Parity in Planck full-mission CMB temperature maps
在宇宙学的标准模型中，预计宇宙微波背景（CMB）天空不会表现出对称性偏好。根据我们以前的研究，我们探索了欧空局普朗克探测器最新的全任务CMB温度图中任何特定宇称偏好的存在。具体来说，在这项工作中，我们将探测（a）通过普朗克2015年数据的角功率谱，CMB的偶、奇多极子之间的功率对称性。此外，我们还评估任何特定的偏好镜像奇偶性（a）对称性，通过分析的权力包含在$l+m$ =偶或奇模式组合。
2020-05-16 astro-ph.CO
Detection of relic gravitational waves in the CMB: Prospects for CMBPol mission
通过残留引力波在宇宙微波背景辐射中的印记来探测残留的引力波，是计划中的CMBPol任务的最重要任务之一。在最简单可行的理论模型中，引力波背景由两个参数表征，张量标量比$r$和张量谱指数$n_t$。在本文中，我们分析了这两个参数，$r$和$n_t$的潜在联合约束，使用CMBPol任务的潜在观测，预计将检测遗迹引力波，如果$r\gtrsim0.001$。讨论了宇宙弱透镜效应、各种前景辐射和系统误差等污染物对系统的影响。
2011-02-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
An Introduction to the Planck Mission
宇宙微波背景（CMB）是宇宙中最古老的光。今天，它被看作是覆盖整个天空的温度接近均匀的2.73 K的黑体辐射。该辐射场不是完全均匀的，但在其中包括δ（T）/T ~ 10 E-5级的温度各向异性。早期宇宙的物理过程在这些CMB各向异性中留下了它们的指纹，这些CMB后来发展成为我们今天看到的星系和大尺度结构。因此，CMB各向异性观测是宇宙学的关键工具。普朗克任务是欧洲航天局（ESA）对CMB的探测。其独特的设计允许CMB各向异性测量更高的精度在更广泛的规模比以往任何时候。本文介绍了普朗克任务，包括它的目标和动机，它的仪器和技术，CMB的物理，如何克服污染的天体物理前景，以及该任务迄今为止产生的关键宇宙学结果。
2017-07-28 astro-ph.CO
Anomalous photon noise levels predicted for CMB measurements made by the Planck satellite mission
在标准的Lambda+CDM热大爆炸（HBB）模型中固有的一个基本假设是，由于宇宙的膨胀，光子会在红移时损失能量。我们表明，准静态宇宙（QSU）模型，其中光子能量是一个不变的宇宙学参考系，光子数密度在宇宙中的今天是一个因素约1600小于标准模型。我们研究了一些过程中发生的早期宇宙的热历史，包括原始核合成，中性氢的形成（重组），和宇宙微波背景（CMB）辐射的演变的后果。我们表明，QSU模型预测，测得的CMB光子噪声水平将是一个因素的40高于假设标准HBB模型将观察到的水平。最近发射的普朗克卫星任务将收集的CMB数据为检验这一预测的有效性提供了一个理想的机会。
2009-05-21 astro-ph.CO
Nonparametric Forecasts of the CMB Angular Power Spectra for the Planck Mission
普朗克飞行任务旨在以前所未有的准确度和角分辨率测量宇宙微波背景辐射，预计将在不久的将来发布其第一批数据集。在CMB历史上，这是第一次对整个天空的CMB偏振进行广泛的测量。如此精确和丰富的数据预计将包含有关宇宙的大量信息。CMB数据中的信息可以方便地用温度和偏振的角功率谱来表示。从数据中正确估计这些CMB功率谱是推断宇宙的第一步，特别是支配宇宙的宇宙学参数。在本文中，我们提供预测的$TT$，$EE$，和$TE$角功率谱的普朗克任务。我们的预测是使用基于最佳拟合$Λ$ CDM模型的合成数据，同时符合普朗克任务的特性和参数。我们分析了这样的合成数据集使用非参数函数估计形式主义，否则渐近模型无关。事实上，从这样的合成数据估计的功率谱证明是足够接近相应的$Λ$ CDM谱。我们的分析进一步表明，对于$2 \le l \lesssim l_{max}$，三个角功率谱被足够好地确定，其中分别为$l_{max} = 2500 {($ TT $),} 1377 {($ EE $), and} 1727 {($ TE $)}$。在低$l$ s时，$EE$和$TE$功率谱中明显存在再电离的特征。
2013-03-21 astro-ph.CO
Sensitivity and foreground modelling for large-scale CMB B-mode polarization satellite missions
测量宇宙微波背景（CMB）中的大尺度B模偏振是未来CMB实验的一个基本目标。然而，由于前所未有的灵敏度，未来的CMB实验将更加敏感的任何不完善的建模银河系前景偏振重建的原始B模式信号。我们比较的敏感性，B-模式的不同概念的CMB卫星任务（LiteBIRD，COrE，COrE+，PRISM，EPIC，PIXIE）在银河系前景的存在。特别是，我们量化的张量标量参数的不正确的前景建模的组件分离过程中的影响。使用贝叶斯拟合和吉布斯采样，我们执行的CMB和银河系前景B-模式的分离。恢复的CMB B模式功率谱用于计算张量标量比的似然分布。我们集中分析的非常大的角度尺度，可以探测到只有由CMB空间任务，即再电离凸块，原始的B-模式占主导地位的虚假B-模式引起的引力透镜。我们发现，拟合一个单一的修改黑体组件的热尘埃的“真正的”天空由两个尘埃成分强烈偏置张量标量比的估计超过5 σ的最敏感的实验。在参数模型中忽略同步加速器光谱指数的曲率可能会使估计的张量标量比偏差超过1 σ。对于敏感的CMB实验，在前景建模中忽略1%的极化旋转尘埃成分可能会导致估计的张量-标量比的不可忽略的偏差。
2016-02-23 astro-ph.CO
Interplanetary Dust as a Foreground for the LiteBIRD CMB Satellite Mission
随着对原始CMB B模式的探索越来越敏感，潜在的重要天体物理污染物的数量也越来越大。例如，普朗克卫星已经探测到了行星际尘埃的热辐射。虽然这种黄道或行星际尘埃排放（IPDE）的偏振部分预计很低，但它足够明亮，可以在总功率中检测到。在这里，估计的影响程度，因为它可能会看到的LiteBIRD卫星。Kelsall等人（1998年）的COBE IPDE模型与LiteBIRD实验的扫描策略模型相结合，以估计CMB在总功率和偏振功率谱中的潜在污染。LiteBIRD应该在其所有频段（从40到402 GHz）的温度下检测IPDE，并应该在该频率范围的高端改善对IPDE偏振分数的限制。如果IPDE的偏振分数是1%的顺序，从ISO/CAM测量在中红外线的电流限制，它可能会引起大规模的偏振B模式与宇宙学模型的顺序r为0.001。在这种情况下，还需要对极化IPDE进行建模和移除。作为CMB的前景，IPDE将始终低于银河系的排放，尽管因为它是由离我们更近的颗粒的排放引起的，它似乎随着地球绕太阳运行而变化，因此可能会使数据分析变得复杂。但是，随着对发射的一些对称性的理解和数据处理的一些灵活性，它不应该是CMB偏振测量的主要障碍。
2021-12-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Study of the Experimental Probe of Inflationary Cosmology (EPIC)-Intemediate Mission for NASA's Einstein Inflation Probe
宇宙微波背景（CMB）各向异性测量是迄今为止对早期宇宙最好的实验探测。暴胀范式，部分地受到宇宙微波背景辐射的极端各向同性的启发，现在是现代宇宙学的基石。暴胀已经通过了一系列严格的实验检验，但我们仍然不了解暴胀背后的物理机制或能量尺度。对暴胀的一个普遍预测，也是对暴胀物理学提供某些见解的一个预测，是原始引力波的背景。这些扰动在CMB B偏振模式中留下了明显的特征。EPIC（暴胀宇宙学实验探测器）研究小组研究了几个CMB偏振任务概念，以确定暴胀B模式偏振光谱的测量。在本报告中，我们研究一个飞行任务，其孔径介于我们上一份报告中讨论的两个飞行任务之间。EPIC-IM增加的孔径允许获得比小型EPIC-Low Cost任务更广泛的科学案例。除了寻找暴胀引力波之外，增加的孔径使我们能够挖掘尺度偏振和透镜剪切偏振信号，直到宇宙学极限，这样我们就可以从CMB中提取几乎所有可用的宇宙学信息。此外，适量的通道在更高的频率下工作，可以对极化的银河尘埃进行全天测量，这将为与磁场有关的银河科学提供丰富的数据集。EPIC-IM结合了高灵敏度焦平面和新的光学设计，以及高效的4K机械冷却器，实现了比EPIC-Comprehensive Science任务更高的灵敏度。
2009-06-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Tracing Ultra Light Axions in Post-reionization, Lyman-$α$ and CMB Missions
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）
研究超轻轴子（ULA）作为暗物质候选者，通过预测21-cm强度映射与Lyman-α森林的互相关，以及下一代CMB任务，评估其对物质功率谱的尺度依赖抑制，发现联合分析可将ULA丰度误差降至10^{-4}量级。
2026-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Measuring the Hubble constant from the cooling of the CMB monopole
宇宙微波背景（CMB）温度随宇宙标度因子的倒数而变化，与许多宇宙学假设无关。在足够的灵敏度下，实时宇宙学观测可以用来测量宇宙的局部膨胀率。我们预测了用这种方法可以很好地用CMB谱仪测定哈勃常数。这样一个任务的主要挑战在于以极高的精度分离来自CMB的银河系和银河系外的前景信号。然而，克服这些障碍可能会提供一个独立的，高度鲁棒的方法来阐明目前的低/高$z$哈勃张力。在5 GHz和3 THz之间具有3000个线性间隔仓的实验，每个仓的灵敏度为1 $\mathrm{mJy\sqrt{yr}~sr^{-1}}$，在10年的任务中，考虑到当前的前景复杂性，可以测量到$H_0$为3%。这种灵敏度也将使得能够高精度测量预期的$Λ$ CDM光谱失真，但在这个阶段仍然是未来的。
2020-05-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
CMB and SZ effect separation with Constrained Internal Linear Combinations
“内部线性组合"成分分离法已广泛用于WMAP空间飞行任务的数据，以便从WMAP多频数据中提取单一成分CMB。我们扩展了ILC方法重建毫米天体物理辐射超出了CMB单独。特别是，我们构建了一个约束ILC提取干净的地图的CMB或热Sunyaev Zeldovich（SZ）的效果，从其他消失的污染。约束ILC的性能进行了测试模拟普朗克任务的观测，我们成功地重建独立的估计CMB和热SZ。
2010-06-29 astro-ph.CO
Back to the features: assessing the discriminating power of future CMB missions on inflationary models
未来的宇宙微波背景（CMB）实验将提供非常精确的测量CMB偏振场的E模式模式。鉴于E模式传递函数的尖锐性，这种调查有助于从可能潜伏在当前数据集中的原始特征中检测高频信号。通过一些玩具模型，这些模型增加了与最新普朗克数据的拟合度，但具有边际统计意义，我们使用最先进的预测管道来说明未来十年测试原始特征的前景。未来的实验不仅可以让我们检测到数据中的这些特征，而且还可以区分模型，并缩小产生这些模型的物理机制，使其具有高度的统计意义。另一方面，如果当前测量的CMB光谱中的异常只是统计波动，则将排除所有当前特征最佳拟合候选。无论哪种方式，我们的研究结果表明，原始功能是一个明确的目标，即将到来的CMB调查超越检测张量模式。
2023-03-06 astro-ph.CO gr-qc
How Well Can Future CMB Missions Constrain Cosmic Inflation?
我们研究如何下一代的宇宙微波背景（CMB）测量任务（如EPIC，LiteBird，PRISM和COrE）将能够限制通货膨胀的景观在最难消除歧义的情况下，通货膨胀是简单地描述了单场慢卷的情况。考虑到所提出的PRISM和LiteBIRD卫星设计，我们模拟模拟数据对应于五个不同的基准模型，具有从$10^{-1}$到$10^{-7}$的张量-标量比的值。然后，我们计算所有Encyclopaedia Inflationaris模型的贝叶斯证据和复杂性，以评估PRISM单独和LiteBIRD补充普朗克2013年数据的约束力。在慢卷通货膨胀中，两种设计都具有相当的约束力，可以排除大约四分之三的通货膨胀情景，而仅普朗克2013年的数据就可以排除三分之一。然而，我们也表明，PRISM可以约束标量运行，并有能力检测违反慢滚在二阶。最后，我们的研究结果表明，描述一个膨胀模型的潜在形状，而不指定再加热温度，将不再是可能的精度水平达到未来的CMB任务。
2014-10-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
BISOU: a balloon project to measure the CMB spectral distortions
BISOU（宇宙光谱观测气球干涉仪）项目旨在研究气球载光谱仪的可行性和前景，这是未来专门测量CMB光谱失真的空间飞行任务的开拓者。在这里，我们提出了一个初步的概念，根据以前的空间任务的建议，连同一些灵敏度计算结果的观测目标，表明5西格玛测量的y失真是可以实现的。
2021-10-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
BFORE: A CMB Balloon Payload to Measure Reionization, Neutrino Mass, and Cosmic Inflation
BIMB是一项高空超长时间气球飞行任务，目的是绘制宇宙微波背景图。在从新西兰瓦纳卡发射的为期28天的中纬度飞行期间，该仪器将绘制半边天空，以改善对再电离τ的光学深度的测量。这将打破探测中微子质量所需的参数简并。此外，北斗星还将搜寻引力波B模式信号，并绘制银河系尘埃前景图。该飞行任务将是首次在近空间使用TES/mSQUID多色探测器（150/217 GHz和280/353 GHz波段），带有低功率读出电子设备。
2018-07-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimizing spectral-matching component separation for measuring CMB B-mode polarization with a satellite mission
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Astroparticule et Cosmologie（亚原子粒子与宇宙学）；ILANCE, CNRS – University of Tokyo International Research Laboratory（ILANCE，日本东京大学-法国国家科学研究中心国际研究实验室）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学宇宙物质前沿研究所（Kavli IPMU））；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；IJCLab（伊夫·让勒默物理研究所）
本研究针对卫星测量CMB B模式偏振的前景分离问题，通过增强SMICA分量和分区域运行，并结合模板边缘化，在模拟LiteBIRD观测中实现了对张量-标量比r的无偏估计，不确定性约10^{-3}。
2026-10-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Dynamical dark energy confronted with multiple CMB missions
本文利用多个CMB任务数据，研究暗能量状态方程的动力学，对比CPL及扩展参数化，发现ACT和SPT数据揭示出新的w_a,DE峰值。
2024-07-20 astro-ph.CO gr-qc
Exploring the role of SKA surveys with upcoming cosmic microwave background missions in probing primordial features
本文致力于深入探讨即将到来的宇宙微波背景（CMB）任务和平方公里阵列（SKA）调查在探测原始功率谱特征方面的协同能力。根据定义，特征是对最小幂律功率谱的特定尺度依赖的修改。这些特征的函数形式取决于所考虑的通货膨胀情景。如果我们能识别出任何与无特征的幂律功率谱的决定性偏离，我们就能在很大程度上弄清原始宇宙的微观物理。在这里，我们考虑三个重要的理论动机的特征模型，即，夏普特征信号，共振特征信号，凹凸特征。为了研究这些特征，我们将每个特征模型与称为模板的特定尺度相关函数相关联。在这里，我们探索三个不同的基准模型，每个特征模型和每个基准模型，我们比较了36个不同的宇宙学调查组合的灵敏度。我们实现了Fisher矩阵预测方法，以获得未来CMB任务的特征模型参数上的可能约束，即PICO，CORE-M5，LiteBIRD和CMB-S4与即将到来的SKA调查，其中我们探索SKA-Cosmic Shear和SKA-Intensity Mapping调查。此外，还探讨了EUCLID-星系巡天与SKA-Intensity Mapping巡天相结合的意义。为了考虑非线性尺度的理论不确定性在特征参数不确定性估计中传播的可行性，我们采用了与红移相关的尺度上限。为了证明这些未来的调查对特征模型的参数的相对敏感性，我们提出了一个比较分析的所有三个特征模型。
2022-12-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detection of Thermal SZ -- CMB Lensing Cross-Correlation in Planck Nominal Mission Data
普朗克卫星的标称任务图包含了大量关于宇宙微波背景（CMB）中次级各向异性的信息，包括由热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应和引力透镜引起的次级各向异性。由于tSZ和CMB透镜信号都跟踪大尺度物质密度场，因此预计这些过程产生的各向异性是相关的。我们报告的第一次检测到这种互相关信号，我们测量在6.2西格玛的意义上使用普朗克数据。我们利用普朗克的多频覆盖构建一个tSZ地图使用内部线性组合技术，我们随后交叉相关与公开发布的普朗克CMB透镜势地图。[摘要]我们使用晕模型计算解释了信号，这表明tSZ - CMB透镜互相关是高红移，低质量群和星系团中团内气体物理的独特探针。我们的研究结果是一致的外推现有的气体物理模型，这以前未探索的制度，并显示明确的证据，从一个和两个晕条款的贡献，但没有统计学上显着的证据，从扩散，未结合气体的贡献以外的崩溃晕。我们还表明，信号的幅度依赖于相当敏感的波动幅度（$σ_8$）和物质密度（$Ω_m$）。我们约束退化的组合$σ_8 (Ω_m/0.282)^{0.26} = 0.824 \pm 0.029$，结果是在较低的紧张与原始CMB的约束比最近的一些tSZ分析。我们的探测是一个直接的确认，热，电离气体的痕迹暗物质分布在宇宙中的一个广泛的尺度（$\sim 0.1$ - $50 \, {\rm Mpc}/h$）。
2014-02-23 astro-ph.CO
Inflationary Potential as seen from Different Angles: Model Compatibility from Multiple CMB Missions
本研究结合Planck和ACT等最新CMB及BICEP/Keck等数据，分析了四种暴胀势，发现Starobinsky等典型模型与ACT小尺度数据不符但与Planck大尺度数据一致，揭示了当前难以确定普适首选暴胀模型的挑战。
2023-09-12 astro-ph.CO gr-qc
A perceptron based ILC method to obtain accurate CMB B-mode angular power spectrum
本研究针对CMB B模探测与极化信号精确重建的前沿需求，提出基于神经网络优化ILC技术的新方法，在ECHO任务频率通道验证中实现了受宇宙方差限制的高精度B模角功率谱重建。
2024-11-02 astro-ph.CO
The Planck mission
2013年7月第100届Les Houches暑期学校关于“后普朗克宇宙学”的讲座讨论了普朗克任务的一些方面，其主要目标是非常精确地测量宇宙微波背景（CMB）的温度各向异性。几个月前，我们在2013年3月21日$^{st}$上宣布了我们的发现。我描述了我们为获得这些结果所采取的一些相关步骤，概述了测量过程，我们如何处理数据以获得9个不同频率的全天空图，以及我们如何提取CMB温度各向异性图和角功率谱。最后，我描述了我们发现的CMB统计特征的一些主要宇宙学意义。当然，这是对\Planck \ 2013结果的一个非常简短和有点偏见的观点，希望它可以引导一些学生查阅原始论文。
2014-05-02 astro-ph.CO
Optimising instrument concepts with Machine Learning: Application to CMB spectral distortion experiments
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, Institut d’Astrophysique Spatiale（法国国家科学研究中心，天体物理研究所）；Centre national d’études spatiales (CNES)（法国国家空间研究中心）
本研究提出一种基于机器学习的优化方法，用于探索天文仪器多维参数空间，并应用于FOSSIL任务的CMB谱畸变测量，识别关键参数以提升实验性能。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Pixel Space Method for Testing Dipole Modulation in the CMB Polarization
介绍了一种探测宇宙微波背景（CMB）极化中偶极调制或半球功率不对称的像素空间方法。该方法依赖于使用平方的总偏振通量，其系综平均拾取由于CMB偏振中的偶极调制而产生的偶极。该方法适用于局部天空，具有一定的实用价值。我们定义了几个统计特征的幅度检测到的信号。通过模拟，我们表明，该方法可以用来可靠地提取在2.7 $σ$水平或更高的信号在未来的核心类任务，假设该信号是目前在CMB偏振的普朗克任务在CMB温度检测到的水平。将该方法应用于2018年普朗克数据时，考虑到数据中相关检测器噪声和残留系统学的存在，没有检测到显著影响。使用FFP 10，我们发现存在一个非常强的偏差，这可能掩盖了任何真正的影响。
2019-12-20 astro-ph.CO
Exploring Cosmic Origins with CORE: Survey requirements and mission design
未来对宇宙微波背景（CMB）极化的观测有可能回答现代物理学和宇宙学中一些最基本的问题。在本文中，我们列出了未来的CMB偏振调查解决这些科学目标的要求，并讨论了设计驱动程序的核心空间任务，提出欧空局在回答“M5”呼吁一个中型的任务。这些理由和备选办法以及用于评估飞行任务绩效的方法，对未来的其他飞行任务设计研究都有意义。CORE被设计为一个接近终极的CMB偏振任务，为了与地面观测实现最佳互补，它将进行已知对CMB偏振科学至关重要的观测，并且只能通过专门的空间任务获得。
2017-06-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detecting and distinguishing topological defects in future data from the CMBPol satellite
拟议中的CMBPol任务将能够探测到拓扑缺陷对宇宙微波背景（CMB）的影响，前提是这种影响足够强。我们量化了宇宙弦和纹理的检测阈值，并分析了卫星区分这些不同类型缺陷的能力。我们还评估了错误识别缺陷签名的危险程度，如错误的缺陷类型或原始引力波的影响。在3σ水平上，宇宙弦对CMB温度谱的贡献率为0.002，纹理的贡献率为0.001。我们还证实，在超过3σ时可以检测到r = 0.0018的张量贡献，与CMBpol任务概念研究一致。模型选择分析支持这些结果。
2010-11-11 astro-ph.CO hep-th
Forecast Analysis on Interacting Dark Energy Models from Future Generation PICO and DESI Missions
预计下一代CMB卫星任务将以前所未有的精度对广泛的宇宙学参数提供强有力的约束。但是如果我们不把暗能量归因于一个宇宙学常数，这些对参数的限制就会减弱。涉及暗能量和暗物质相互作用的宇宙学模型可以在当前时代产生可比的能量密度，从而缓解所谓的宇宙符合问题。在本文中，我们进行了预测分析，以测试未来一代高灵敏度的宇宙微波背景（CMB）和重子声学振荡（BAO）实验的能力，约束的唯象相互作用暗能量模型。我们认为宇宙方差有限的未来CMB偏振实验PICO以及从DESI实验的BAO信息约束相互作用的暗扇区的参数。基于宇宙学扰动的稳定性，我们考虑了两种可能的相互作用方案。研究了耦合常数和暗能量状态方程参数对CMB温度功率谱、物质功率谱和$fσ_8$的影响。我们已经使用了模拟温度和极化数据从PICO的多极范围内（$\ell = 2 - 4000$），正如预期的那样，我们确实看到PICO单独产生更好的约束比普朗克的$Λ$ CDM参数。随着PICO和DESI任务的集成，我们观察到对几个宇宙学参数的约束有了显著的改善，特别是暗能量的状态方程参数。然而，我们注意到，需要额外的数据来约束一个小的正耦合常数。
2022-12-05 astro-ph.CO gr-qc
Future CMB cosmological constraints in a dark coupled universe
作为正在进行的普朗克实验的宇宙微波背景卫星任务预计将对广泛的宇宙学参数提供最强的约束。然而，当把宇宙学常数作为暗能量成分的假设去掉时，这些约束可能会减弱。在这里，我们表明，这将确实是这种情况下，存在着一个耦合之间的暗能量和暗物质流体。特别是，当引入暗耦合时，冷暗物质密度和解耦时的角直径距离等关键参数的预期误差明显更大。我们表明，这将是未来的卫星任务，EPIC的情况下，除非CMB透镜提取进行。
2010-04-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Measuring the spectrum of primordial gravitational waves with CMB, PTA and Laser Interferometers
我们调查的可能性测量的原始引力波（GW）信号在21个十年的频率，使用宇宙微波背景（CMB），脉冲星定时阵列（PTA），激光和原子干涉仪。对于CMB和PTA实验，我们分别考虑LiteBIRD任务和平方公里阵列（SKA）。对于干涉仪，我们考虑空间任务建议，包括激光干涉仪空间天线（LISA），大爆炸观测器（BBO），分赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO），$μ$战神实验，分赫兹天文台（DO）和暗物质和重力探索空间原子实验（AEDGE），以及地基爱因斯坦望远镜（ET）建议。我们实现所需的数学计算灵敏度的CMB和干涉仪，并从第一原理推导出后者的响应函数。我们还评估了每个实验中天体物理前景污染的影响。我们提出了两类有代表性的原始GW随机背景模型的能量密度参数$Ω_{GW}h^2$的分箱灵敏度曲线和误差条，作为频率的函数：来自单场慢卷暴胀的度量中的量子真空涨落，以及来自旁观者轴子SU（2）暴胀模型的源诱导张量扰动。我们发现良好的前景，联合测量的GW频谱的CMB和星载干涉仪的任务建议。
2020-11-16 astro-ph.CO gr-qc
Systematic effect induced by misalignment in a Reflective Polarization Modulator for CMB, and application to the LiteBIRD case
Univ. La Sapienza（罗马第一大学）；INFN Sezione di Roma（罗马国家核物理研究所）；Univ. di Tor Vergata（罗马第二大学）；University of Milano Bicocca（米兰比可卡大学）
LiteBIRD任务研究反射偏振调制器中因对齐偏差导致的系统效应，发现其污染主要模拟引力透镜B模，通过限制楔角以确保任务精度。
2026-02-04 astro-ph.CO astro-ph.IM
FSD: Frequency Space Differential measurement of CMB spectral distortions
虽然宇宙微波背景在目前的实验范围内与一个完美的黑体光谱相一致，但在已知光谱特性的情况下，预计它会表现出一定的光谱失真。本文提出了一种利用亮温的频间差异来测量CMB光谱畸变的新方法--频率空间差分法（FSD）。在不存在任何失真的情况下，在不同频率下观察到的CMB温度之间的差异必须与黑体光谱的频率导数一致。然而，在存在频谱失真的情况下，所测量的频率间差也将表现出与黑体的偏差，这可以针对已知的频谱失真源（如$y\,\&\,μ$）来建模。我们的技术使用CMB黑体、$y$、$μ$或任何其他光谱失真源的FSD信息来对观察到的信号进行建模。在未来的CMB任务中成功应用这种方法可以提供一种提取光谱失真信号的替代方法，并可能使在没有内部黑体校准器的情况下测量光谱失真变得可行。
2018-01-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulations of systematic effects arising from cosmic rays in the LiteBIRD space telescope, and effects on the measurements of CMB $B$-modes
宇宙射线产生的系统效应已被证明对使用高灵敏度辐射热计的空间望远镜构成重大威胁。LiteBird太空任务旨在以前所未有的灵敏度测量极化的宇宙微波背景，但其在太空中的位置也会使其容易受到宇宙射线的影响。我们提出了一个端到端的模拟器，用于评估宇宙射线对LiteBIRD空间任务的影响的预期规模，我们在低频望远镜的166 GHz频段上的探测器子集上演示。模拟器将L2处的预期质子通量与LFT焦平面的热响应及其超导探测器的热响应的模型相耦合，产生时间排序的数据，这些数据被投影到模拟的天空图和随后的角功率谱中。
2021-06-30 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
FOSSIL: A future mission for CMB spectral distortion measurements
FOSSIL是一项拟议的空间任务，通过宽频绝对光谱测量CMB谱畸变，灵敏度较COBE/FIRAS提升三个数量级，以约束原初涨落、检验暴胀、探测暗物质并研究星系反馈。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ph
Measurements of the Thermal Sunyaev-Zel'dovich Effect with ACT and DESI Luminous Red Galaxies
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）；Berkeley Center for Cosmological Physics, Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系宇宙学物理中心）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Boston University（波士顿大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；University College London（伦敦大学学院）；Durham University（杜伦大学）；Kavli Institute for Cosmology Cambridge（卡弗里宇宙学剑桥研究所）；University of Cambridge（剑桥大学）；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）；NSF NOIRLab（美国国家光学红外天文研究实验室）；Stanford University（斯坦福大学）；Universidad de los Andes（安第斯大学）
利用ACT和DESI数据测量红移0.4至1.2范围内热Sunyaev-Zel'dovich效应，揭示星系团热力学及宇宙结构周围物质分布。
2026-02-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Primordial Inflation Explorer (PIXIE): Mission Design and Science Goals
PIXIE任务通过高灵敏度低温傅里叶变换光谱仪测量CMB能谱与偏振，以远超COBE/FIRAS的精度约束宇宙演化、再电离和原初暴胀模型。
2025-03-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Polarization Rotation, Cosmological Models, and the Detectability of Primordial Gravitational Waves
宇宙微波背景偏振观测对宇宙学模型的许多方面进行了检验。在各种宇宙学模型中，有效的赝标量-光子相互作用会导致传播的电磁波线偏振随宇宙学距离的旋转。CMB偏振观测是对这些模型的极好检验，并有可能发现新的基础物理。赝标-光子相互作用正比于赝标场的梯度。从唯象的观点来看，这个梯度可以是中微子数的不对称性，也可以是其他密度流，或者是一个常数矢量。在这些情况下，洛伦兹不变性或CPT可能被有效地违反。在本文中，我们回顾了这些结果，并预计更精确的观测可以告诉我们的基础物理，通货膨胀等更好的准确性，预计在CMB偏振观测普朗克任务将于今年推出。专门的CMB偏振观测器，如B-Pol任务，CMBpol任务和LiteBIRD任务，将在未来更深入地探讨这一基本问题。有了这些灵敏度，有效赝标光子相互作用产生的宇宙极化旋转、原始和大尺度磁场产生的法拉第极化旋转以及张量模效应将有机会被探测和区分。减去的张量模效应可能是由于原始的引力波。我们讨论了直接探测这些原始引力波使用空间GW探测器。
2009-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Shadows: The Effect of Interstellar Extinction on Cosmic Microwave Background Polarization and Temperature Anisotropy
我们评估的宇宙微波背景（CMB）和前景组件之间的组件分离的准确性的下降所造成的忽视的吸收的CMB的宇宙微波背景的银河系星际物质。由于尘埃成分，由CMB阴影引起的温度各向异性的幅度约为1 uK。该值与即将进行的CMB实验中探测非高斯性研究所需的噪声水平相当。此外，由尘埃引起的CMB阴影所引起的偏振幅度与原始引力波所留下的CMB B模式偏振的RMS值相当或更大。我们表明，应用单幂律模型作为观测到的多频数据的尘埃光谱引入系统误差，这是可比的或大于所需的噪声水平即将CMB B模式偏振实验。从亚毫米波段数据中推导出尘埃发射的本征谱，将系统误差降低到所需的噪声水平以下。然而，这种方法要求粉尘温度测量的精度优于百分之几。我们的结论是，在未来的CMB任务中，必须考虑由于灰尘的CMB阴影，以实现其目标灵敏度。我们的结果对于探测张量标量比为r=10^{-3}的原始CMB B模偏振具有重要意义。
2020-05-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
BrahMap: A scalable and modular map-making framework for the CMB experiments
INAF, Osservatorio Astrofisico di Catania（意大利国家天体物理研究所，卡塔尼亚天文台）；INFN, Sezione di Catania（INFN 卡塔尼亚分部）
针对未来CMB实验海量探测器数据的高效成图挑战，本文提出了一个使用C++实现并提供Python接口的跨CPU与GPU平台可扩展成图框架BrahMap，并通过通用极化实验验证了其高性能计算能力。
2025-11-04 astro-ph.CO astro-ph.IM
Rayleigh scattering: blue sky thinking for future CMB observations
在复合期间和复合后不久，中性氢的瑞利散射导致CMB各向异性在高频下显著地依赖于频率。这可能会被普朗克探测到，并且在未来的任何天基CMB任务中都将是一个强烈的信号。与汤姆逊散射相比，瑞利可见度的后峰给出了增加的大尺度CMB偏振信号，对于大于500 GHz的观测频率，其影响大于4%。在小尺度上，附加阻尼也有类似的幅度抑制。由于瑞利和主信号之间的强相关性，瑞利分量的测量受到噪声和前景的限制，而不是主CMB的宇宙方差，并且应该在大约200GHz和800GHz之间的频率下在宽范围的角标度上可观察到。本文给出了温度和偏振功率谱的新的数值计算方法，表明未来的CMB任务可以高精度地测量温度瑞利互谱，检测来自瑞利散射的偏振，并精确地确定瑞利温度信号和主偏振之间的互谱。瑞利散射信号可以提供对复合物理学的强有力的一致性检查。在原则上，它可以用来测量额外的视界尺度的原始扰动模式在重组，并区分一个显着的张量模式B偏振信号从引力透镜的功率谱水平。
2014-01-23 astro-ph.CO
Probing the Topology of the Early Universe using CMB Temperature and Polarization Anisotropies
本文通过Kaluza-Klein模型研究早期宇宙拓扑，探讨CMB温度与极化中的红外截断及偶奇宇称不平衡，并扩展至Planck和LiteBIRD极化数据。
2025-09-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Statistics of the Planck CMB signal in direction of gamma-ray bursts from the BATSE and BeppoSAX catalogs
研究了BATSE和BeppoSAX空间天文台星表中的伽马射线暴（GRB）相对于普朗克空间任务的宇宙微波背景（CMB）数据的分布。应用三种方法进行数据分析：1）GRB方向CMB信号值的直方图，2）计算GRB位置和CMB分布的镶嵌相关图，3）计算CMB图上“平均群体GRB”区域的平均响应。发现了伽玛暴位置与CMB涨落之间的相关性，这可以解释为观测过程中的系统效应。此外，在CMB图的平均区域内，发现短、长伽玛暴的平均涨落分布存在差异，这可能是由于事件性质不同造成的。
2014-06-25 astro-ph.CO
CMB Polarization Measurements
本文介绍以LiteBIRD为代表的下一代CMB偏振测量实验，旨在通过高灵敏度探测器和前景扣除技术研究宇宙暴胀等早期宇宙过程，并概述前景测量实验及亚轨道实验对空间任务的技术支撑作用。
2024-02-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Combining Systematic Effects in CMB Polarization Experiments through map-based simulations: application to LiteBIRD's HWP non-idealities and detectors non-linearity
Dipartimento di Fisica, Univ. La Sapienza（罗马大学物理系）；INFN Sezione di Roma（罗马国家核物理研究所）；Université Grenoble Alpes, CNRS, LPSC-IN2P3（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学宇宙物质前沿研究中心）；International School for Advanced Studies (SISSA)（国际高等研究院）；INFN Sezione di Trieste（的里雅斯特国家核物理研究所）；Dipartimento di Fisica, Univ. of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学物理系）
该研究针对LiteBIRD卫星任务，开发基于图的形式体系分析探测器非线性与HWP非理想性耦合效应，得出相关联合要求以支撑CMB偏振实验的仪器设计与校准。
2026-09-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmic Microwave Background Recovery: A Graph-Based Bayesian Convolutional Network Approach
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Scientific Computing and Imaging Institute, University of Utah（犹他大学科学计算与影像研究所）
宇宙微波背景辐射（CMB）是了解宇宙起源和演化的重要信息来源。然而，对CMB的观测受到前景辐射的污染，模糊了CMB信号，降低了其约束宇宙学参数的效力。我们采用深度学习作为数据驱动的方法，从多频全天空地图中清除CMB。特别是，我们开发了一个基于图的贝叶斯卷积神经网络的基础上的U-Net架构，预测清洁CMB与像素的不确定性估计。我们展示了这种技术的潜力，现实的模拟数据的基础上，普朗克任务。我们表明，我们的模型准确地恢复清洁的CMB天空图和角功率谱，同时识别区域的不确定性。最后，我们讨论了当前的挑战和前进的道路部署我们的模型CMB恢复实际观察。
2023-02-24 astro-ph.CO astro-ph.IM cs.LG
The Effects of Rayleigh Scattering on the CMB and Cosmic Structure
在复合期间和复合之后，除了与自由电子的汤姆逊散射之外，光子还通过瑞利散射与中性氢原子和氦原子耦合。这种耦合影响宇宙微波背景辐射的各向异性和宇宙中物质的分布。瑞利截面的频率依赖性打破了CMB温度和偏振各向异性的热性质，并有效地加倍了描述CMB强度和偏振统计所需的变量的数量，而额外的原子耦合改变了物质分布和CMB的透镜效应。介绍了一种新的方法来捕捉瑞利散射对宇宙学功率谱的影响。瑞利散射在$353 {\rm GHz}$（缩放$\propto ν^4$）的$\sim\!1 \%$水平上修改CMB温度和偏振各向异性，并修改物质相关性多达$\sim\!0.3\%$。我们显示的瑞利信号，特别是热（瑞利）E-偏振和瑞利（热）强度信号之间的交叉光谱，可能是检测与未来的CMB任务，即使在前景的存在，以及如何这个新的信息可能有助于更好地约束宇宙学参数。
2014-10-23 astro-ph.CO
Constraining the inflationary potential with spectral distortions
测量宇宙微波背景辐射（CMB）的光谱畸变（SD）将为以前未探索的原始功率谱尺度提供新的约束，使我们能够将探测的参数空间在$k$空间中扩展几个数量级，这可能对原始黑洞和引力波等具有重要意义。在这里，我们将讨论如何通过结合当前和未来的CMB SD和各向异性实验来严格约束各种暴胀模型。特别是，我们调查的约束力的SD实验，如FIRAS，PIXIE，PRISM与CMB各向异性探针，如普朗克或CMB-S4加上LiteBIRD。基于最新版本的玻尔兹曼求解器CLASS（v3.0），在这里，我们也一直边缘化可能的银河系和银河系外的SD任务的前景。有了这个数值设置，我们能够现实地预测，增加了各种SD任务所提供的增加的力臂将为上述实验的几种组合带来的改进。因此，在所有考虑的模型中，我们观察到SD提供了高达640%的高度显着的约束收紧，并将品质因数提高到约1600的因子。
2021-04-30 astro-ph.CO
New Constraints on variations of the fine structure constant from CMB anisotropies
我们表明，最近的测量宇宙微波背景温度和极化各向异性的ACBAR，QUAD和BICEP实验大大提高了宇宙学约束的精细结构常数在早期宇宙中可能的变化。该数据与WMAP任务的五年观测结果相结合，在68% c.l.下产生约束α/α_0 = 0.987 \pm 0.012。在哈勃常数上加入新的HST约束进一步提高了精度，在68% c.l.时，α/α_0 = 1.001 \pm 0.007，使与当前值的可能偏差低于1%的水平，并将先前的约束改善3倍。
2009-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Cosmological Parameters from pre-Planck CMB Measurements: a 2017 Update
我们目前的宇宙学约束相结合的完整的任务9年WMAP释放和小尺度的温度数据从前普朗克ACT和SPT一代仪器。这是对Calabrese等人2013年提出的分析的更新，并强调了0.06 eV质量中微子对$Λ$ CDM宇宙学的影响-这在普朗克分析中假设，但在ACT/SPT分析中没有-以及普朗克清洁的再电离光学深度测量。我们表明，宇宙学的约束，现在足够强大，小的差异，在假设的再电离和中微子质量给出系统的差异，这是清楚地检测到的数据。我们建议在比较WMAP、ACT和SPT的宇宙学约束与其他调查或当前和未来的全任务普朗克宇宙学时使用这些更新的结果。宇宙学参数链在NASA的LAMBDA数据档案中公开提供。
2017-02-10 astro-ph.CO
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
Prospects of Future CMB Anisotropy Probes for Primordial Black Holes
原始黑洞（PBH）以霍金辐射形式注入的粒子串能够电离和加热星系际介质，从而改变宇宙复合的历史，进而改变宇宙微波背景（CMB）的各向异性谱。在本文中，我们研究了未来的几个CMB实验的预期灵敏度约束的丰度分布在$10^{15}\sim10^{17}$ g质量窗口根据四个质量函数：单色，对数正态，幂律和临界崩溃模型。我们的结果表明，未来的实验，如CMB-S4和PICO，可以提高目前的{ \it{Planck} }边界约两个数量级。目前CMB数据允许的PBH参数空间中的所有区域，包括质量大于$4 \times 10^{16}$克的单色分布PBH，都可以被即将进行的具有重要意义的任务排除。
2021-06-06 astro-ph.CO hep-ph
Data driven foreground clustering approach to component separation in multifrequency CMB experiments: A new Planck CMB map
我们提出了一种新的方法，在多频CMB实验中的组件分离，制定的问题，划分成像素集群的天空，使每个像素集群内的前景有类似的频谱，只使用数据中的信息。只有光谱信息用于分区，允许空间上远离的像素属于同一个集群，如果它们的前景属性是接近的。然后，我们将修改后的内部线性组合方法应用到每个像素簇。由于前景在每个聚类内具有相似的频谱，因此与所有数据一起使用相比，描述前景所需的分量的数量较小，并且基于简单像素的ILC算法工作得非常好。我们测试我们的算法在普朗克合作提供的全焦平面模拟。我们将我们的算法应用于普朗克完整的任务数据，并将我们的CMB地图与普朗克合作发布的CMB地图进行比较。我们表明，我们的CMB地图是干净的，公正的天空中的一个较大的部分，特别是在低银河系纬度，公开可用的地图相比，普朗克合作发布。这对于超越最简单的$Λ$ CDM宇宙学模型的约束和异常的研究是重要的。我们清理的CMB地图公开提供给宇宙学社区使用。
2019-03-15 astro-ph.CO
CMB Polarization can constrain cosmology better than CMB temperature
我们表明，宇宙方差有限的实验，CMB E极化单独放置更强的约束宇宙学参数比CMB温度。例如，我们表明，EE可以约束参数比TT高达2.8倍时，被认为是一个多极范围为l=30-2500。我们揭示了这一显着的结果背后的物理效应，并研究它如何取决于分析中包括的多极范围。在大多数相关的情况下，TE或EE超过了基于TT的宇宙学约束。这一结果是重要的，因为小尺度天体物理前景预计将有一个大大减少对偏振的影响，从而打开了可能性，建设更清洁和更严格的LCDM模型的约束。这特别适用于拟议的未来CMB卫星任务，如CORE或PRISM，这些卫星被设计成在极化方面受到宇宙方差限制，直到非常大的多极。我们对类普朗克实验进行了同样的分析，并得出结论，即使在这种情况下，TE单独确定对$Ω_ch^2$的约束也应该比TT好15%，而确定$Ω_bh^2$、$n_s$和$θ$的精度相当。最后，我们探讨了几个经典的LCDM模型的扩展，并再次表明，CMB偏振单独提供更严格的约束比CMB温度的情况下，宇宙方差有限的实验。
2014-03-20 astro-ph.CO
Probing Dark Matter with Future CMB Measurements
暗时代中的暗物质湮灭和衰变会影响宇宙电离历史，并在宇宙微波背景各向异性谱中留下印记。CMB偏振各向异性在较高的红移下对这种能量注入敏感，并有助于减少再电离期间$Λ$ CDM和天体物理电离过程中原始光谱参数的简并。根据一些即将到来的CMB偏振实验，如AdvACTPol，AliCPT，CLASS，Simons Observatory，Simons Array，SPT-3G，我们估计了它们在探测暗物质湮灭和衰变信号方面的潜在灵敏度。我们发现，未来的任务有95%的C. L。分别将DM衰变和湮灭速率限制在$Γ_χ(τ_χ^{-1}) \sim 10^{-27}{\rm{s}}^{-1}$和$\left<σv \right>/m_χ \sim 10^{-29}{\rm{cm^3s^{-1}GeV^{-1}}}$的数量级，显著提高了当前实验范围对DM的灵敏度。
2020-10-24 astro-ph.CO hep-ph
The synergy between CMB spectral distortions and anisotropies
CMB的光谱畸变和各向异性为研究早期宇宙的能量注入过程提供了独立和互补的探针。在这里，我们讨论了这些观测之间的协同作用，并显示了有前途的未来的光谱失真任务，以约束外来和非外来的能量注入。我们表明，传统的探针，如大爆炸核合成和CMB各向异性可以受益于，甚至超越未来的光谱失真实验。为此，我们在玻尔兹曼代码CLASS中实现了一个统一的框架，以一致地处理光子和重子的热演化。此外，我们给出了一个广泛的和教学的介绍到整个宇宙的热历史的光谱扭曲和能量注入的主题，突出了它们的一些独特的功能和潜力，作为一个新的宇宙学和粒子物理学的探测。
2020-02-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
