Cross-correlation between 21-cm radiation and CMB B modes from the cosmic birefringence in the presence of a light scalar field
研究了在非恒定标量场与电磁场强度耦合时,宇宙双折射引起的21 cm和CMB B模涨落之间的互相关。这样的多波长信号可以潜在地探测宇宙的再电离历史,也可以探索基础物理的本质,例如早期宇宙中的宇称破缺和标量场动力学。我们说明了通过通常讨论的标量场模型,quintessence类标量场,这是负责当前的暗能量和轴子类标量场,这是负责当前的暗物质密度检测这样的21厘米-B模式的互相关的可行性。
2019-09-25 astro-ph.CO hep-ph
Axionic defects in the CMB: birefringence and gravitational waves
本研究探讨轴子缺陷(畴壁网络)对CMB双折射和引力波的影响,通过数值模拟推断网络形成湮灭时间,并首次给出再复合后湮灭网络的张力与丰度约束,改进约一个数量级,展望未来B模探测。
2025-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological birefringence constraints from CMB and astrophysical polarization data
宇宙双折射是来自天体物理学和宇宙学来源的光子偏振面的旋转。旋转也可以取决于光子的能量,而不仅仅取决于源的距离和基础理论模型的宇宙学演化。在这项工作中,我们约束几个选定的模型宇宙学双折射,结合CMB和天体物理数据在无线电,光学,X和伽马波长,考虑到特定的能量和距离的依赖性。
2015-09-21 astro-ph.CO
Probing cosmic birefringence with polarized Sunyaev-Zel'dovich tomography
如果暗能量和/或暗物质背后的物理违反了标准宇宙学范式中假设的宇称对称性,则宇宙微波背景(CMB)光子的线性偏振可以由于它们与暗扇区的耦合而旋转。最近的3个$σ$暗示了CMB偏振的EB光谱中的“宇宙双折射”,这促使我们追求新的方向来独立验证和表征信号。在这里,我们探讨的前景探测宇宙双折射的小尺度波动的CMB使用偏振Sunyaev-Zel 'dovich(pSZ)断层扫描。我们发现,pSZ可以用来推断宇宙双折射的红移依赖性,也有助于校准仪器的偏振方向。为了说明前景,我们表明,pSZ断层扫描可以探测类轴子暗能量模型与质量$m_ϕ\lesssim 10^{-32}$ eV与$\mathcal{O}(0.1)$度之间的再电离和重组的旋转。
2022-11-06 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on background torsion from birefringence of CMB polarization
我们表明,一个非最小的电磁耦合与背景扭转可以产生双折射的电磁波。这种双折射引起CMB的B模式偏振。从WMAP和BOOMERANG数据的B-模式的界限,人们可以把背景扭转限制在$ξ_{1}T_{1}=(-3.35 \pm 2.65) \times 10^{-22} GeV^{-1}$。
2009-08-05 astro-ph.CO gr-qc
Simultaneous determination of the cosmic birefringence and miscalibrated polarisation angles from CMB experiments
我们表明,宇宙的双折射和未校准的偏振角可以同时确定的宇宙微波背景(CMB)的实验使用之间的互相关$E$和$B$模式的偏振数据。这是可能的,因为宇宙微波背景辐射的偏振角被宇宙双折射和校准误差效应旋转,而银河前景辐射的偏振角只被校准误差效应旋转。我们的方法不需要先验知识的$E$ -和$B$ -模式功率谱的前景发射,但只使用的CMB偏振光谱的知识。具体地说,我们将观测到的$EB$相关性与天空中的$\mathit{observed}$ $E$ -和$B$ -模式光谱之间的差异相关联,并使用CMB(由理论给出)和前景光谱(没有假设)的不同多极依赖性来推导出误校准角$α$和双折射角$β$的可能性。我们表明,未来的卫星任务类似LiteBIRD可以确定$β$的精度为10弧分。
2019-04-29 astro-ph.CO
A note on the birefringence angle estimation in CMB data analysis
超越粒子物理学的标准模型的宇称违反物理会引起光子线偏振的旋转。这种效应,也被称为宇宙双折射(CB),可以通过观测在$5-10\%$水平上线性偏振的宇宙微波背景(CMB)各向异性来检验。特别是CB产生温度和B模式偏振之间以及E模式和B模式偏振之间的非零CMB交叉相关。在这里,我们研究的所谓的D-估计,通常用于约束这样的效果的属性。在推导出频率论和贝叶斯分析的框架后,我们讨论了双折射和弱透镜之间的相互作用,尽管宇称守恒,但修改了预先存在的TB和EB互相关。
2016-04-26 astro-ph.CO
Constraints on cosmological birefringence energy dependence from CMB polarization data
我们研究了利用宇宙微波背景辐射的偏振数据来约束宇宙双折射的能量依赖性的可能性。我们考虑四种可能的行为,不同的理论场景的特征:由电磁场的Chern-Simons相互作用激发的能量无关双折射,由电磁场的“Weyl”相互作用激发的线性能量依赖,由低能电动力学的量子引力修正激发的二次能量依赖,以及逆二次依赖,由原始磁场产生的法拉第旋转激发。我们约束与每种依赖相关的参数,并使用我们的结果对所提到的模型进行约束。我们预测的灵敏度,普朗克数据将能够实现在这方面。
2013-02-15 astro-ph.CO
Wading the String Bog: CMB Birefringence in the Swampland
University of Parma(帕尔马大学);INFN Gruppo Collegato di Parma(意大利国家核物理研究所帕尔马联合小组);University of California, Davis(加州大学戴维斯分校);Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器)
该研究提出宇宙双折射观测可检验沼泽地猜想,指出超轻标量双折射受弱引力猜想约束,薄轴子畴壁或能解释双折射,相关场景可通过POLARBEAR等实验区分。
2026-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Detecting relic gravitational waves in the CMB: The contamination caused by the cosmological birefringence
宇宙微波背景辐射的B模偏振是探测遗迹引力波的一个很好的信息通道。然而,检测被其他效应产生的B模式偏振污染。本文讨论了宇宙双折射对宇宙微波背景辐射E模到B模的转换所造成的污染,它是探测引力波的有效噪声。我们发现,这种污染是显着的,如果旋转角度是大的。然而,这种B模式可以适当地去旋转,并且可以大大降低有效噪声。我们发现,与宇宙弱透镜效应造成的污染相比,宇宙双折射产生的剩余偏振对宇宙微波背景辐射中残余引力波的探测是可以忽略的。
2014-09-04 astro-ph.CO
Planck constraints on Cosmic Birefringence and its cross-correlation with the CMB
本文提出仅依赖CMB E-B互相关的谐波估计器以抑制温度宇宙方差,并用Planck PR3与PR4数据约束宇宙双折射功率谱及其与T、E、B场的互相关。
2024-01-22 astro-ph.CO
Isotropic cosmic birefringence from an oscillating axion-like field
本文提出类轴子场在复合时期快速振荡产生各向同性宇宙双折射的新机制,通过引入不对称势避免传统模型的效应抵消,产生显著EB谱并衰减EE谱,为暗物质研究提供新方向。
2025-02-12 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Birefringence: Cross-Spectra and Cross-Bispectra with CMB Anisotropies
麦克斯韦电磁学的宇称违反扩展在传播过程中引起光子的线偏振平面的旋转。这种被称为宇宙双折射的效应会影响宇宙微波背景(CMB)观测,产生$E$和$B$偏振模式的混合,否则在标准场景中为零。这样的效果自然地由旋转角度参数化,该旋转角度可以被写为各向同性分量$α_0$和各向异性分量$δα(\hat{\mathbf{n}})$的和。在本文中,我们计算角功率谱和双谱涉及$δα$和CMB的温度和偏振图。特别是,相反发生的交叉谱,我们表明,即使在各向异性双折射角和CMB地图之间的原始交叉相关的情况下,存在非零的三点相关函数携带宇称破缺物理签名。此外,我们发现,这样的角度双谱仍然生存在一个制度的纯各向异性的宇宙双折射,这对应于保守的情况下,有$α_0=0$。这些双谱代表了一个额外的观察,旨在研究宇宙双折射和超越功率谱分析的宇称违反性质。它们还提供了一种方法来执行宇宙双折射的特定模型的一致性检查。此外,我们估计在所有可能的双折射双谱中,$\langleδα\, TB\rangle$和$\langleδα\,EB\rangle$是包含最大信噪比的双折射双谱。一旦宇宙的双折射信号被带到目前的限制水平,我们表明,这些bispectra是在未来的CMB实验范围内,作为LiteBIRD。
2022-05-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Optimal joint reconstruction from CMB observations: application to cosmic birefringence, patchy reionization and CMB lensing
针对下一代CMB观测中二次估计器的次优性与偏差污染问题,提出联合最大后验框架同时重建多个畸变场,显著降低了重建噪声与透镜偏差,为搜寻原初B模式提供更稳健的分析。
2025-03-05 astro-ph.CO
Cross-Correlation of Cosmological Birefringence with CMB Temperature
新粒子和早期宇宙物理学的理论充满了当全球对称性自发破缺时产生的伪南武-戈德斯通场。这些场与电磁学的陈-西蒙斯项的耦合可能会产生宇宙双折射(CB),这是光子在宇宙距离上传播时线性偏振的频率无关旋转。CB感应场的不均匀性可能会产生在整个天空中变化的旋转角度。在这里,我们注意到,这种空间变化的双折射可能与宇宙微波背景(CMB)的温度。我们描述了这种互相关存在的精粹方案和其他情况下,标量场只是一个无质量的观众场,在这种情况下,互相关不存在。我们讨论了如何用CMB偏振测量CB旋转角和CMB温度之间的互相关。这种测量可以提高对CB信号的灵敏度,并且它可以帮助区分不同型号的CB。
2011-04-08 astro-ph.CO
Including birefringence into time evolution of CMB: current and future constraints
我们介绍的双折射效应的传播历史中的CMB,考虑两种情况下的一个恒定的效果,并在时间上线性增加的效果,作为旋转的双折射引起的偏振在光子传播过程中积累。这两种情况导致在透镜效应发生之前E和B模式的混合,从而导致透镜作用于由于双折射而已经混合的光谱的事实。此外,如果偏振旋转角在传播过程中增加,双折射影响更大的尺度比小尺度。我们使用WMAP 9yr和BICEP 2013的数据对这两种情况进行了约束,并将这些结果与采用旋转最终功率谱的通常程序时获得的约束进行了比较,发现这种数据集组合无法区分效果,但它仍然暗示了偏振旋转角的非零值。我们还预测了将使用普朗克和北极熊的数据获得的灵敏度,强调了这种组合如何能够排除消失的双折射角,但仍然无法区分不同的情况。然而,我们发现,普朗克和北极熊的组合是足够敏感的,以突出存在的双折射旋转和引力透镜的CMB光子之间的简并,可能会导致错误的检测非标准的透镜效应,如果忽略双折射。
2015-09-29 astro-ph.CO
Constraints on Anisotropic Cosmic Birefringence from CMB B-mode Polarization
本研究利用SPTpol、ACT、POLARBEAR和BICEP的联合极化数据,通过超越薄最后散射面近似的精确理论,对宇宙微波背景B-模式极化中的各向异性宇宙双折射振幅进行了约束,给出了$A_{\ m CB} < 1 \ imes 10^{-4}$的95%置信水平上限。
2025-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Exploring circular polarization in the CMB due to conventional sources of cosmic birefringence
宇宙微波背景(CMB)的圆偏振通常被认为是零,因为它不是由汤姆逊散射产生的。在这里,我们探讨的实际水平的圆偏振在CMB产生的传统宇宙学源的双折射。我们考虑两类双折射机制。一种是物质的排列产生各向异性的磁化率张量:氢自旋可以通过密度扰动或CMB自身的各向异性来排列。另一个是辐射场的各向异性,耦合到介质对电磁场的非线性响应:这可以通过光子-光子散射(真空的非线性响应)、原子超极化率(中性原子的非线性响应)或等离子体延迟(自由电子的非线性响应)发生。最强的效应来自于在$\sim 10^{-14}$ K能级上复合产生的光子-光子散射。我们的研究结果是一致的,可以忽略不计的圆极化的CMB相比,线极化或电流和近期实验的灵敏度。
2018-08-21 astro-ph.CO
First CMB Constraints on Direction-Dependent Cosmological Birefringence from WMAP-7
一个新的标量场与电磁场的陈-西蒙斯耦合可能会引起宇宙学双折射,即电磁波在宇宙学距离上传播时线偏振的旋转。先前的工作已经通过寻找均匀旋转在CMB温度/偏振中产生的违反宇称的TB和EB相关性来寻求这种旋转,假设旋转角度在整个天空中是均匀的。然而,如果引起宇宙双折射的标量场具有空间波动,那么旋转角度可能会在整个天空中变化。在这里,我们寻找方向依赖的宇宙学双折射的WMAP-7数据。我们报告的第一CMB约束的旋转角功率谱的多极L = 0和L = 512之间。我们还获得了一个68%的置信水平上限为1度的尺度不变的旋转角功率谱的四极的平方根。
2012-10-07 astro-ph.CO physics.data-an
Planck constraints on cross-correlations between anisotropic cosmic birefringence and CMB polarization
宇宙双光子散射(CB)是由麦克斯韦电磁学的宇称违反扩展引起的光子在传播过程中线偏振方向的真空旋转。我们建立低分辨率CB角地图使用普朗克遗产和NPIPE产品,并提供第一次的互相关谱$C_L^{αE}$和$C_L^{αB}$之间的CB和CMB偏振场的估计。我们还提供了更新的CB自相关谱$C_L^{αα}$以及与CMB温度场的互相关$C_L^{αT}$。我们通过定义尺度不变幅度$A^{αX} \equiv L(L + 1)C_L^{αX}/2π$报告限制,其中$X = α, T, E, B$,没有发现CB的证据。特别是,我们发现$A^{αE} = (-7.8 \pm 5.6)$ nK deg和$A^{αB} = (0.3 \pm 4.0)$ nK deg在68% C. L.。
2022-09-29 astro-ph.CO
Extracting Axion String Network Parameters from Simulated CMB Birefringence Maps using Convolutional Neural Networks
本研究构建模拟流水线并训练球面卷积神经网络,从模拟CMB双折射图中提取轴子弦网络参数,证明其优于两点统计量,并评估了CMB-S4级噪声对参数估计的影响。
2025-03-05 astro-ph.CO
Kilobyte Cosmic Birefringence from ALP Domain Walls
没有弦的ALP畴壁可能在早期宇宙中形成。我们指出,这种ALP畴壁会导致宇宙微波背景(CMB)偏振的各向同性和各向异性双折射,这反映了复合时畴壁的空间配置。来自每个域的CMB光子的偏振平面要么根本不旋转,要么旋转固定角度。对于遵循缩放解的畴壁,CMB的宇宙双折射由信息的$2^{N}$(即$N$ -位)表征,其中$N = {\cal O}(10^{3-4})$等于最后散射表面处的畴的数目,因此名称为$kilobyte~ cosmic~ birefringence$。各向同性双折射的大小与最近报道的值是一致的,而各向异性的是由在最后的散射表面的域的结构。预测的宇宙双折射在ALP质量和光子耦合的宽范围内是普遍的。这两个信号的检测将是一个确凿的证据ALP域墙没有字符串。
2021-02-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
$nπ$ phase ambiguity of cosmic birefringence
本研究指出CMB宇宙双折射旋转角$β$具有$nπ$相位模糊性,并表明在类轴子粒子起源假设下,可利用各向异性双折射和角功率谱形状部分破除该模糊性,同时讨论实验约束。
2024-06-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic Birefringence by Dark Photon
本文研究了CMB光子与双折射暗光子间的动力学混合,发现该机制使暗光子的双折射传播至CMB光子并产生各向异性,同时揭示了动力学混合在生成CMB圆偏振和谱畸变中的关键作用。
2024-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Field-level constraints on cosmic birefringence with a hybrid $E$-$B$ internal linear combination
Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)(坎塔布里亚物理研究所)
提出一种基于多斯托克斯混合内在线性组合的盲图方法,打破宇宙双折射与仪器极化角校准误差及银河系前景 $EB$ 相关的简并,实现对双折射角的空间线性回归估计,并在 LiteBIRD 模拟和 Planck PR4 数据上获得有竞争力的约束。
2026-06-01 astro-ph.CO
Cosmic Birefringence Test of the Hubble Tension
最近提出了一种由宇宙伪南武-戈德斯通玻色子组成的早期暗能量成分,以解决哈勃张力-宇宙膨胀率精确测量之间的四西格玛差异。在这里,我们指出,这样的轴子类组件可能会耦合到电磁的陈-西蒙斯项,从而诱导各向异性的宇宙双折射信号的偏振的宇宙微波背景(CMB)。我们发现,观测的旋转角功率谱和互相关与CMB温度各向异性可以确认这种早期暗能量成分的存在。正如CMB-S4实验所预期的那样,未来的宇宙微波背景数据将使这种效应的灵敏度提高两个数量级,并有助于区分不同的哈勃张力场景。
2019-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Exact CMB B-mode power spectrum from anisotropic cosmic birefringence
研究不依赖薄近似计算各向异性宇宙双折射导致的CMB B模式功率谱,发现薄近似会高估幅度,并利用SPTpol数据限制了该双折射的幅度。
2025-03-03 astro-ph.CO
Measures of non-Gaussianity in axion-string-induced CMB birefringence
本文研究了轴子弦诱导的宇宙微波背景双折射的非高斯性,利用峰度和双谱技术量化了 4 点和 3 点关联函数,指出非高斯性测量有助于区分新物理源并打破轴子-光子耦合与弦网络性质间的简并性。
2023-09-18 astro-ph.CO
Field-level constraints on cosmic birefringence from hybrid ILC maps combining $E$- and $B$-mode channels
提出混合ILC方法,结合E/B模通道在场级约束宇宙双折射,在LiteBIRD模拟中与功率谱分析相当,并在Planck PR4数据中给出2.7σ的探测。
2025-10-24 astro-ph.CO
Cosmic Birefringence and Axiogenesis
Indiana University(印第安纳大学);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);The University of Chicago(芝加哥大学);The University of Tokyo(东京大学)
本文提出轴子场旋转同时解释宇宙双折射迹象与重子不对称性,预测正双折射角及特定温度结束的物质/动能主导,并引入机制增强Affleck-Dine旋转角动量,模型可被天体物理探针证伪。
2026-09-23 astro-ph.CO hep-ph
Can primordial parity violation explain the observed cosmic birefringence?
最近,在宇宙微波背景辐射(CMB)偏振数据中发现了$E$模和$B$模偏振之间的互相关,这可以用旋转角为$β\approx 0.3$ deg的宇宙双折射很好地解释。我们仔细研究了用原初手征引力波(CGW)来解释观测到的$EB$关联的可能性。我们发现CGW方案不起作用,因为$BB$自相关的过度产生远远超过SPTPol和POLARBEAR所观察到的。
2022-08-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic birefringence tomography with polarized Sunyaev Zel'dovich effect
本文提出利用包含所有相关项的偏振Sunyaev-Zel'dovich(pSZ)效应作为宇宙双折射层析探针,发现通过CMB极化模与遥远四极矩模的交叉关联,可将红移2至5的双折射角约束在亚度级别。
2023-09-28 astro-ph.CO
Impact of half-wave plate systematics on the measurement of cosmic birefringence from CMB polarization
宇宙微波背景(CMB)的偏振可以探测新的宇称违反物理,如宇宙双折射(CB),这需要对仪器系统学的精细控制。半波片(HWP)的非理想性代表了用作偏振调制器时的系统性来源。我们研究了它们对CMB角功率谱的影响,这是部分退化与CB和偏振角的失调。我们使用全天空波束卷积模拟包括HWP生成模拟无噪声的时间顺序数据,通过一个bin平均映射器处理它们,并计算功率谱,包括$TB$和$EB$相关。我们还推导出精确模拟所观察到的光谱的解析公式。对于我们选择的HWP参数,HWP引起的角度为几度,这可能被误解为CB。需要准确了解HWP,以缓解这一问题。我们的模拟和分析公式将是有用的HWP校准的准确性推导出的要求。
2023-03-21 astro-ph.CO
Forecasts on Anisotropic Cosmic Birefringence Constraints for CMB Experiment in the Northern Hemisphere
针对北半球中纬度即将开展的CMB实验,通过二次估计器分析模拟极化数据,预测其对各向异性宇宙双折射谱振幅$A_{\rm CB}$的约束能力,发现大口径望远镜在相同频段下可将2σ上限收紧至0.0062。
2025-04-17 astro-ph.CO
CMB Polarization Systematics, Cosmological Birefringence and the Gravitational Waves Background
宇宙微波背景实验必须对它们的偏振参考系进行非常精确的校准,以避免对宇宙学参数产生偏差。特别是,错误或不准确的校准可能会模拟引力波背景的存在,或来自宇宙学双折射的信号,这是几种非标准的电动力学对称破缺理论的特征现象,如果光子的偏振方向允许\textit{in vacuo}旋转。值得注意的是,一些作者声称BOOMERanG 2003(B2K)公布的CMB偏振功率谱可能暗示宇宙学双折射。然而,这样的分析没有考虑到BOOMERanG焦平面的校准不确定性。我们开发了一种形式主义,包括这种效果,并将其应用到BOOMERANG数据集,找到一个宇宙学旋转角$α=-4.3^\circ\pm4.1^\circ$。我们还调查了未来的空间实验的预期性能,发现一个整体的错误校准大于$1^\circ$的普朗克和$0.2\circ$的EPIC,如果不适当地考虑,将产生偏差的宇宙学参数的约束,并可能误导建议存在的GW背景。
2009-05-19 astro-ph.CO
Planck 2018 constraints on anisotropic birefringence and its cross-correlation with CMB anisotropy
标准电磁学的宇称违反扩展产生宇宙双折射,即光子在传播过程中线性偏振方向的真空旋转。我们采用{ \it Planck} 2018 CMB偏振数据来约束各向异性双折射,由其角功率谱$C_{\ell}^{αα}$建模,以及与CMB温度图$C_{\ell}^{αT}$的交叉相关性,尺度大于$\sim$ 15度。我们提出了联合限制的尺度不变量,$A^{αα} \equiv \ell (\ell +1) \, C_{\ell}^{αα} / 2 π$,并在互相关,$A^{αT} \equiv \ell (\ell +1) \, C_{\ell}^{αT} / 2 π$的模拟幅度。我们在误差预算范围内没有发现双折射的证据,并获得了$A^{αα} < 0.104 \, \mbox{[deg$ ^2 $]}$和$A^{αT}=1.50^{+2.41}_{-4.10} \, \mbox{[$ μ $K$ \cdot $deg] both at } 95 \% \mbox{ C.L.}$。后一个界限似乎在限制最近提出的一些早期暗能量模型以缓解$H_{0}$紧张局势方面具有竞争力。在$A^{αT}=0$处对联合似然进行切片,$A^{αα}$上的界在$A^{αα} < 0.085 \, \mbox{[deg$处变得更紧,$]}$在95 $\% \mbox{ C.L.}$处变得更紧。此外,我们将对$A^{αα…
2020-10-07 astro-ph.CO
Isotropic cosmic birefringence from early dark energy
在宇宙微波背景(CMB)偏振数据的$E B$互功率谱中发现了一个诱人的各向同性宇宙双折射的暗示,其统计显著性为$3σ$。通过陈-西蒙斯项耦合到CMB光子的赝标量场可以解释这种观察。同样的场也可能是早期暗能量(EDE)的原因,它解释了所谓的哈勃张力。由于EDE场在复合时期显着演变,因此将$E B$与$E$和$B$模式自动功率谱之间的差异联系起来的传统公式不再有效。求解玻尔兹曼方程的偏振光子和动力学的EDE场一致,我们发现,目前青睐的参数空间的EDE模型产生各种形状的$EB$频谱,这可以通过CMB实验进行测试。
2023-01-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-Uniform Cosmological Birefringence and Active Galactic Nuclei
宇宙学双折射是指光子在宇宙学距离上传播时,其偏振方向旋转了一个角度$α$,它受到宇宙微波背景辐射(CMB)的约束,即在整个天空中均匀旋转时,其偏振方向的红移为$|α|\lesssim1^\circ$($1σ$)。然而,旋转角$α(θ,ϕ)$可以作为天空上的位置$(θ,ϕ)$的函数而变化。在这里,我将讨论如何在当前和未来的活动星系核数据中寻找位置相关的旋转。一个上限$\VEV{α^2}^{1/2} \lesssim 3.7^\circ$的位置-角度-偏振偏移的散射在一个样本中只有N=9活动星系核已经约束的旋转球谐系数$(4π)^{-1/2} α_{lm}\lesssim 3.7^\circ$和约束的功率谱$α$在模型中,它是一个随机场。未来的约束可以改善与更多的来源,并通过分析映射良好的源与张量谐波分解的偏振类似的CMB偏振和弱引力透镜。
2010-04-28 astro-ph.CO hep-ph
Detection of isotropic cosmic birefringence and its implications for axion-like particles including dark energy
通过分析普朗克2018年的偏振数据,我们研究了具有不同势能的类轴子粒子(ALP)解释最近报道的各向同性双折射的可能性。对于二次势和余弦势,我们得到了产生所观察到的双折射的ALP的质量、与光子的耦合常数$g$、丰度和状态方程的下界。特别是当ALP是暗能量的来源时,可以通过宇宙双折射来探测暗能量状态方程与$-1$之间的微小偏差。我们还探讨了作为早期暗能量(EDE)的ALP,它解释了哈勃望远镜的张力问题。由于其他参数受到EDE要求的限制,我们将ALP-光子耦合缩小到$10^{-19}\, {\rm GeV}^{-1}\lesssim g\lesssim 10^{-16}\, {\rm GeV}^{-1}$,以获得衰减常数$f=M_\mathrm{pl}$。因此,哈勃张力和各向同性双折射意味着$g$通常是$f^{-1}$的数量级,这是一个非平凡的巧合。
2021-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Birefringence from Neutrino and Dark Matter Asymmetries
本文通过类 Chern–Simons 耦合将宇宙双折射归因于左手电子中微子或 ADM 的粒子—反粒子数密度差,纠正既有公式,并给出可解释 Planck 测量结果的参数空间及实验约束。
2023-10-05 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on cosmological birefringence from Planck and Bicep2/Keck data
宇宙微波背景(CMB)的偏振可以用来约束宇宙学双折射,即由超越标准模型的宇称违反物理可能引起的CMB光子线偏振的旋转。这种效应在温度和B模偏振之间以及E模和B模偏振之间产生非零CMB交叉相关。在标准宇宙学模型中,这两种互相关都是零。我们使用最近发布的2015年普朗克似然与Bicep 2/Keck/Planck(BKP)似然组合来约束双折射角$α$。我们的发现与未检测结果一致,读取$α= 0.0^{\circ} \pm 1.3^{\circ} \mbox{ (stat)} \pm 1^{\circ} \mbox{ (sys)} $获得{ \sc Planck}数据,读取$α= 0.30^{\circ} \pm 0.27^{\circ} \mbox{ (stat)} \pm 1^{\circ} \mbox{(sys)} $获得BKP数据。最后,我们预测了预期的改善目前的限制时,普朗克BB,TB和EB光谱在高$\ell$将包括在分析中。
2015-09-14 astro-ph.CO
Fluctuations of cosmological birefringence and the effect on CMB B-mode polarization
宇宙标量场与宇宙微波背景(CMB)光子通过Chern-Simons项耦合产生的宇宙学双折射,可以旋转光子的偏振面,使CMB的E模和B模偏振混合。由动态标量场引起的旋转角可以分解为各向同性的背景部分和各向异性的涨落。背景部分的影响已经在以前的工作中研究过(Zhao & Li,arXiv:1402.4324)。在本文中,我们着重于旋转角的各向异性的影响。我们首先假设宇宙标量场是无质量的,与其他工作一致,我们发现旋转谱可以相当大,这可能被潜在的CMB观测所探测到。然而,如果标量场被认为是经典场,通过对熵和绝热扰动模的详细讨论,我们发现旋转角的各向异性总是太小而不能被探测到,另外,作为本文的主要目标,我们研究了旋转偏振功率谱对遗迹引力波探测的影响。我们发现,旋转B模偏振可以相当大,可以与引力波产生的偏振相媲美。这对宇宙微波背景辐射中残余引力波的探测形成了新的污染。特别地,我们还提出了重建和减去旋转B模偏振的方法,通过该方法,对于引力波检测,残差变得可以忽略。
2014-05-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Testing charge quantization with axion string-induced cosmic birefringence
本文提出利用散射变换分析宇宙微波背景偏振旋转,直接测量Peccei-Quinn-电磁反常系数$\mathcal A$,打破传统功率谱分析中的参数简并,从而检验电荷量子化并探索超越标准模型的新物理。
2023-06-20 astro-ph.CO hep-ph
A New Probe of Cosmic Birefringence Using Galaxy Polarization and Shapes
本文提出利用旋涡星系射电极化方向与视形状的相关性构建无偏最小方差估计器,以测量宇宙双折射并探测轴子引起的宇称破坏,SKA 巡天数据有望达到与 CMB-S4 相当或更优的灵敏度。
2025-04-08 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Tomographic constraint on anisotropic cosmic birefringence
本研究首次利用Planck PR4偏振数据约束再电离时期产生的各向异性宇宙双折射,发现其功率谱与零结果一致,并证实Ferreira等人(2024)的模型仍与观测相符。
2025-03-03 astro-ph.CO
Robustness of cosmic birefringence measurement against Galactic foreground emission and instrumental systematics
宇宙微波背景(CMB)的极化可以用来寻找宇称破坏过程,如陈-西蒙斯耦合到轻赝标场预测。这种相互作用通过称为宇宙双折射的效应将观测到的CMB信号中的$E$模式旋转为$B$模式。尽管各向同性双折射可能会与探测器偏振角的误校准产生的旋转相混淆,但当银河系的前景发射被用作校准器时,这两种效应之间的简并性被打破。在这项工作中,我们使用现实模拟的普朗克任务的高频仪器来测试银河前景发射和仪器系统学的影响,最近通过这种技术获得的双折射测量。我们的研究结果表明,该方法对偏振角的误校准和其他系统的影响,如强度偏振泄漏,光束泄漏,或交叉偏振效应的鲁棒性。然而,我们的估计是敏感的极化前景发射的$EB$相关性。在这里,我们建议纠正由灰尘引起的偏见$EB$建模的前景信号与模板产生的贝叶斯组件分离分析,适合参数模型CMB数据。承认目前可用的灰尘模板,如指挥官天空模型的局限性,高精度CMB数据和超越修改后的黑体范例的灰尘的表征需要在未来获得宇宙双折射的明确测量。
2023-01-10 astro-ph.CO
Reexamining aspects of spacetime-symmetry breaking with CMB polarization
本文利用CMB偏振观测到的宇宙双折射角β=0.35°±0.14°,将其映射到洛伦兹与CPT破坏有效场论的耦合常数,验证其与现有时空对称性破缺上限一致,并探讨该探测的物理含义。
2023-11-27 astro-ph.CO hep-ph
Probing Anisotropic Cosmic Birefringence with Foreground-Marginalised SPT B-mode Likelihoods
本研究构建SPT-3G D1和SPTpol的前景边缘化CMB B模式极化似然性,用其约束各向异性宇宙双折射振幅$A_{\rm CB}$,获迄今最严BB功率谱约束,数据公开。
2025-11-14 astro-ph.CO
Search for ultra-light axions with CMB polarization
本文研究了通过CMB偏振测量宇宙双折射来搜寻超轻类轴子粒子,指出若近期约0.3度的双折射信号被证实,仅凭CMB数据即可严格限制极低质量与高耦合常数下的ALP参数空间。
2023-04-07 astro-ph.CO
CMB Birefringence from Vacuum Interfaces
University of California Davis(加州大学戴维斯分校)
研究通过真空界面相位机制解释宇宙微波背景偏振旋转,无需超轻轴子,揭示真空结构对暗物质的影响。
2026-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining Ultralight ALP Dark Matter in Light of Cosmic Birefringence
本研究针对超轻类轴子粒子暗物质,结合宇宙学约束与洗脱效应分析,发现晚期可非线性成团的ALP均无法解释Planck和WMAP观测到的静态宇宙双折射信号。
2024-08-15 astro-ph.CO
Cosmic Birefringence Fluctuations and Cosmic Microwave Background $B$-mode Polarization
最近,BICEP 2对宇宙微波背景(CMB)$B$模式偏振的测量表明,在度角尺度上存在原始引力波,推断出$r=0.2$的张量标量比和运行的标量谱指数。在这封{ \em Letter}中,我们证明了宇宙双折射涨落的存在可以引起CMB $B$模偏振,该偏振符合BICEP 2数据与$r<0.11$和没有标量谱指数的运行。因此,根据BICEP 2结果,排除许多具有小$r$的通货膨胀模型可能过于仓促。
2015-05-20 astro-ph.CO
Observational evidence for Early Dark Energy as a unified explanation for Cosmic Birefringence and the Hubble tension
本文通过CMB的EB模式观测和局部膨胀率测量,检验了n=3超轻类轴子EDE模型,发现其能同时拟合观测数据并提供统一解释宇宙双折射与哈勃张力的首个证据。
2024-12-31 astro-ph.CO
Planck constraints on the scale dependence of isotropic cosmic birefringence
本文利用普朗克数据确认各向同性宇宙双折射角约为0.30度,并通过幂律拟合与非参数贝叶斯重建证明其不随谐波尺度显著变化,支持常数模型,且预测未来CMB实验可将不确定度降低约7倍。
2025-07-22 astro-ph.CO