DeepSSM: an emulator of gravitational wave spectra from sound waves during cosmological first-order phase transitions
针对宇宙学一阶相变声波引力波谱模拟问题，提出基于神经网络的开源模拟器DeepSSM，以增强版SSM模型数据训练，实现参数即时预测（最坏精度10%内）、高效可微分，支持直接贝叶斯推断并通过模拟LISA观测验证重建能力。
2025-08-25 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational waves from first-order cosmological phase transitions: lifetime of the sound wave source
King’s College London（伦敦国王学院）；CERN（欧洲核子研究组织）；National Institute of Chemical Physics & Biophysics（化学物理与生物物理学国家研究所）；University of Warsaw（华沙大学）；Instituto de Física Teórica, IFT-UAM/CSIC（理论物理研究所，IFT-UAM/CSIC）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）
系统研究早期宇宙一阶相变的粒子物理模型参数化，区分三种相变类型，考虑声波和湍流产生引力波机制及渗流要求，指出不同模型中声波产生引力波的持续时间不同。
2026-07-07 astro-ph.CO hep-ph
Sounds Discordant: Classical Distance Ladder & $Λ$CDM -based Determinations of the Cosmological Sound Horizon
Ia型超新星，经典的距离阶梯方法校准，可以使用，结合星系调查两点关联函数，以经验确定的声音地平线$r_{\rm s}$的大小。$Λ$ CDM模型的假设，连同约束其参数的数据，也可用于确定声音水平线的大小。使用各种宇宙微波背景（CMB）的数据集来约束$Λ$ CDM参数，我们发现基于模型的声音地平线要大于实验确定的一个与2和3之间的统计显着性$σ$，取决于数据集。如果和解需要改变宇宙学模型，我们认为，变化可能是重要的，在20年的尺度因子进化重组之前。因此，未来的CMB观测可能能够测试任何此类调整;例如，像SPT-3G这样的第三代CMB勘测可以在扩展以允许附加的光自由度的$Λ$ CDM模型中实现对$r_{\rm s}$的约束的三倍改进。
2019-04-25 astro-ph.CO
The Cosmological Constant Potential: a resolution to the Hubble tension via the cosmological sound horizon
该研究提出将宇宙学常数视为标量场势，早期动能主导阶段提高早期哈勃参数、降低声学视界，从而在晚期提高哈勃常数，缓解哈勃张力，并经CMB、BAO和H0数据验证。
2023-12-21 astro-ph.CO gr-qc
Gravity waves generated by sounds from big bang phase transitions
与宇宙学QCD和电弱相变相关的不均匀性产生流体动力学扰动、纵向声和旋转。Hindmarsh等人已经证明，在相变结束后，声音产生重力波（GW）。我们进一步认为，在某些条件下，逆声级联可能会发生和移动声音扰动（UV）的动量尺度，在该声音最初产生的小得多（IR）的动量。通过Boltzmann方程研究了该叶栅的弱湍流区，该方程具有定态功率和时间相关的自相似解。我们建议某些指数的强湍流制度，以及级联最终收益。最后，我们指出两个壳上声波可以产生一个壳上重力波，并利用标准的声环路图来评估这个过程的速率。
2015-04-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Shape of the acoustic gravitational wave power spectrum from a first order phase transition
我们提出的结果，从大规模的数值模拟的一阶热相变在早期宇宙中，为了探索声引力波的形状和速度功率谱。我们比较的结果与最近提出的声音壳模型的预测。对于引力波功率谱，我们发现预测的$k^{-3}$行为，其中$k$是波数，出现明显的爆炸。来自爆燃的功率谱显示出类似的特征，但表现出更陡峭的高$k$衰减和模型中未考虑的额外特征。有两个独立的长度尺度：平均气泡分离和低温相膨胀气泡周围的声壳厚度。声壳厚度决定了功率谱的峰值位置。速度功率谱的低波数行为与因果$k^{3}$一致，除了最薄的声壳，在那里它是陡峭的。我们提出了一个简单的破幂律参数适合的引力波功率谱壁速度远离声速，这种形式可以有效地应用。我们检查的检测前景，表明一个LISA样的任务具有灵敏度，以检测一个引力波信号的声波与RMS流体速度约$0.05c$，产生的气泡约$10^{-2}$的哈勃半径的平均分离。引力波功率谱的形状取决于气泡壁速度，并且可以估计壁速度，并且利用随机引力波背景的精确测量来约束其他相变参数。
2020-04-15 astro-ph.CO hep-ph
Induced Gravitational Waves from Multi-Sound Speed Resonances during Cosmological Inflation
我们探讨了宇宙膨胀过程中时变声速产生多参量共振的可能性。特别是，我们将我们的设置固定到比文献中已经探索的单个振荡模型更简单的情况：两个正弦谐波围绕恒定声速等于1。我们发现，在微扰制度，除了某些极端角落的参数空间，原生密度谱的特点是由两组放大的峰值围绕两个临界振荡频率的声速。作为一般结果，我们表明，从暴胀时代的次级诱导的GWs的能谱有一个主要的宽峰，而从辐射占主导地位的阶段的一个由一个/两个主峰状配置（S）的两个振荡频率的相对小/大的比例。GW遗迹随机背景携带着暴胀期间参数共振的引力记忆。来自双声速共振的GW信号可以在脉冲星定时射电天文学、空间和地面GW干涉仪的互补通道中进行测试。
2022-08-06 astro-ph.CO
Model-independent energy budget of cosmological first-order phase transitions
我们研究了一阶宇宙学相变的能量收支，这是预测由此产生的引力波谱的一个重要因素。以前，这种分析主要基于简化模型，例如袋状态方程。在这里，我们提出了一个模型无关的方法，是准确的，直到温度依赖性的声速在断相。我们发现，在流体动力学分析中进入的唯一相关的量是破碎相中的声速和两相之间的能量和压力差的线性组合，我们称之为伪迹（归一化为破碎相中的焓）。伪迹量化了相变的强度，并产生了相对论等离子体（声速的平方为三分之一）的能量动量张量的常规迹线。我们研究这种方法在几个现实的相变模型，并提供了一个代码片段，可用于确定一个给定的相变强度和声速的效率系数。事实证明，我们的方法是准确的百分比水平为中等强度的相变，而以前的方法最多给正确的数量级。
2020-11-19 astro-ph.CO hep-ph
The effective speed of sound in cosmological perturbation theory
St. Stephen’s College, University of Delhi（德里大学圣斯蒂芬学院）
在多场/流体宇宙学系统中引入有效声速新定义，其具有规范不变性且依赖背景，能量化微扰。此定义推广了单场情况，还推导相关方程，证明大尺度下初态绝热微扰保持绝热。
2026-07-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Adiabatic Duality: Duality of cosmological models with varying slow-roll parameter and sound speed
在文献中已经提出了数千种早期宇宙的宇宙学模型，其中许多模型声称能够产生观测数据所支持的标度不变功率谱。因此，思考它们之间是否存在某些关系是很有趣的，例如，二元关系。本文在广义相对论框架下研究了不同慢滚参数$ε$和声速$c_s$的宇宙学模型之间的对偶关系，即“绝热对偶”。几个对偶关系制定解析和数值验证。我们证明了具有不同$ε$和常数$c_s$的模型在标量谱指数上可以是对偶的，但在张量谱指数上不是对偶的。另一方面，允许$ε$和$c_s$都变化可以使模型在标量和张量谱指数上都是对偶的。
2021-04-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Characterization of the gravitational wave spectrum from sound waves within the sound shell model
本文在声壳模型框架下计算一阶相变声波产生的引力波谱，纳入宇宙膨胀效应，揭示因果尾部、峰值附近标度关系及源持续时间依赖规律，并提出通用半解析模板。
2024-02-23 astro-ph.CO gr-qc
Induced gravitational waves as a cosmological probe of the sound speed during the QCD phase transition
粒子物理学的标准模型是一个非常成功的模型。然而，它们的丰富的现象所代表的相变（PT）尚未完全理解，包括未知的暗扇区的存在的可能性。本文研究了利用宇宙中的引力波测量PT等离子体的状态方程参数$w$和声速$c_{\rm s}$。虽然GW的传播本身对$c_{\rm s}$不敏感，但声速值影响原始密度（或标量曲率）扰动的动力学，并且由其视界再入引起的GW可以是$w$和$c_{\rm s}$的间接探测器。我们数值揭示了具体的频谱预测诱导GW的标量扰动谱的两个简单的例子：单色和标度不变的光谱。在单色光情况下，我们看到，诱导GW的共振放大和抵消尺度分别依赖于不同时刻的$c_{\rm s}$值。尺度不变的情况下，给出了一个更现实的光谱，其具体形状将与观测进行比较。特别是，QCD相变与脉冲星定时阵列（PTA）观测的频率范围相对应。如果原始标量功率的振幅在$10^{-4}\lesssim A_ζ\lesssim10^{-2}$范围内，则诱导GW与当前观测约束一致，并且在未来的平方公里阵列观测中可检测到。然而，最近NANOGrav 12.5年分析可能检测到的随机GW ~[1]可以用$A_ζ\sim\sqrt{7}\times10^{-3}$的诱导GW来解释。
2020-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Sound waves from primordial black hole formations
Hangzhou Institute for Advanced Study (HIAS), University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（杭州高等研究院，中国科学院大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学物理科学学院）；Department of Physics, Stellenbosch University（斯泰伦博斯大学物理系）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP)（亚太理论物理中心）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Institute of Fundamental Physics and Quantum Technology, & School of Physical Science and Technology, Ningbo University（宁波大学基础物理与量子技术研究所及物理科学与技术学院）
研究原始黑洞形成过程中声波的生成与传播，揭示其对引力波背景的影响及观测意义。
2026-01-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Linear Point and Sound Horizon as Purely Geometric standard rulers
我们知道，在成团关联函数中的重子声学振荡特征（BAO）可以为我们提供独立于宇宙背景模型和原始微扰参数的宇宙距离测定。这些测量可以严格地通过Pestrian Geometric BAO方法来完成。到目前为止，已经提出了两种不同的Pingdom几何BAO方法。第一种是利用线性点标准尺。第二种方法称为相关函数模型拟合，利用了声音水平标准尺。它们之间的一个关键区别是，当从聚类数据估计时，线性点使用宇宙模型无关的程序来提取标尺与宇宙距离的比值，而相关函数模型拟合依赖于关联函数的唯象宇宙学模型。然而，这两个统治者需要独立于任何具体的观察对象而被精确地定义。我们定义了线性点和声视界，并描述和比较了两个统治者的宇宙参数依赖性。我们发现，它们都是几何精度内所需的，他们有相同的参数依赖性的参数值范围很广。我们估计的统治者的最佳拟合值和误差给出的宇宙学约束普朗克卫星团队从CMB测量。我们这样做的三个不同的宇宙学模型所涵盖的PSTGEOMETRIC BAO方法。在每种情况下，我们发现，相对误差的两个标尺一致，他们是不敏感的假设宇宙模型。有趣的是，当我们在LCDM中不将空间几何固定为平坦时，线性点和声音视界都移动了$0.5σ$。这表明统治者对不同宇宙学模型的敏感性，当它们从CMB估计时。
2019-10-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Holographic energy density, dark energy sound speed, and tensions in cosmological parameters: $H_0$ and $S_8$
宇宙学参数的有趣差异正在挑战$Λ$ CDM模型的成功。使用造父变星和超新星直接测量哈勃常数$H_0$，结果比从宇宙微波背景（CMB）推断的要高。弱星系透镜调查一贯报告的$σ_8$低于从CMB的$Λ$ CDM的上下文中得出的值的物质集群的强度值。在本文中，我们解决这些差异的宇宙学参数考虑暗能量（DE）作为一种流体与发展的状态方程$w_{\mathrm{de}}(z)$，恒定的声速平方$\hat{c}_{\mathrm{s}}^{2}$，和消失的各向异性应力$σ$。我们的$w_{\mathrm{de}}(z)$是从全息原理推导出来的，它可以连续地表现出辐射状、物质状和DE状的行为，从而影响声视界和共动角直径距离，因此称为$H_0$。在这里，我们表明DE声速通过其对引力势演化的影响在物质聚集行为中起着重要作用。我们计算宇宙学约束使用几个数据集的组合，包括主CMB，CMB透镜，红移空间扭曲，本地距离阶梯，超新星，重子声振荡。在我们的分析中，我们将$\hat{c}_{\mathrm{s}}^{2}$边缘化，发现$\gtrsim 3σ$排除了$\hat{c}_{\mathrm{s}}^{2}=1$。对于我们的基线结果，包括整个数据集，我们发现$H_0$和$σ_8$与低红移探针的一致性很好（在$\approx 2σ$内）。然而，我们对重子能量密度$ω_{\rm{b}}$的约束是在具有BBN约束的…
2023-02-22 astro-ph.CO
The energy budget of cosmological first-order phase transitions beyond the bag equation of state
宇宙学一级相变中的随机引力波背景是探索粒子物理标准模型之外新物理的一个很好的途径。当大多数气泡壁在它们已经达到终端壁速度之后彼此碰撞时，对SGWB的主要贡献来自声波，其特征在于将释放的真空能量插入到体相流体运动中的效率因子。然而，以往的效率系数估算工作只考虑了对称相和破碎相声速均为常数的简化情况，无论是对于声速相等的袋模型，还是对于对称相和破碎相声速不同的声速的$ν$模型，从粒子物理学的观点来看，这是不现实的。在本文中，我们提出了一种迭代方法求解流体EoM时，考虑到声速的变化，通过气泡壁的一般和现实的状态方程（EoS）超越简单的袋模型和$ν$ -模型。我们已经发现了对体相流体运动的效率因子的抑制效应，尽管对于强FOPT，这种抑制效应可以忽略不计，在这种情况下，先前从袋EoS对体相流体运动的效率因子的估计仍然作为良好的近似值起作用。
2022-10-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Precise Fitting Formula for Gravitational Wave Spectra from Phase Transitions
针对声壳模型计算昂贵、单一拐折幂律忽略声壳厚度的问题，本文提出含两个特征频率拐折的双拐折幂律拟合，并在$α$-$v_w$平面标定参数，以更低成本精确生成相变引力波谱。
2024-07-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Proper Fourier decomposition formalism for cosmological fields in spherical shells
宇宙学随机场常在球面傅里叶-贝塞尔基下进行分析。与笛卡尔傅立叶基相比，它的优点是适当地考虑了一些相关的物理过程（红移空间扭曲，红移演化）。观测通常是以红移切片的形式出现，并覆盖部分天空。这些掩蔽效应强烈地关联傅里叶-贝塞尔模式，其意味着完美的球形几何形状，并导致大量冗余测量。这项工作提出了一个新的傅立叶基，更适合于测量在红移壳和结果在更少的傅立叶模式，与径向模式严格不相关的大尺度和角度模式的冗余显着减少。我认为，球面傅立叶分析的宇宙学领域应始终使用这些新的模式，而不是历史上建立的傅立叶-贝塞尔本征函数。另一方面，新的角度模式有许多实际的优点和缺点，是否采用它们进行特定的分析，应根据具体情况进行。
2019-06-13 astro-ph.CO
Strongly mixed cosmological collider at unequal sound speeds
Center for Particle Cosmology, Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文学系粒子宇宙学中心）；Departamento de Física, FCFM, Universidad de Chile（智利大学理学院和师范学院物理系）；Centro de Ciencias Exactas, Facultad de Ciencias, Universidad del Bío-Bío（比奥比奥大学理学院精确科学中心）
本文推导了不等声速两场暴胀系统的正则模，求解功率谱与双谱，揭示声速比对功率增强和振荡的影响，并精确处理混合参数下的对撞机信号。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Lagrangian cosmological perturbation theory at shell-crossing
我们认为原始的暗物质晕的生长播种三个交叉的初始正弦波的各种振幅。使用宇宙引力动力学的拉格朗日处理，我们研究的收敛特性的高阶微扰膨胀附近的壳交叉，通过比较分析结果与国家的最先进的高分辨率Vlasov-Poisson模拟。基于对参数空间的定量探索，我们首次明确地研究了摄动级数的收敛速度，并与直觉一致地发现，当从准一维初始条件（一个正弦波占主导地位）到准三轴对称（三个正弦波具有相同的振幅）时，收敛速度变慢.在大多数情况下，在崩溃时的系统结构，如预期的那样，非常类似于用简单的一维动力学得到的，除了在准三轴制度，其中相空间片呈现速度尖峰。在所有的情况下，微扰级数表现出一个通用的收敛行为一样快的幂律级数的扩张，允许一个数值外推到无限阶。这种外推的结果与模拟吻合得非常好，即使在壳层交叉处也是如此。
2018-12-17 astro-ph.CO
Higgsless simulations of cosmological phase transitions and gravitational waves
在早期宇宙源声波和随后的随机引力波背景中的一阶宇宙相变。目前，对这些引力波的预测在很大程度上依赖于对希格斯场与早期宇宙等离子体耦合的模拟，希格斯场提供了相变的潜热。从数值上讲，这是一个相当艰巨的任务，因为几个长度尺度进入动态。从最小到最大，这些是希格斯界面的厚度，分离不同的相，声波的外壳厚度，和平均气泡大小。在这项工作中，我们提出了一种方法来执行Higgsless模拟在三维空间中，产生完全非线性的结果，而在同一时间删除的层次最小规模的晶格。这大大降低了问题的复杂性，并有助于使我们的方法非常有效。我们提供的频谱所产生的引力波的壁速度和强度的相变的各种选择，以及引入一个拟合函数的频谱形状。
2022-10-11 astro-ph.CO hep-ph
Constraining the spatial curvature with cosmic expansion history in a cosmological model with a non-standard sound horizon
本研究在类轴子早期暗能量模型中，结合多组CMB和BAO数据探究声视界假设对空间曲率约束的影响，发现CMB与BAO结合仍能给出极具竞争力的曲率约束结果。
2023-07-14 astro-ph.CO
Cosmological constraints on a decomposed Chaplygin gas
任何统一的暗物质宇宙学都可以分解为与真空能量相互作用的暗物质，而不会引入任何额外的自由度。我们提出了一个相互作用的真空加上暗能量对应的广义Chaubergin气体宇宙学的观测约束。我们考虑两个不同的模型的相互作用，导致正压状态方程或暗物质，遵循测地线，对应于一个休息帧声速等于绝热声速或零声速，分别。对于正压模式，对$α$最严格的约束来自于CMB+SNIa+LSS（m）的组合，在95%的置信水平下给出了$α<5.66\times10^{-6}$，这表明正压模式必须非常接近$Λ$ CDM宇宙学。对于暗物质遵循测地线的情况，扰动具有零声速，并且CMB+SNIa+gISW在95%置信水平下给出弱得多的约束$-0.15<α<0.26$。
2013-04-04 astro-ph.CO
Renormalization-group flow of the effective action of cosmological large-scale structures
本文采用Matarrese和Pietroni的方法，导出了宇宙学大尺度结构有效作用量的泛函重整化群流。RG流方程的微扰解与标准的宇宙学扰动理论是一致的。非微扰近似解可以通过将可能的有效作用的先验无限集合截断到有限子空间来获得。使用截断的有效作用的形式所规定的耗散流体动力学，我们推导出RG流方程的有效粘度和声速的非相互作用的暗物质的尺度依赖性，我们解决它们的数值。物理上，有效粘性和声速解释了长波长波动与小尺度扰动谱的相互作用。我们发现，RG流表现出吸引子行为的IR，显着降低了依赖的有效粘度和声速上的输入值在UV标度。这允许一个独立的计算的物质和速度功率谱的敏感性，紫外模式是在控制之下。
2016-07-13 astro-ph.CO
One-dimensional model of cosmological perturbations: direct integration in the Fourier space
本文提出了一种计算宇宙学扰动功率谱的方法，即在Fourier空间中对初始条件的随机系综进行流体力学方程的直接数值积分，然后进行平均。这种方法可以作为宇宙学N体模拟的一种替代方法。我们测试的情况下，一维运动的引力物质无压壳的这种方法的可实现性。为了检验数值模拟，我们找到了一个解析解，它描述了一维平面壳的崩溃。结果被用来研究不同的傅立叶模式的非线性相互作用。
2012-12-24 astro-ph.CO
An inhomogeneous universe with thick shells and without cosmological constant
我们建立了一个精确的非均匀宇宙组成的一个中央平坦的弗里德曼区的小红移$z_1$，厚壳的各向异性物质，双曲弗里德曼度规的规模，其中观察到调暗星系（$z\simeq 1.7$），可以匹配到一个双曲Lemaintre-Tolman-Bondi时空，以最好地拟合WMAP数据在早期的时代。我们构建了一个一般的框架，使我们能够考虑一个非均匀的时钟频率的宇宙。因此，对于均匀时间和均匀哈勃流，中心观测者外推的减速参数总是正值。然而，通过采用非均匀的哈勃流，有可能获得负的中心减速参数，通过某些参数的选择，可以使当前观察到的参数。最后，给出了一种可能的物理机制来证明非均匀时间流。
2010-06-16 astro-ph.CO gr-qc
Fluctuation-dissipation relation in cosmic microwave background
本文利用涨落流体力学的有效场论在宇宙学框架内建立了CMB中声波的涨落-耗散关系，推导出声波噪声并发现其长时间极限与粘度无关，指出该声波系统对背景辐射的反作用可能是ΛCDM宇宙学拟合问题的潜在来源。
2024-02-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Clustering tomography: measuring cosmological distances through angular clustering in thin redshift shells
我们测试的宇宙学意义的研究星系聚类使用层析成像的方法，通过计算星系两点角相关函数$ω(θ)$在薄的红移壳层使用光谱红移星系调查。这种方法的优点是，它不需要假设一个基准宇宙学，以便将测量的角位置和红移转换为距离，并且它给出了几个（不太精确的）角直径距离$D_\rm{A}(z)$的测量，而不是只有一个（更精确的）有效平均距离$D_\rm{V}(z)$的测量，这导致对宇宙膨胀历史的更好的约束。我们测试我们的模型$ω(θ)$和它的协方差矩阵对一组模拟星系目录，并表明这种技术是能够提取无偏宇宙学约束。同时，在假设由普朗克卫星的宇宙微波背景测量得到的最佳拟合$Λ$ CDM宇宙学的基础上，我们结合普朗克理论，对三个平坦宇宙学模型的最终重子振荡谱学巡天星表进行了预测，并将它们与后实验中各向同性重子声学振荡（BAO）测量的预期结果进行了比较，在同一个星系目录上结合普朗克进行重建。虽然BAO对于约束标准$Λ$ CDM模型的宇宙学参数更准确，但当我们允许暗能量状态方程$w_{DE}$偏离$-1$时，层析成像技术给出了更好的结果，导致在$w_{DE}$的恒定值的情况下与BAO类似的性能，以及在$w_{DE}$的时间依赖值的情况下的适度改善，将$w_0-w_a$平面中的品质因数的值增加到$15\%$。
2014-07-15 astro-ph.CO
Hydrodynamics of phase transition fronts and the speed of sound in the plasma
宇宙学一级相变中气泡的生长涉及到非平凡的流体动力学。由于这个原因，相变前沿的传播研究往往需要几个近似。一个常用的近似是把两相描述为只由辐射能和真空能组成（所谓的袋态方程）。我们表明，在现实的模型中，在低温阶段的声速一般小于辐射，我们研究在这种情况下的流体力学。我们发现，特别是一种新的流体力学解决方案可能是可能的，这不会出现在袋模型。我们得到的潜热的等离子体的体运动的转移效率的分析结果，作为在每个阶段的声速的函数。
2015-03-06 astro-ph.CO hep-ph
Machine Learning improved fits of the sound horizon at the baryon drag epoch
重子声学振荡（BAO）被证明是限制宇宙后期膨胀历史的一个非常有用的工具，它的特征是在重子拖曳时期$r_\mathrm{s}(z_\mathrm{d})$出现同动声视界。后一个量可以使用重组码或通过拟合函数进行数值计算，例如Eisenstein和Hu（EH）通过重组历史的参数网格进行拟合。在这里，我们量化这些表达式的准确性，并表明它们可以强烈地偏置使用BAO数据的宇宙学参数的派生约束。然后，使用称为遗传算法的机器学习方法，我们继续推导出$r_\mathrm{s}(z_\mathrm{d})$的新解析表达式，与EH表达式的$\sim 2-4\%$相比，这些解析表达式在普朗克2018年最佳拟合的$10σ$范围内的$\sim0.003\%$水平上是准确的，或者在更宽的范围内的$\sim0.018\%$，从而获得两到三个数量级的改进。此外，我们还提供了适合，包括大质量中微子的影响和扩展的和谐宇宙模型假设的精细结构常数的变化。最后，我们注意到，我们的表达式可以用来减轻计算$r_\mathrm{s}(z_\mathrm{d})$与玻尔兹曼代码时，使用BAO数据从当前和即将到来的调查得出宇宙学约束所需的计算成本。
2021-08-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Relic gravitational waves from primordial gravitational collapses
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Tsung-Dao Lee Institute and School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交大汤川研究所和物理与天文学院）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Stellenbosch University（斯泰伦博斯大学）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）
本文通过混合数值分析研究早期宇宙声壳碰撞产生的随机引力波背景，其峰值频率和振幅取决于哈勃视界与声壳丰度，可为未来探测器及已蒸发原初黑洞提供观测约束。
2026-09-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Recombinations to the Rydberg States of Hydrogen and Their Effect During the Cosmological Recombination Epoch
本文讨论了在宇宙学复合时期氢原子的复合对高激发态（n > 100）的影响。为此，我们开发了一个新的ODE求解器的重组问题，隐式齿轮的方法的基础上。这个求解器允许我们在氢模型中包含多达350个l分辨的壳层或~ 61000个分离的能级，并在~27小时内解决一个宇宙学的复合问题。与我们之前的重组代码相比，这是一个巨大的性能改进，对于我们之前的重组代码，100壳计算（5050个独立的状态）已经需要在单个处理器上花费约150小时。我们表明，对于350壳层的红移z ~200的自由电子分数的结果实际上已经收敛。在z ~200处自由电子分数的最终修改从100个壳层的约\DeltaNe /Ne ~2.8%降低到350个壳层的\DeltaNe /Ne ~1.6%。然而，在大的多极l的CMB功率谱的相关变化是相当小的，因此，精确的计算与普朗克数据的分析已经~100壳预计是足够的。尽管如此，τ的总值仍可能受到显著影响。我们还简要地研究了碰撞对复合动力学的影响。利用我们目前对碰撞率的估计，我们发现在z ~ 700处的修正为\DeltaNe /Ne ~ -0.088%，这主要是由与质子的l变化碰撞引起的。此外，我们目前的宇宙复合谱的结果，表明在低频率碰撞过程是重要的。然而，当前碰撞速率的精确度不足以精确计算ν<~ 1GHz处的复合谱的模板，并且碰撞对复合动力学的影响也受到这些速率的不确定性的影响。
2010-06-14 astro-ph.CO
The four fixed points of scale invariant single field cosmological models
我们引入一组新的流动参数来描述单场宇宙学模型中状态方程和声速的时间依赖性。如果这些流动参数满足特定的动力学方程，则产生尺度不变的功率谱。我们分析这些参数的流动，并找到四种类型的固定点，包括所有已知的单场模型。此外，在每个固定点附近，我们发现了新的模型，其中功率谱的尺度不变性依赖于同时具有随时间变化的声速和状态方程。我们描述了几个独特的新模型，并讨论了强耦合和超发光的约束。
2012-08-22 astro-ph.CO hep-th
Gravitational collapse of spherical shells of fluid in the isotropic homogeneous universe
研究了具有宇宙学常数的爱因斯坦引力描述的无辐射各向同性均匀宇宙中流体厚壳层的引力坍缩。我们构造了这类解析解，内插Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker（FLRW）度规和de-Sitter Schwarzschild黑洞之一，Gullstrand-Painlevé之一。在确定了与宇宙学常数共存的理想流体的标度因子后，我们由密度连续条件和界面压力的垂直分量确定了流体坍缩壳层的轨道。然而，当壳内不存在理想流体时，连续性条件不能确定轨道。在这种情况下，我们确定的轨道，从状态方程的流体组成的壳附近的表面。最后，我们证实了在arXiv：2005.13233中定义的总能量与该系统中给定的时间演化无关。
2022-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves from cosmological first-order phase transitions with precise hydrodynamics
本研究提出一种直接从有效势推导状态方程并利用广义混合模拟计算声波引力波谱的方法，首次实现了标准模型实单态扩展的自洽数值计算，为精确计算引力波提供了稳健且模型无关的基础。
2024-09-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dynamics of Cosmological Perturbations in Multi-Speed Inflation
研究了具有可分拉格朗日量的多场暴胀理论，其中每个场具有不同的声速。我们发现这些场总是通过引力相互作用在微扰水平上耦合。我们证明，如果微扰场之间的耦合项足够弱，这些场可以被视为一个组合的解耦场，这是类似于正常模式的耦合振荡。借助于这些场，可以通过$δ\mathcal{N}$形式计算视界交叉处的曲率扰动，直到慢变参数的首阶。解释性地，我们考虑了一个多速DBI暴胀模型，并详细计算了其功率谱。结果取决于不同声速的比率，并且当比率偏离1时显示出明显的放大。
2011-08-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Perturbations in Palatini Formalism
我们研究了Palatini形式中标量张量理论的宇宙学扰动。首先我们引入一个作用量，其中Ricci标量共形耦合到一个标量场的函数及其动力学项，并且还存在一个由标量场及其动力学项组成的k-本质项。这个作用有三个相互等价的框架：原始的约旦框架，重新定义度量的爱因斯坦框架，以及重新定义联系的黎曼框架。在文献中，我们第一次计算了标量和张量扰动在三个不同标架中的二次作用量和声速，并明确地表明它们是一致的。此外，我们还证明了在这种作用下，引力波的声速为1。因此，该模型作为暗能量以及暴胀子，即使在非最小耦合的标量场的动力学项的依赖性的存在下，不同于在度规形式主义的情况下。然后，我们继续构造L3的行动称为Galileon条款Palatini形式主义和计算其扰动。我们发现，基本上有10个不同的（不等价的）定义在Palatini形式主义为一个给定的Galileon长期度量形式主义。我们还看到，在一般情况下，由于Ostrogradsky不稳定性和引力波的声速可能会偏离1，在鲜明的对比度规形式主义的情况下，L3项有一个鬼。有趣的是，一旦我们消除了这样的幽灵，引力波的声速也变得统一。因此，帕拉蒂尼形式主义中的无鬼L3项仍然可以作为暗能量和暴胀子，就像度规形式主义中的情况一样。
2020-10-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CosmoGridV1: a simulated $w$CDM theory prediction for map-level cosmological inference
我们提出CosmoGridV 1：一个大型的光锥模拟与探针的大尺度结构的地图级宇宙学推断。它是为基于第三阶段光度测量的宇宙学参数测量而设计的，具有非高斯统计和机器学习。CosmoGridV 1通过改变$Ω_m$、$σ_8$、$w_0$、$H_0$、$n_s$、$Ω_b$来跨越$w$ CDM模型，并假设三个简并中微子，其中$\sum m_ν$ = 0.06 eV。这个空间由Sobol序列上的2500个网格点覆盖。在每个网格点上，我们使用PkdGrav 3运行7次模拟，并在nside=2048到$z$ =3.5处存储69个粒子贴图，以及光晕目录快照。基准宇宙学有200个独立的模拟，以及它们的模板衍生物。CosmoGridV 1的一个重要部分是28个模拟的基准集，其中包括更大的盒子，更高的粒子计数和更高的壳层红移分辨率。它们允许测试新类型的分析是否对CosmoGridV 1中的选择敏感。我们利用基于壳层的重子校正模型，在图级上加入重子反馈效应。这些外壳被用来创建弱引力透镜，内在排列和星系集群的地图，使用UFalcon代码。CosmoGridV 1的主要部分是原始粒子计数外壳，可用于为给定的$n(z)$创建全天空贴图。我们还发布了第三阶段预测的预测地图，以及之前在KiDS-1000深度学习约束中使用的CosmoGridV 1地图。这些数据可在www.cosmogrid.ai上查阅。
2022-11-14 astro-ph.CO
Separating expansion from contraction in spherically symmetric models with a perfect-fluid: Generalization of the Tolman-Oppenheimer-Volkoff condition and application to models with a cosmological constant
我们研究球对称完美流体时空，并讨论了一个分离壳的存在性和稳定性的扩展和塌陷区域分开。我们进行了3+1分裂，并获得规范不变的条件有关的固有空间曲率的壳的Misner夏普质量和压力的函数，我们介绍和推广的托尔曼-奥本海默-Escheroff平衡条件。我们发现，满足这两个条件的表面适合，局部，一个分割壳的要求，我们认为，宇宙学的初始条件应该允许其全球有效性。我们分析了具有宇宙学常数的Lemaintre-Tolman-Bondi尘埃模型的特殊情况，并以具有宇宙学常数的冷暗物质模型（Λ-CDM）及其推广到包含中心完美流体核的情况为例进行了分析。这些模型为我们的结果提供了简单但有趣的物理说明。
2010-06-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cylindrical wormholes with positive cosmological constant
我们构造圆柱形，遍历虫洞有限半径的情况下，考虑到剪切和粘贴程序的宇宙弦流形与一个积极的宇宙学常数。在合理的假设下，位于壳的物质的状态方程，我们发现，虫洞喉经历一个单调的演变，如果它以恒定的速度移动。为了探讨虫洞喉道的动力学非线性行为，我们认为，在壳层的物质是由各向异性的Chaobergin气体，反Chaobergin气体，或Chaobergin和反Chaobergin气体的混合物，这意味着虫洞可以遭受加速膨胀或收缩，但振荡行为似乎是禁止的。
2013-08-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Observational manifestations of "cosmological dinosaurs'' at redshifts $z\sim20$
我们考虑一个原始黑洞的非常高的质量，$10^9-10^{10}M_\odot$，周围的暗物质和钡离子晕在红移$z\sim20$没有任何本地能源的释放。在早期宇宙中，这种重而集中的物体以前被称为“宇宙学的天体”。用辐射传输理论计算了氢原子21厘米谱线的光谱分布和亮度的空间变化。结果表明，在一定半径范围内，原始黑洞周围的球壳中存在着窄而深的吸收。这个壳层的参数几乎完全取决于黑洞的质量。硬件和方法方面的搜索这样的对象进行了讨论。
2020-07-21 astro-ph.CO
Complexity of non-trivial sound speed in inflation
本文研究了暴胀时期非平凡声对宇宙复杂性演化的影响。曲率微扰的真空态可以看作双模压缩态，其特征参数是两个最基本的参数：角度参数$ϕ_k$和压缩参数$r_k$ .通过$Schr\ddot{o}dinger$方程，可以得到相应的$ϕ_k$和$r_k$的演化方程。随后，在具有非平凡声速的标量曲率微扰下，计算了压缩真空态和压缩态之间的量子线路复杂性。我们的研究结果表明，在早期的复杂性的演变表现出快速的解决方案相比，$c_S=1$，在其中，我们实现了共振声速与各种值的$ξ$。在这些情况下，其示出了加扰时间将随着非零$ξ$而滞后。此外，我们的方法揭示了一种新的方式来区分各种宇宙学模型。
2022-01-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological perturbations in mimetic Horndeski gravity
本文研究了Horndeski引力场中平坦FLRW背景下的线性标量扰动。在没有物质的情况下，我们证明了牛顿势满足一个没有空间导数的二阶微分方程。这意味着在这种背景下，标量扰动的声速正好为零。我们还表明，在模仿$G^3$理论的声速同样为零。我们得到了随动曲率扰动的运动方程（一阶微分方程），并求解了它，发现在拟Horndeski引力中随动曲率扰动在所有尺度上都是常数。我们发现解决方案的牛顿势演化方程在两个简单的模型。最后，我们表明，声速为零的所有背景下，因此该系统没有任何波动的标量自由度。
2016-07-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological perturbations in coherent oscillating scalar field models
快速振荡的均匀标量场平均表现为理想流体，并且它们的内禀各向同性使得这些模型在宇宙学中非常富有成果。在这项工作中，我们将分析这些理论假设一般幂律电位$V(ϕ)=λ\vertϕ\vert^{n}/n$的扰动动力学。在波数展开的首阶，以$ω$为有效状态方程，得到了扰动有效声速的简单表达式$c_{\text{eff}}^2 = ω=(n-2)/(n+2)$。当扰动波数$k$远小于背景振荡频率$ω_{\text{eff}}$时，我们还得到了$k^2/ω_{\text{eff}}^2$的一阶修正.对于标准的大质量的情况下，我们也分析了一般的非谐贡献的有效声速。这些结果是通过一个扰动版本的广义维里定理，也研究了精确的系统都在超哈勃极限，推导出自然analogue为$δϕ$，并为子哈勃模式，利用Floquet定理。
2016-03-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Variable sound speed in interacting dark energy models
我们考虑一个自洽的和物理的方法来相互作用的暗能量模型描述的拉格朗日，并确定一类新的模型与可变的暗能量声速。我们表明，如果暗能量之间的相互作用的精髓和冷暗物质的形式是纯粹的动量交换，这通常会导致一个暗能量声速偏离单位。选取一个具体的子事例，通过研究这种相互作用对宇宙微波背景和线性物质功率谱的影响，研究了它的唯象。我们还使用CMB数据进行了宇宙学参数的全局拟合，并将我们的研究结果与$Λ$ CDM进行了比较。
2018-04-05 astro-ph.CO
Perfect fluid Lagrangian and its cosmological implications in theories of gravity with nonminimally coupled matter fields
在本文中，我们表明，壳拉格朗日的完美流体取决于流体的微观性质，给出了具体的例子，完美流体不同的壳拉格朗日，但具有相同的能量动量张量。我们证明了，如果流体是由固定的静止质量和结构（孤子）的能量的局部浓度，然后给出了一个完美的流体的平均壳拉格朗日${\mathcal L}_m=T$，其中$T$是能量动量张量的轨迹。我们表明，我们的研究结果有深远的影响，引力理论的物质拉格朗日出现明确的引力和物质场的运动方程，可能导致可观察到的偏差，从一个近乎完美的宇宙微波背景黑体光谱：$n$型光谱失真，影响归一化的光谱能量密度。最后，我们使用COBE-FIRAS测量的宇宙微波背景的光谱辐射率的重力$f(R,{\mathcal L}_m)$理论提出了严格的限制。
2018-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the phantom barrier crossing and the bounds on the speed of sound in non-minimal derivative coupling theories
在本文中，我们研究了所谓的“幻影障碍交叉”的问题，在标量张量理论的基础上与爱因斯坦张量的非最小导数耦合的宇宙学模型。将特别注意声速平方的物理界限。数值结果的几何说明的定性分析程序的基础上的映射的轨道在相平面上的表面，表示在扩展的相空间中的物理量，即：补充与一个额外的维度相对于给定的物理参数的相平面。我们发现，在非最小导数耦合理论的基础上的宇宙学模型-这包括的精粹和纯导数耦合的情况下-有严重的因果关系问题与超光速传播的标量和张量扰动。更令人不安的是，尽管基本理论没有奥斯特罗格拉茨基不稳定性，但相应的宇宙学模型却受到与负平方声速相关的拉普拉斯（经典）不稳定性的困扰。这种不稳定性导致扰动的能量密度的不可控增长，其与它们的波长成反比。我们表明，独立的自相互作用势，正耦合的张量扰动超光传播，而负耦合的拉普拉斯不稳定性出现。后一种不稳定性使模型描述原始暴胀的可能性失效。
2018-02-15 astro-ph.CO gr-qc
Transient dark energy, cosmological constant boundary crossing and dark energy $w(z)$ data fits
阐述了将声速模型化为状态方程参数函数的暗能量的形式化。介绍了一个能详细研究宇宙学常数边界穿越的具体模型，并给出了模型动力学的解析解。它表明如何在特定的参数制度暗能量可以是一个瞬态现象。它进一步展示了如何重现的暗能量$w(z)$的观测数据最近适合的模型的具体功能。
2018-07-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The sound of dynamical dark energy and modified gravity
University of Arizona（亚利桑那大学）；CBPF - Brazilian Center for Research in Physics（巴西物理研究中心）；Stony Brook University（石溪大学）
通过有效声速作为自由参数，研究动力学暗能量与修正引力在扰动行为上的关联，并利用多种宇宙学观测数据约束模型，发现修正引力场景中暗能量动力学偏好与红移z<2时偏离广义相对论相关，而加入弱引力透镜数据后约束向广义相对论偏移。
2026-05-29 astro-ph.CO
Stochastic analysis of finite-temperature effects on cosmological parameters by artificial neural networks
Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学）；University of Alcala（阿尔卡拉大学）；Scuola Normale Superiore（意大利高等师范学院）；I.N.F.N（意大利国家核物理研究所）；Philander Smith University（菲兰德史密斯大学）
本文利用人工神经网络研究有限温度量子引力效应对宇宙学参数的影响，发现引入新的密度参数可提高模型准确性。
2026-10-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Low-redshift measurement of the sound horizon through gravitational time-delays
物质声音视界可以从标准模型中的宇宙微波背景中推断出来。对声水平线的独立直接测量是对标准模型可能偏差的探测。我们的目标是从完全独立于CMB推论的低红移指示器测量声视界$r_s$。我们用重子声学振荡（BAO）的测量产物$H(z)r_s$和超新星~ \textsc{I} a来约束$H(z)/H_{0}$和H 0 LiCOW合作组分析的时间延迟透镜来锚定宇宙学距离（$\propto H_{0}^{-1}$）。此外，我们还研究了添加一个具有标准化UV-X射线光度距离的红移较高的类星体样本的影响。我们采用了$H(z)$或共动距离的多项式展开，因此我们的推论完全独立于膨胀历史可能基于的任何宇宙学模型。我们的测量是独立的造父变星和系统学的特殊运动{在100级精度。}在不同的模型中，推断出的声音地平线$r_s$在$(133 \pm 8)$ ~Mpc和$(138 \pm 5)$ ~Mpc之间变化。与CMB测量的差异是强大的对模型的选择。统计上的不确定性与分类学上的不确定性是相似的。时间延迟透镜、超新星和BAO的组合产生了一个独立于宇宙学（和造父变星校准）的距离阶梯，以及一个独立于CMB的$r_s $测量。这些宇宙学测量结果是对标准模型的一个竞争性检验，而不管宇宙学所基于的假设是什么。
2020-02-19 astro-ph.CO
Baryon Acoustic Oscillations in tomographic Angular Density and Redshift Fluctuations
Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）；Instituto de Astrofı́sica de Canarias (IAC)（加那利天体物理研究所）；Universidad de La Laguna（拉帕鲁纳大学）
本文研究了在二维角和红移空间中宇宙声学振荡的特性，并通过联合探测分析提高了宇宙学参数的约束精度。
2025-12-19 astro-ph.CO
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
Note on the thermodynamics and the speed of sound of a scalar field
研究了理想流体与标量场的对应关系，给出了用标量场φ及其动力学项X表示熵、粒子数密度、温度和化学势等热力学量的一种可能方法.我们证明了一个定理，涉及纯动力学拉格朗日等熵。作为应用，我们研究了宇宙学扰动理论中引力势的演化。
2014-02-12 astro-ph.CO gr-qc
