A Sparse Spectroscopic Supernova Survey
超新星宇宙学调查传统上是耗时的，特别是对于关键的光谱数据。然而，如果最近的发展保持不变，在最大光下的单一光谱可以提供准确的距离估计。这可能会开辟一种新型的超新星宇宙学调查，光谱之间的有用相互作用和对特定红移的关注。我们优化了红移的选择，并表明这种凝聚的调查可以有效地提供高度准确的暗能量的限制。
2021-07-05 astro-ph.CO
Dark Matter in Astrophysics/Cosmology
这些课堂讲稿的目的是从天体物理学/宇宙学的角度介绍暗物质。我们从宇宙学的快速概述开始，包括宇宙的演化，它的热历史和结构形成。然后，我们从星系、星系团、宇宙微波背景辐射的各向异性和大尺度结构的观测结果中，探讨了暗物质的观测证据。为了探测暗物质，我们需要知道它是如何分布的，特别是在银河系中，所以接下来我们将概述数值模拟和观测的相关结果。最后，我们通过观察天体物理学和宇宙学观测可以告诉我们关于暗物质的性质来得出结论，重点是两个特殊的情况：温暖和自我相互作用的暗物质。
2021-11-10 astro-ph.CO hep-ph
Kinematic lensing with high-resolution spectroscopic surveys. A unique opportunity for transformative cosmology at high redshifts in the 2040s
Università degli Studi di Torino（都灵大学）；INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, 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）
利用运动透镜效应进行高红移宇宙学研究，通过高分辨率光谱巡天实现前所未有的宇宙结构增长探测。
2026-01-08 astro-ph.CO
Cosmology and astrophysics from relaxed galaxy clusters - IV: Robustly calibrating hydrostatic masses with weak lensing
这是研究大质量、动态松弛的星系团的天体物理学和宇宙学的系列论文中的第四篇。在这里，我们使用测量弱引力透镜从称重巨人项目校准钱德拉X射线测量的总质量依赖于假设的流体静力平衡。这种X射线和透镜质量的比较提供了一个测量的组合偏差的X射线流体静力学质量由于天体物理和仪器的来源。假设宇宙学是固定的，并且在从X射线数据确定的特征半径（r_2500）内，我们测量到透镜与X射线的质量比为0.96 +/- 9%（stat）+/- 9%（sys）。我们没有发现这个比例与质量，红移或用于选择样品的形态指标的显着趋势。根据最大规模的，轻松的集群从水力模拟的预测，我们的研究结果不赞成强，百分之十的偏离流体静力学平衡在这些半径。此外，我们发现从c_200 = $3.0_{-1.8}^{+4.4}$的透镜数据测量的样品的平均浓度。在透镜系统学方面预期的短期改进，以及松弛透镜样品的适度扩大，可以很容易地将测量精度提高30- 50%，从而导致在宇宙学约束中采用X射线流体静力学质量估计的类似改进，例如来自星系团气体质量分数的Omega_m。
2015-09-07 astro-ph.CO
Snowmass Computing Frontier: Computing for the Cosmic Frontier, Astrophysics, and Cosmology
本文介绍了宇宙前沿科学的（离线）计算要求和挑战，涵盖了数据管理，分析和模拟等领域。我们邀请贡献，以扩大所涵盖的主题范围，并加强目前的描述。
2013-11-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
SuperNest: accelerated nested sampling applied to astrophysics and cosmology
我们提出了一种方法，以提高嵌套抽样的性能以及其精度。在Chen等人先前工作的基础上，我们表明，后重新分区可用于减少时间量嵌套采样花费在压缩从前到后，如果一个合适的“建议”的分布提供。我们在一个具有高斯后验的宇宙学示例中展示了这一点，并将代码作为LGPL许可的可扩展Python包https://gitlab.com/a-p-petrosyan/sspr发布。
2022-12-04 astro-ph.CO physics.comp-ph
Investigating Cluster Astrophysics and Cosmology with Cross-Correlation of the Thermal Sunyaev-Zel'dovich Effect and Weak Lensing
最近发现的热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应和弱引力透镜（WL）的交叉相关，使独特的研究集群天体物理学和宇宙学。在这项工作中，我们提出了限制星系团，$α_0$，和物质的功率谱，$σ_8$的振幅的非热压力分数的振幅，从普朗克的tSZ功率谱的测量，和从普朗克和红色星团序列透镜巡天的tSZ-WL互相关。我们使用$N$体模拟将数据拟合到具有协方差矩阵的半解析模型。我们发现，tSZ功率谱单独偏好$σ_8 \sim 0.85$和大部分的非热压力（$α_0 \sim 0.2$ - $0.3$）。另一方面，tSZ-WL互相关偏好显著较低的$σ_8 \sim 0.6$和低的$α_0 \sim 0.05$。我们表明，这种紧张局势可以减轻允许在恒星质量晕质量关系，这将导致减少低质量晕的气体的陡峭的斜率。在这样的模型中，组合数据更倾向于$σ_8 \sim 0.7$和$α_0 \sim 0.2$，与流体动力学模拟的预测一致。
2018-01-24 astro-ph.CO
Ultra Long-Term Cosmology and Astrophysics
我们研究天文观测，将是在未来的时间轴相应的人类文明的历史记录到目前为止，$\sim 10^4$年实现。我们研究的红移漂移，宇宙微波背景辐射的演变，和宇宙视差的测量的影响。许多在世纪尺度上罕见的事件将在$\sim 10^4$年的时间尺度上变得容易观察。几个测量有关的重力的影响进行了讨论。
2022-10-03 astro-ph.CO gr-qc
Constraining Brans-Dicke cosmology with the CSST galaxy clustering spectroscopic survey
布兰斯-迪克（BD）理论是最简单的引力量-张量理论，可以被认为是修正的爱因斯坦广义相对论的候选理论。在这项工作中，我们预测了在CSST星系团光谱巡天中，对于点源5 $σ$探测，用星等极限$\sim 23$ AB等对BD理论的限制。我们生成模拟数据的基础上的zCOSMOS目录，并考虑CSST光谱调查的观测和仪器的影响。我们预测了BD理论中星系的功率谱从$z=0$到1.5，并包括了星系的偏置和其他系统参数。马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）技术是用来找到宇宙学和系统参数的最佳拟合和概率分布。引入了满足$ζ=\ln \left(1+\frac{1}ω\right)$的Brans-Dicke参数$ζ$。我们发现CSST分光星系团巡天在假设$ζ= 0$的情况下，可以给出$|ζ|<10^{-2}$，或等价的$|ω|>\mathcal{O}(10^2)$和$|\dot{G}/G|<10^{-13}$。这些约束条件与当前宇宙微波背景辐射（CMB）、重子声振荡（BAO）和Ia型超新星（SN Ia）数据的联合约束条件几乎处于同一数量级，表明CSST星系团光谱巡天将有力地约束BD理论和其他修正的引力理论。
2022-04-04 astro-ph.CO
Peaks in weak lensing mass maps for cluster astrophysics and cosmology
本文综述了利用弱透镜质量图中的峰识别星系团的方法，强调纯引力选择相比传统方法的优势，并指出斯巴鲁巡天已识别300多个高信噪比星系团，可用于精确宇宙学约束。
2024-12-17 astro-ph.CO
Neutrinos in Cosmology and Astrophysics
本文简要介绍了中微子物理和天体物理的最新进展，这些进展对核物理前沿研究具有重要意义。我们认为，这些发展以新的方式将核物理与观测宇宙学和天体物理学的令人兴奋的发展联系起来。此外，中微子在稠密物质中的行为本身就是多体量子力学的一个基本问题，在某些方面类似于核物质和原子核中的众所周知的问题，在某些方面则完全不同，特别是因为非线性和量子去相干。自相互作用中微子气体是唯一由弱相互作用驱动的多体系统。
2013-03-15 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Cosmology on point: modelling spectroscopic tracer one-point statistics
本文将基于大偏差理论的1点物质密度PDF预测扩展至暗物质晕和星系等有偏示踪体，构建了示踪体偏倚与随机性模型，并在N体模拟中验证了其对宇宙学参数的优越约束能力。
2025-01-06 astro-ph.CO
Cross-Correlation of spectroscopic and photometric galaxy surveys: cosmology from lensing and redshift distortions
宇宙学星系巡天的目的是利用星系团丰度、宇宙剪切相关或重子声学振荡（BAO）等技术将最大的体积映射到测试模型，这些技术旨在独立于星系偏差。在这里，我们探索另一种途径来约束宇宙学：采样更温和的体积与光度和光谱调查的互相关。我们考虑了窄红移仓中的角星系-星系自相关以及它与弱引力透镜（WL）和红移空间畸变（RSD）的不同探测的组合。把这些观测的互相关包括进来，就能把暗能量状态方程w（z）和宇宙增长历史（用γ来表示）的约束条件提高几个因子。额外的信息来自于使用许多窄的红移仓和星系偏差，这是用WL探针和RSD测量的，打破了分别使用每种方法时存在的简并性。我们使用线性标度在深度（i<24）光度测量和较亮（i<22.5）光谱测量或非常精确（0.3%）光度红移测量上预测了联合w（z）和γ优值。光度计样品中的放大或剪切产生的FoM与光谱样品上的RSD或BAO具有相同的数量级。然而，这些探针在相同区域上的互相关产生的FoM高达100倍大。在没有形状测量的情况下，单独的放大率也可以用于这些互相关，并且可以产生比单独使用剪切更好的结果。对于光谱后续调查策略，测量前景透镜的光谱以执行这种互相关，比针对星系分布的红移更高的尾部以研究2.5倍大体积的BAO提供了5倍更好的FoM。
2012-05-08 astro-ph.CO
Quantum corrections to gravity and their implications for cosmology and astrophysics
量子对引力作用的贡献在理论的高阶导数部分相对容易计算。然而，在后暴胀宇宙学和天体物理学中的应用需要对爱因斯坦-希尔伯特作用量和宇宙学常数进行修正，而这些修正我们还不能以一种一致和安全的方式导出。同时，如果我们假设这些量子项是协变的，并且它们具有相关的量值，那么它们的函数形式可以被定义为一个自由参数，这个自由参数可以在唯象基础上定义。事实证明，量子修正原则上可能会导致天体物理学和宇宙学中令人惊讶的强大和有趣的效应。
2012-03-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Simulation-Based Inference
Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（Kavli宇宙物理与数学统一研究所（WPI），多伦多大学天体物理与空间研究所，东京大学）
本文探讨了基于模拟的推断（SBI）在天文学和宇宙学中的应用，介绍了后验、似然和比值估计等基本技术，讨论了其诊断方法及在实际场景中的选择指南，并指出了训练预算有限是当前的主要挑战。
2026-05-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology and Astrophysics with the Diffuse eRASS1 X-ray Angular Power Spectrum
本研究利用eRASS1半天空地图测量的星系团与群X射线角功率谱，结合包含反馈和非热压力的物理晕气体模型，对宇宙学参数$S_8$给出限制，并约束了星系团的天体物理特性，证明该功率谱是极具前景的宇宙学与天体物理学探针。
2025-02-24 astro-ph.CO
Physics, Astrophysics and Cosmology with Gravitational Waves
引力波探测器已经在令人感兴趣的灵敏度水平上运行，它们有一个升级的路径，到2014年应该会导致安全的探测。我们回顾了引力波的物理学，它们如何与探测器（棒和干涉仪）相互作用，以及这些探测器如何工作。我们研究了最可能的引力波源，并回顾了用于从探测器噪声中提取其信号的数据分析方法。然后我们考虑物理学、天体物理学和宇宙学的引力波探测和观测的结果。
2009-03-02 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmology Requirements on Supernova Photometric Redshift Systematics for Rubin LSST and Roman Space Telescope
在即将到来的广域时域调查中，将发现和监测大约100万颗Ia型超新星（SN），如Vera C。Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time（鲁宾天文台时空遗产巡天）对于宇宙学的应用，除了其他特性外，还需要精确的红移;然而绝大多数SN不会有光谱红移，即使是对于它们的宿主星系，也只有光度红移。我们评估了红移系统控制必要的强大的宇宙学。基于由机器学习产生的光度与真实红移关系，应用于LSST质量观察到的50万个星系的模拟，我们量化了平均关系和异常值分数和偏差中的系统学要求，以便不偏向暗能量宇宙学推断。某些红移范围是特别敏感的，激发了SN在$z\lesssim0.2$和$z\approx0.5$-0.6附近的光谱跟踪。包括Nancy Grace Roman太空望远镜近红外波段的模拟中，我们重新分析的约束，发现在高红移的改善，但很少在低红移的系统学导致强烈的宇宙学偏见。我们确定了一个完整的光谱调查SN主机星系$z\lesssim0.2$作为一个非常有利的元素强大的SN宇宙学。
2021-01-06 astro-ph.CO
Cosmology and Astrophysics without Dark Energy and Dark Matter
我们表明，没有必要的假设暗能量（DE）和暗物质（DM）来解释归因于他们的现象。与过去十年的共识相反，我们证明了宇宙尺度因子的时间导数是一个常数。我们推导出哈勃参数H（z）作为红移z的函数。基于H（z），我们推导出距离模量与log（z）的曲线。这条曲线拟合超新星观测数据，没有任何自由参数。这种拟合与当前宇宙学所获得的拟合一样好，后者需要自由参数Omega_M和Omega_Lambda。利用哈勃球（HS）中的全球引力能量密度等于宇宙微波背景（CMB）能量密度这一迄今未被注意的事实，我们得到了这些结果。我们推导出了支配星系内和星系周围天体运动的动力学和运动学关系。这个推导不需要任何引力物质超过观察到的重子物质。由这些关系得到的理论旋转曲线（RC）与实测RC相吻合。我们通过研究星系周围的局部引力能量密度和宇宙微波背景能量密度之间的相互作用得到这些结果。这种相互作用导致星系周围的空间膨胀不均匀和各向异性。
2009-09-14 astro-ph.CO
Recent Progress in Cosmology and Particle Astrophysics
近年来，宇宙学和粒子天体物理学取得了巨大的进展。以至于任何敢于提供概述的人肯定会冒着风险，因为他或她自己充其量是不完整和有偏见的，甚至由于作者有限的专业知识而不正确。正是出于这种理解和借口，我冒着风险提出了这篇评论。在简要总结了普朗克任务的第一批成果之后，我重点介绍了在暗能量、暗物质和宇宙中微子研究方面的一些选定的理论和实验进展。希望通过这些令人兴奋的发展一瞥，人们会相信，我们现在离最终了解我们的宇宙更近了一步，而仍然需要重大突破。
2013-10-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology and Astrophysics from Relaxed Galaxy Clusters I: Sample Selection
这是一系列研究大质量、动态松弛的星系团的天体物理学和宇宙学的论文中的第一篇。在这里，我们提出了一种新的，自动化的方法，用于识别放松集群的基础上，他们的形态在X射线成像数据。虽然与文献中的其他人大致相似，但我们测量的形态量是专门设计的，以便为一系列数据质量和星系团红移的比较提供公平的基础，对由于点源掩模和探测器之间的间隙而丢失的数据具有鲁棒性，并避免对宇宙学背景和星系团质量的强烈假设。基于三个形态学指标-对称性，峰值和对齐-我们开发了松弛的SPA标准。这种分析适用于大样本的集群观测钱德拉和ROSAT档案。根据我们的准则，在361个接受SPA治疗的联网中，有57个（16%）后来被发现是放宽的。我们比较我们的测量类似的估计在文献中，以及投影椭圆率和其他图像的措施，并评论的趋势与红移，温度和调查选择方法的放松集群分数。实现我们的形态分析的代码将在网络上提供。
2015-02-20 astro-ph.CO
Uncertainty and bias of cosmology and astrophysical population model from statistical dark sirens
来自一个合并的致密双星的引力波（GW）辐射是一个标准的警报器，因为每个事件的光度距离可以直接从信号的振幅测量。使用GW警报器约束宇宙学的一种可能性是对二元黑洞（BBH）事件进行统计推断。从本质上讲，这种统计方法可以被视为如下。我们可以通过改变宇宙学参数来修改观测到的BBH事件分布的形状，直到它最终与从天体物理学人口模型构建的分布相匹配，从而使我们能够确定宇宙学参数。在这项工作中，我们推导出Cramér-Rao界的宇宙学参数和那些管理的天体物理人口模型从这个统计暗警报方法通过检查事件分布中包含的Fisher信息。我们的研究提供了分析性的见解，并能够快速而准确地估计暗警报宇宙学的统计准确性。此外，我们认为在宇宙学的偏见，由于未建模的子结构的合并率和质量分布。我们发现天体物理模型中的$1\%$偏差会导致哈勃常数的误差大于$1\%$。当探测到超过$10^4$ BBH事件时，这可能会限制暗警报宇宙学的准确性。
2022-06-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Doppler boosted dust emission and CIB-galaxy cross-correlations: a new probe of cosmology and astrophysics
我们发现了一种新的宇宙学信号，多普勒增强的宇宙红外背景（DB-CIB），产生于星系的特殊运动，其热尘埃发射源的宇宙红外背景（CIB）。这个新的观测是宇宙速度场的独立探测，与著名的运动学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应非常相似。有趣的是，DB-CIB不受“kSZ光学深度简并”的影响，使其免受星系形成的复杂天体物理学的影响。我们预测DB-CIB效应在CCAT-Prime和类CIB-like实验的互相关中是可检测的。我们表明，如果没有适当考虑，它还可以作为新的CMB前景，可能会导致未来kSZ交叉相关性的偏差。
2022-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Predictive uncertainty on improved astrophysics recovery from multifield cosmology
本研究利用卷积神经网络结合CAMELS项目的多场数据预测宇宙学和天体物理参数，通过Monte Carlo dropout估计预测不确定性，发现增加输入场可提升准确率并降低不确定性，校准后总不确定性与实际误差偏差最多降至25%。
2022-08-18 astro-ph.CO
Cosmology and Astrophysics from Relaxed Galaxy Clusters III: Thermodynamic Profiles and Scaling Relations
这是研究大质量、动态松弛的星系团的天体物理学和宇宙学的系列论文中的第三篇。我们的样本包括40个被识别为动态松弛和热的簇（即，在本系列的第一和第二篇论文中。在这里，我们考虑团内介质的热力学，特别是密度，温度和相关量的轮廓，以及气体质量，平均温度，总光度和中心排除光度的综合测量。我们适合这些量的函数的红移和集群质量，这可以精确地测量，并与最小的偏差，这些放松的集群使用流体静力学参数的幂律标度关系。对于热力学配置文件，我们共同建模的密度和温度及其固有的散射作为半径的函数，从而也捕获的气体压力和熵的行为。对于积分量，我们还联合拟合多维内在协方差。我们的研究结果加强了这样一种观点，即简单的流体动力学模型提供了一个很好的描述其中心以外的放松集群，但额外的加热和冷却过程是重要的内部区域（半径$r < 0.5r_{2500} \approx 0.15r_{500}$）。热力学分布保持规则，具有小的内在散射，直到最小半径，其中去投影是直接的（$\sim 20$ kpc）;在这个半径内，即使是最松弛的系统也显示出明显的偏离球形对称。我们的研究结果表明，加热和冷却不断调节在一个紧密的反馈回路，使集群的大气层保持分层在这些尺度。
2016-01-04 astro-ph.CO
Chiral effects in astrophysics and cosmology
基本粒子的微观量子特性--手征性，导致了手征反常、手征磁效应和手征等离子体不稳定性等宏观现象。本文综述了手征效应在高能天体物理（如脉冲星反冲、磁星、核坍缩超新星）和早期宇宙学（如原初磁场、重子生成、手征引力波）中的研究进展。我们还提供了一个教学介绍的手征效应和低能量有效的理论来描述他们在和平衡-手征（磁）流体力学，手征动力学理论，手征辐射输运理论中微子。
2022-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Neutrinos in Astrophysics and Cosmology: Theoretical Advanced Study Institute (TASI) 2020 Lectures
我介绍了中微子质量和混合的早期宇宙的稠密环境和天体物理环境中的后果。热效应和物质效应的两个中微子形式主义的背景下进行审查，与方法的扩展到多个中微子。观测到的大中微子混合角对宇宙学轻子（或中微子）不对称性有最强的约束，而新的无菌中微子提供了丰富的可能的新物理，包括轻子不对称性的产生以及暗物质的候选者。本文还综述了宇宙微波背景和大尺度结构对中微子质量和能量密度的限制。最后，我回顾了X射线天文学如何成为中微子物理学的一个分支，在寻找千电子伏级的无菌中微子暗物质辐射衰变。
2021-03-23 astro-ph.CO hep-ph
Massive and supermassive black holes in the contemporary and early universe and the new problems of cosmology and astrophysics
这是一篇关于大质量原始黑洞的综述的引言、结论和参考文献列表的英文译文，该综述以俄语提交给Uspekhi Fizicheskikh Nauk（物理学-Uspekhi）。如果接受，这篇评论将由《日刊》翻译成英文，并以俄文和稍后的英文发表。本文综述了近年来的天文学资料，这些资料表明大质量原始黑洞在宇宙中所起的作用比人们以前所认为的要重要得多。这对于当代和早期宇宙在红移约为10的情况下都是正确的。本文讨论了1993年提出的在极早期宇宙中产生重和超重黑洞的机制。这种机制预测了原始黑洞的对数正态质量谱，这在过去几年中变得非常流行。提出的机制提出了一个自然的解释，大量的最近的观测数据，这不符合标准的宇宙学和天体物理学。
2017-05-19 astro-ph.CO hep-th
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Lyman-$α$ forest
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所（IFAE），巴塞罗那科学与技术研究院）
本文探讨了机器学习技术在分析里曼-α森林中的应用，重点在于克服传统方法的计算和方法学限制，通过自动化特征提取、改进恒星连续谱重建、加速流体动力学模拟仿真以及开发基于模拟的分析方法，推动宇宙学研究的发展。
2026-05-21 astro-ph.CO
Probing Cosmology and Cluster Astrophysics with Multi-Wavelength Surveys I. Correlation Statistics
即将进行的多波长天文观测将很快发现所有大质量星系团，并对宇宙学和星系团天体物理学提供前所未有的限制。本文通过对与星系团有关的三个观测量的联合分析，包括宇宙微波背景（CMB）中的热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应、电离气体的X射线辐射以及星系团引力势对背景星系的引力弱透镜效应，研究了多波段星系团巡天的约束能力。我们开发了一个理论框架来预测和解释两点相关统计之间的三个观测使用半解析模型的集群内介质（ICM）和晕为基础的方法。在这项工作中，我们表明，tSZ中的自动和交叉角功率谱，来自即将到来的任务（eROSITA，CMB-S4和LSST）的X射线和透镜统计可以帮助打破宇宙学和ICM物理之间的简并。这些相关性统计对选择偏差不太敏感，并且能够在遥远，微弱和小的集群中探测ICM物理，否则很难单独检测到。我们表明，相关统计能够提供宇宙学的约束，相当于传统的集群丰度测量，同时约束集群天体物理学。我们的研究结果表明，相关统计可以显着提高即将到来的多波长集群调查的科学回报。
2019-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galaxy Cluster Astrophysics and Cosmology: Questions and Opportunities for the Coming Decade
我们正在学习很多关于结构如何形成的知识，特别是作为宇宙网络节点的星系团如何进化和增加物质，以及这些物体内部的物理过程。在接下来的十年里，对星系团的研究将使我们能够解决有关暗物质和暗能量的性质的重要问题，星系团如何与中心的超大质量黑洞共同进化，并推进我们对基本等离子体天体物理学的认识。本科学白皮书概述了未来十年及以后出现的星团天体物理学的关键问题和研究机会，并作为其他星团相关白皮书的概述。
2009-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmology with the MaunaKea Spectroscopic Explorer
本文件总结了与MaunaKea光谱探测器（MSE）宇宙学研究相关的科学案例，这是一种高度复用（4332光纤），宽FOV（1.5平方度），大孔径（直径11.25米），光学/近红外（360 nm至1300 nm）设施。MSE高z宇宙学巡天计划的目的是探测宇宙的大体积，其星系密度足以测量探索原始非高斯性和膨胀所需的超大规模密度波动。我们期望局部参数$f_{NL}$的测量精确到$σ(f_{NL}) = 1.8$。将MSE高z宇宙学调查数据与下一代CMB第4阶段实验的数据和现有的DESI数据相结合，将首次从天文观测中提供中微子质量等级的PDMATHAMO确认。此外，在样品中观察到的重子声振荡（BAO）将提供$z=1.6$和4.0之间六个不同红移仓中距离-红移关系的测量，每个仓的精度为$\sim0.6\%$。同时测量的红移空间畸变（RSD）限制的波动幅度，在一个水平范围从$1.9\%$ $3.6\%$。拟议的巡天覆盖10，000个${\rm deg}^2$，测量三类目标天体的红移：发射线Galeries（ELG）与$1.6<z<2.4$，莱曼断裂Galeries（LBG）与$2.4<z<4.0$，以及类星体$2.1<z<3.5$。ELG和LBG将被用作底层密度场的直接示踪剂，而类星体光谱中的Lyman-$α$森林将被用来探测结构。持续时间为1,800秒的曝光将保证ELGS的$90\%$和LBG…
2019-03-21 astro-ph.CO
Cross-correlating 21 cm and galaxy surveys: implications for cosmology and astrophysics
我们预测天体物理学和宇宙学参数之间的协同作用21厘米强度映射和宽视场光学星系调查（光谱和光度）超过$z \sim 0-3$。在这项工作中，我们专注于以下调查组合：（i）在北半球的CHIME和CHIME调查，（ii）LSST和SKA I MID调查，以及（ii）在南半球的MeerKAT和DES调查。我们的$Λ$ CDM宇宙学模型具有参数$\{h, Ω_m, n_s, Ω_b, σ_8\}$，参数$v_{c,0}$和$β$代表的截止和斜率的HI晕质量关系在以前开发的HI晕模型框架，和一个参数$Q$，代表的光学星系偏置的尺度依赖性。使用Fisher预测框架，我们探索（i）HI和星系天体物理不确定性对宇宙学参数约束的影响，假设先验从目前的天体物理知识，（ii）在考虑的三种配置中，天体物理约束的改进，（ii）收紧相对于相应的HI自相关调查的参数约束。
2020-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Invariance transformations in wave-optics lensing: implications for gravitational-wave astrophysics and cosmology
本文研究引力波透镜波动光学区域中是否存在不变性变换，发现强信号可部分打破质量面简并并独立恢复透镜参数与$H_0$，但当前探测器约束困难，第三代探测器有望实现对$H_0$的有意义约束。
2024-11-19 astro-ph.CO
New Discoveries in Cosmology and Fundamental Physics through Advances in Laboratory Astrophysics
正如宇宙学和基础物理学（CFP）小组充分意识到的那样，未来十年将看到我们对这些研究领域的理解取得重大进展。引用他们的收费，这些进展将发生在早期宇宙的研究，微波背景，再电离和星系形成的原星系，大尺度结构，星系际介质，宇宙学参数的测定，暗物质，暗能量，重力测试，天文学确定的物理常数，以及使用天文信使的高能物理。在这些领域取得进展的核心是实验室天体物理学的相应进展，这是在2010-2020年十年内充分实现CFP科学机会所必需的。实验室天体物理学包括对产生观测到的天体物理过程的基础物理学的理论和实验研究。我们已经确定的与CFP小组相关的实验室天体物理学的5个领域是原子，分子，等离子体，核和粒子物理。在这里，第2节描述了一些新的科学机会和引人注目的科学主题，这将是实验室天体物理学的进步。在第3节中，我们为这些机会提供了科学背景。第4节简要讨论了实现未来十年CFP科学机遇所需的实验室天体物理学的一些实验和理论进展。根据白皮书征集要求，第5部分提出了四个核心问题和一个具有不寻常发现潜力的领域。最后，我们在第6节中给出了一个简短的后记。
2009-02-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
The role of sterile neutrinos in cosmology and astrophysics
我们提出了一个全面的概述扩展的标准模型，其中包含三个右手（无菌）中微子的质量低于电弱标度[中微子最小标准模型，（nuMSM）]。我们考虑宇宙的历史，从暴胀时代到今天，并证明，大多数观察到的现象超出了标准模型可以在这个模型的框架内解释。我们回顾了宇宙的重子不对称性的机制在nuMSM和讨论的暗物质候选人，可以是温暖的或寒冷的，并满足所有现有的限制。从粒子物理学的观点，该模型提供了一个解释中微子味振荡。利用现有的实验技术可以验证nuMSM。
2009-07-22 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology and Astrophysics from Relaxed Galaxy Clusters V: Consistency with Cold Dark Matter Structure Formation
这是研究大质量、动态松弛的星系团的天体物理学和宇宙学的系列论文中的第五篇。我们的样本包括40个集群被确定为动态放松和热在本系列的论文I和II。在这里，我们使用的X射线数据的集群质量配置文件的约束条件，以测试一些基本的预测宇宙结构形成的冷暗物质（CDM）的范例。我们提出的浓度-质量关系的大规模集群的限制，发现一个幂律质量依赖的斜率为$κ_m=-0.16\pm0.07$，与CDM预测。对于这个放松的样品，关系是一致的常数作为红移的函数（幂律斜率与$1+z$的$κ_ζ=-0.17\pm0.26$），与$σ_{\ln c}=0.16\pm0.03$的内在散射。我们调查的数据（通常为$\sim50$千分之一秒差距-1百万分之一秒差距）探测的径向范围内的集群质量分布的形状，并测试偏离简单的纳瓦罗，弗伦克和怀特（NFW）的形式，密度分布的对数斜率往往$-1$在小半径。具体而言，我们认为作为替代的广义NFW（GNFW）和Einasto参数化。对于GNFW模型，我们发现$β=1.02\pm0.08$的对数内斜率的平均值（减去），具有$σ_β=0.22\pm0.07$的内在散射，而在Einasto情况下，我们将平均形状参数约束为$α=0.29\pm0.04$，具有$σ_α=0.12\pm0.04$的内在散射。因此，我们的结果是一致的，平均与简单的NFW模型，但我们清楚地检测到存在的内在的，集群到集群的…
2016-07-25 astro-ph.CO
Astrophysical Probes of Fundamental Physics
早期和近代宇宙的新观测和理论之间的戏剧性对抗使宇宙学成为物理科学中发展最快的领域之一。宇宙是一个探索基础物理学的独特实验室，其基本原理是从基础物理学启发的模型开始，并以足够的定量细节探索其结果，以便能够识别基础理论的关键天体物理学和宇宙学测试（或在适当时开发新的测试）。今后几年，通过利用不断改进的观测数据，将有可能进行数量空前的此类试验。本着这种精神，我将强调宇宙学和粒子物理学中的一些开放问题，并为这次研讨会提供一些动机。
2010-11-30 astro-ph.CO
More is Different: Non-Minimal Dark Sectors and their Implications for Particle Physics, Astrophysics, and Cosmology -- 13 Take-Away Lessons for Snowmass 2021
短语“更多就是不同”经常被用来指新的，意想不到的集体现象，当一个给定系统中的状态数量很大时，可能会出现这种现象。在对Snowmass 2021研究的贡献中，我们描述了13种意想不到的集体现象，这些现象可能在暗区包含大量状态时出现，与通常的假设相反。这13个外卖课程涵盖了暗物质物理学的所有相关领域，包括对撞机签名，直接检测签名，间接检测签名，暗物质互补性的新观点，甚至是意想不到的天体物理和宇宙学现象，超越了那些通常与单组分暗物质场景相关的现象。因此，这些经验教训-以及它们所依据的现象-表明，在考虑与非最小暗区有关的可能特征和理论可能性时，需要保持一种广泛的视角。
2022-03-31 astro-ph.CO hep-ph
Photometric Supernova Cosmology with BEAMS and SDSS-II
没有光谱确认的超新星宇宙学是一个令人兴奋的新前沿，我们在这里使用贝叶斯估计应用于多物种（BEAMS）算法和斯隆数字巡天II超新星巡天（SDSS-II SN）的整整三年数据。BEAMS是一个贝叶斯框架，用于在统计推断中使用来自多个物种的数据，当一个人有概率每个数据点属于一个给定的物种时，对应于不同类型的超新星，其概率来自其多波段光变曲线。我们在高斯和更现实的SNANA模拟中运行BEAMS算法，使用10^4阶超新星，测试算法是否会遇到光度超新星宇宙学新的未知领域中可能出现的各种陷阱。我们比较BEAMS的性能的模拟光谱调查和光度样品已被削减使用典型的选择标准。后者通常是有偏见的，由于污染或有显着较大的轮廓，在宇宙学参数由于小的数据集。然后，我们应用BEAMS的792 SDSS-II光度超新星与主机光谱红移。在这种情况下，相对于只使用光谱证实的数据（297颗超新星），BEAMS将（Ω_m，Ω_Λ）轮廓的面积减少了三倍。在平面情况下，将BEAMS应用于光度学SDSS-II数据得到的物质密度约束为Ω_m（BEAMS）=0.194 \pm 0.07。这说明了BEAMS在未来大型光度超新星调查（如LSST）中的潜在力量。
2011-11-22 astro-ph.CO
Cosmology from the EoR/Cosmic Dawn with the SKA
SKA将建立在早期探测EoR的基础上，如MWA，PAPER和LOFAR，以及计划中的仪器，如HERA，对再电离和宇宙黎明的21厘米亮度温度波动进行首次高信噪比测量。这将允许在红移z = 6 - 27的21厘米信号的成像和统计图，并限制基本的宇宙学和密度场的演化。这个时代包括了宇宙（原则上）近60%的可观测体积和比CMB更多的线性模式，为SKA带来了一个新的精确宇宙学水平的机会。由于需要理解和消除天体物理学的影响，这种乐观的图景变得复杂起来，因此系统论而不是统计学将限制约束。本章描述了SKA可用的宇宙学信息，而不是天体物理学信息。讨论的关键领域包括：使用21厘米波动作为密度场示踪剂的宇宙学参数约束; 21厘米信号的透镜效应;通过诸如衰变或湮灭暗物质等外来物理学对加热的约束;诸如非高斯性或暖暗物质等基本物理学对源群的影响;以及在z = 1000处重子和光子的退耦引起的对体流的约束。本章探讨了从天体物理学中分离宇宙学的途径，例如通过速度空间扭曲和红移分离。我们讨论了SKA第1阶段的灵敏度所带来的提取宇宙学的新机会，并探讨了SKA 2所能实现的进展。
2015-01-18 astro-ph.CO
Astrophysics & Cosmology from Line Intensity Mapping vs Galaxy Surveys
线强度映射（LIM）提出了有效地观测遥远的暗星系和绘制高红移的物质密度场。在姊妹论文中的形式主义的基础上，我们首先强调了LIM中宇宙学和天体物理学之间的简并性。我们讨论了什么可以限制从测量的平均强度和红移空间功率谱。有了足够的光谱分辨率，2-晕项的大尺度红移空间畸变就可以被测量，这有助于打破偏置和平均强度之间的简并。在较高的光谱分辨率下，测量小尺度的红移空间畸变可以消除1-晕项和散粒噪声项。与外部星系目录或透镜巡天的互相关进一步打破了简并。我们推导出类似于SPHEREx、HETDEX、CDIM、COMAP和CONCERTO的实验的要求。然后，我们重新审视的LIM观测值的最优性的问题，相比星系检测，天体物理学和宇宙学。我们使用匹配滤波器来计算单个源的亮度检测阈值。我们表明，LIM包含的信息太暗，以检测，在高噪声或高混淆制度的星系。我们量化检测到的源的稀疏性和聚类偏差，并将它们与LIM进行比较，表明在这种情况下LIM是物质密度的更好示踪剂。我们通过回答这些问题作为傅立叶尺度的函数来扩展以前的工作，包括第一次宇宙方差，像素到像素的相关性，亮度依赖的聚类偏差和红移空间失真的影响。
2021-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
No need to know: astrophysics-free gravitational-wave cosmology
提出一种天体物理不可知的非参数化“谱警铃”方法，无需对引力波源质量分布形状做先验假设即可准确推断宇宙学参数，为未来引力波宇宙学提供无偏约束。
2024-08-22 astro-ph.CO
HIFlow: Generating Diverse HI Maps and Inferring Cosmology while Marginalizing over Astrophysics using Normalizing Flows
许多正在进行和即将进行的大规模调查预计会提供丰富的宇宙学和天体物理学信息。至关重要的是，现在就为这些调查做好准备，并开发能够有效提取大多数信息的工具。我们介绍HIFlow：中性氢（HI）图的快速生成模型，仅以宇宙学（$Ω_{m}$和$σ_{8}$）为条件，并使用一类归一化流模型（掩蔽自回归流（MAF））设计。HIFlow接受了来自宇宙学和天体物理学与机器学习模拟（CAMELS）项目的最先进模拟的培训。HIFlow能够生成逼真的多样化地图，而无需将预期的2D地图结构作为归纳偏差明确纳入流中。我们发现，HIFlow能够再现CAMELS平均值和标准差HI功率谱（Pk）的$\lesssim$ 2的一个因素内，得分非常高的$R^{2} > 90\%$。通过反转流，HIFlow为有效的参数推断提供了易于处理的高维可能性。我们表明，条件HIFlow宇宙学是成功地能够边缘化天体物理学领域的水平，无论恒星和活动星系核的反馈强度。这个新工具代表了迈向更强大的参数推断的第一步，最大限度地提高未来HI调查的科学回报，并开辟了一条新的途径，以尽量减少由于数据压缩到汇总统计而导致的复杂信息的损失。
2022-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Cosmology and Astrophysics of CP-Violating Axions
本文研究具有CP破坏核子Yukawa耦合的ALP，揭示临界核子密度导致的势结构转变，并提出中子星探测与早期宇宙模型构建应用。
2024-08-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Snowmass Theory Frontier: Astrophysics and Cosmology
我们总结了过去十年在理论天体物理学和宇宙学方面取得的进展，以及未来十年的兴趣领域。本报告是作为TF09“天体物理学和宇宙学”专题组摘要为理论前沿编写的，作为Snowmass 2021进程的一部分。
2022-09-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Strangeness in Astrophysics and Cosmology
讨论了奇异夸克物质在天体物理系统中的作用和早期宇宙中QCD相变的一些最新进展。软核物质状态方程的因果关系约束提取的阈下K介子的生产在重离子碰撞被用来推导致密星的质量上限。本文概述了奇异夸克物质的粘滞性与旋转动力夸克的引力波辐射之间的相互作用。通过对两颗奇异星并合的详细数值研究，透视了宇宙射线中奇异夸克物质块的通量。最后，我们讨论了早期宇宙中QCD相变的一个新的方案，它允许一个小的暴胀时期，由于一个明显的一级相变在大的重荷化学势。
2010-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE nucl-th
Astrophysics and Cosmology with Line-Intensity Mapping
线强度映射是一种新兴的技术，它承诺新的见解宇宙的演化，从恒星形成在低红移的再电离和宇宙黎明的时代。它测量星系和星系际介质在广泛频率范围内的原子和分子谱线的综合发射，使用的仪器的孔径要求相对于对单个物体的测量大大放宽。一个协调的、全面的、多线强度映射实验工作可以有效地探测可观测宇宙80%以上的体积，这是其他方法无法企及的壮举。线强度映射将独特地解决星系演化，宇宙学和基础物理学中的一系列紧迫的谜团。其中包括恒星形成和星系演化的宇宙历史，星际和星系间介质的组成，再电离时期发生的物理过程，宇宙膨胀，爱因斯坦引力理论在最大尺度上的有效性，暗能量的性质和暗物质的起源。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of astrophysics on cosmology forecasts for 21 cm surveys
我们使用以前的工作建立一个晕模型形式主义的中性氢的分布，以及未来的无线电设施的实验参数的结果，把预测天体物理和宇宙学参数从下一代的调查。我们考虑使用BINGO，CHIME，FAST，TianLai，MeerKAT和SKA实验配置进行的21 cm强度映射调查。我们使用5参数宇宙学数据集{ $Ω_m, σ_8, h, n_s, Ω_b$ }，假设一个平坦的$Λ$ CDM模型，以及代表HI-晕质量关系的截止和斜率的天体物理参数{ $v_{c,0}, β$ }。我们探索（i）量化的影响，恢复的宇宙学参数的天体物理学，（ii）依赖的宇宙学预测的细节的天体物理参数化，和（iii）改善的约束条件，探测较小的尺度在HI功率谱。对于单独的SKA I MID强度测绘，探测尺度高达$\ell_{\rm max} = 1000$，如果我们在没有任何先验的情况下边缘化天体物理参数，我们发现在对$Ω_b$和$Ω_m$的约束中$1.1 - 1.3$加宽的因子，以及在对$h$、$n_s$和$σ_8$的约束中$2.4 - 2.6$加宽的因子。然而，即使是来自天体物理学现有知识的先验信息也在很大程度上解释了这种扩展。考虑到扩展HIHM关系，这些发现没有显着变化，说明了天体物理参数化的选择结果的鲁棒性。探测尺度高达$\ell_{\rm max} = 2000$，可将约束条件提高1.5-1.8倍。预测提高了层析红移箱的数…
2019-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astrophysics and cosmology with a decihertz gravitational-wave detector: TianGO
我们提出的天体物理学的情况下，基于空间的，分赫兹引力波（GW）探测器。我们特别强调的能力，推断源的天空位置，无论是当与地面探测器网络相结合，形成一个长的三角测量基线，并通过自己的合并事件的早期预警。这种精确的位置测量是将GW信号用作限制哈勃常数的标准警报的关键。这类探测器也开辟了可能性，以测试Ia型超新星的祖先假说，通过限制合并率的白矮星双星与超级和亚克拉塞卡质量分别。我们还将讨论其他可以实现的科学成果，包括早期宇宙结构形成的约束，中等质量黑洞的寻找，黑洞自旋的精确测定，双星系统轨道偏心率演化的探测，以及合并双星周围第三质量的探测。
2020-06-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Solar System, Astrophysics, and Cosmology from the Derivative Expansion
在本文中，我们将展示如何太阳系，银河系和宇宙学的尺度，容纳在一个单一的框架，即在衍生的扩展框架。基于爱因斯坦方程和导数展开方法，我们构造了一个描述沉浸在暗物质和暗能量中的Schwarzschild黑洞的局部惯性静态度规.在膨胀中的首阶度规对应于太阳系，一阶度规对应于星系，二阶度规对应于宇宙学。它显示了这个度规如何捕捉在每个尺度上的主要观测结果：在太阳系中，它平凡地给出了开普勒物理，在星系中，它给出了旋转曲线的平坦部分和重子Tully-Fisher关系，在宇宙学尺度上，它给出了宇宙学红移，加速膨胀，并且在适当的极限和近似下与罗伯逊-沃克时空相吻合。
2021-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
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
GALLUMI: A Galaxy Luminosity Function Pipeline for Cosmology and Astrophysics
对高红移星系的观测为我们提供了一个丰富的工具来研究再电离时代的物理学。这些天体的光度函数（LF）是控制星系形成的复杂过程的间接示踪剂，包括第一个暗物质结构。在这项工作中，我们提出了一个广泛的分析紫外星系LF在高红移提取宇宙学和天体物理参数。我们提供了一些唯象的方法在模拟的紫外线LF，并考虑到各种来源的不确定性和系统学在我们的分析，包括宇宙方差，尘埃消光，散射的晕星系连接，和Alcock Paczyrobski效应。使用紫外LF测量从哈勃太空望远镜连同外部数据的物质密度，我们推导出的大规模的物质集群振幅为$σ_8=0.76^{+0.12}_{-0.14}$，边缘化后的未知天体物理参数。我们发现，与目前的数据，这一结果是我们选择的天体物理建模，以及校准的基础晕质量函数只有弱敏感。作为交叉检查，我们使用来自IllustrisTNG流体动力学模拟的模拟数据运行我们的分析管道，并找到与其输入宇宙学一致的结果。此外，我们对未来的太空望远镜进行了简单的预测，预计比我们目前的结果提高约30%。最后，我们得到的天体物理参数和这里考虑的模型的晕星系连接的约束。在这项工作中讨论的所有方法都是以通用的似然码GALLUMI的形式实现的，我们将其公开。
2022-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Astrophysics, cosmology, and fundamental physics with compact binary coalescence and the Einstein Telescope
目前正在建造的第二代干涉引力波探测器预计将在本十年内进行首次探测。这将坚定地确立引力波物理学作为一门经验科学的地位，并将开辟天体物理学、宇宙学和基础物理学的新纪元。通过第一次探测，我们将能够确定短硬伽马射线暴的性质，明确证实黑洞的存在，以完全独立的方式测量哈勃常数，并首次获得真正的引力强场动力学。因此，现在是时候考虑这个新领域的长期未来了。爱因斯坦望远镜（ET）是第三代引力波天文台的具体概念性提议，它在应变方面的灵敏度将是第二代探测器的10倍。这将使人们能够接触到宇宙学距离上的辐射源，并相应地提高探测率。我给出了ET的科学案例的概述，重点是从合并紧凑二进制文件发出的信号中可以学到什么。第三代天文台将使我们能够将合并率映射到红移z ~ 3，确定中子星和黑洞的质量函数，并对中子星状态方程进行精确测量。ET将使我们能够研究宇宙的大尺度结构和演化，而无需借助宇宙距离阶梯。最后，我将讨论它如何实现强场动态重力的高精度测量。
2013-03-29 astro-ph.CO gr-qc
