含整体马约拉纳中微子的暗维度，提出其马约拉纳质量需≥100 GeV以解决宇宙学中微子灾难，且质量下限的整体中微子或可解释费米伽马射线过量。
2026-10-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
From atomic physics, to upper-atmospheric chemistry, to cosmology: A "laser photometric ratio star" to calibrate telescopes at major observatories
由于暗能量，我们的宇宙正在加速膨胀。但自上世纪末发现以来，暗能量的本质一直是个谜。在Research Highlights https://doi.org/10.1002/ntls.20220003中，Justin Albert，Dmitry Budker和Hossein Sadeghpour概述了激光光度比星（一种由激光激发地球上层大气钠层产生的新型光源，它将在589 nm和820 nm波长下同样明亮地辐射）如何帮助我们精确校准望远镜，以了解暗能量的性质。
2022-03-14 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.atom-ph
Prospects for probing dark matter particles and primordial black holes with the Square Kilometre Array using the 21 cm power spectrum at cosmic dawn
Northeastern University（东北大学）；Liaoning Normal University（辽宁师范大学）；Hangzhou Normal University（杭州师范大学）
SKA通过21厘米功率谱探测暗物质粒子和原初黑洞，有望突破现有限制，提供新的宇宙学见解。
2025-10-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
