The BACCO Simulation Project: Exploiting the full power of large-scale structure for cosmology

宇宙学与引力透镜

Cosmology with Gravitational Lensing

在这些讲座中，我给出了引力透镜的概述，集中在理论方面，包括一些重要结果的推导。所涵盖的主题包括干预透镜的表面质量密度的测定，以及一般不均匀性（宇宙剪切）的星系图像失真的统计分析，无论是在天空中的二维投影，并在三维源距离信息可用。三维质量重建和剪切比测试也被认为是，和观测量的灵敏度暗能量被用来显示如何使用弱透镜可以确定其状态方程。最后，文章考虑了用弱透镜检验爱因斯坦的广义相对论的前景，利用不同模型中微扰增长率的差异。\abstract {在这些讲座中，我给出了引力透镜的概述，集中在理论方面，包括一些重要结果的推导。所涵盖的主题包括干预透镜的表面质量密度的测定，以及一般不均匀性（宇宙剪切）的星系图像失真的统计分析，无论是在天空中的二维投影，并在三维源距离信息可用。三维质量重建和剪切比测试也被认为是，和观测量的灵敏度暗能量被用来显示如何使用弱透镜可以确定其状态方程。最后，文章认为，爱因斯坦的广义相对论与弱透镜测试的前景，利用不同模型中的扰动增长率的差异。

使用深度学习和SKA从21 cm断层扫描中约束天体物理学和宇宙学

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。

利用交叉相关性和联合分析

Exploiting Cross Correlations and Joint Analyses

在这份报告中，我们提出了各种各样的方式，在这些方式中，来自多个暗能量探测器的信息可以结合起来，以获得额外的信息，当它们被单独考虑时，无法访问。从根本上说，因为所有主要的探测器都受到所研究区域物质分布的影响，它们之间存在协方差，可以提供宇宙学信息。结合多个探测器可以更准确（更少地受到系统学的污染）和更精确（因为存在编码在互相关统计中的宇宙学信息）的暗能量测量。互相关方法的潜力才刚刚开始实现。通过引入来自其他波长的信息，可以增强现有暗能量探测器的能力，并进一步减轻系统效应。我们提出了一个混合的工作进展和建议，为未来的科学努力。考虑到未来暗能量实验的范围，只有多个项目团队之间进行更多的协调与合作才能实现最大的收益;我们建议这种交流应该尽早开始，而不是晚些时候，以最大限度地提高科学收益。

背景前的宇宙学：研究CMB波长的结构生长

Cosmology in front of the background: studying the growth of structure at CMB wavelengths

加拿大在宇宙微波背景研究、宇宙学和亚毫米天文学方面有着蓬勃发展的社区，参与了以前天文学长期计划中突出的许多设施。标准的宇宙学模型仍然是很好的拟合使用少量的参数。没有人期望这个模型是完整的，所以我们需要继续用数据来挑战它;此外，它没有解释星系和其他结构是如何形成的。那么，我们如何在这个模型中提高我们对结构形成的理解的精度呢？从微波到亚毫米波的研究对于回答这个问题将特别有成效。这是因为，除了CMB各向异性，还有其他信号可以从这些波长的大型地图中提取-特别是宇宙红外和亚毫米背景，热和动力学Sunyaev-Zeldovich效应以及CMB透镜。这些信号携带了大量关于宇宙学模型的信息，以及暗物质晕中尘埃、气体和恒星形成的演化方式。这些信号与来自无线电、光学和X射线勘测的信号之间的互相关将提供更多的信息。加拿大人已经是几个相关设施的小组成员，并正在努力参与其他设施。为了使加拿大充分参与利用来自这些宇宙学特征的详细信息，至关重要的是，我们必须找到资源，以竞争性方式参与目前正在计划的项目组合。例子包括CMB-S4、CCAT-prime、AtLAST、JCMT的新相机、气球项目，如Bemos和未来雄心勃勃的CMB卫星。

多场宇宙学中改进天体物理恢复的预测不确定性

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%。

Accurate precision Cosmology with redshift unknown gravitational wave sources

Gravitational waves can provide an accurate measurement of the luminosity distance to the source, but cannot provide the source redshift unless the degeneracy between mass and redshift can be broken. This makes it essential to infer the redshift of the source independently to measure the expansion history of the Universe. We show that by exploiting the clustering scale of the gravitational wave sources with galaxies of known redshift, we can infer the expansion history from redshift unknown gravitational wave sources. By using gravitational wave sources of unknown redshift that are detectable …

面向全局21厘米宇宙学中的端到端贝叶斯正演模型：代理建模与波束不确定性的边缘化

Towards end-to-end Bayesian forward models in global 21-cm cosmology: surrogate modelling and marginalisation of beam uncertainty

本研究针对全局21厘米宇宙学的波束不确定性问题，提出端到端贝叶斯框架，通过代理建模与分析边缘化减少模拟负担，实现稳健的不确定性量化。

超越两点统计：使用最小生成树作为宇宙学的工具

Beyond two-point statistics: using the minimum spanning tree as a tool for cosmology

大尺度结构的宇宙学研究依赖于两点统计，没有充分利用宇宙网的丰富结构。在本文中，我们将展示如何使用最小生成树（MST）来捕获一些宇宙网络信息，首次使用它来估计模拟中的宇宙学参数。暗物质的离散示踪剂，如星系，$N$ -体粒子或晕被用作节点，以构建一个独特的图形，MST，跟踪骨骼结构。我们研究的依赖关系的MST的宇宙学参数使用晕从一套COLA模拟与$250\ h^{-1}{\rm Mpc}$的盒子大小，不同的振幅的标量波动$\left(A_{\rm s}\right)$，物质密度$\left(Ω_{\rm m}\right)$，和中微子质量$\left(\sum m_ν\right)$。针对$0.125$和$0.5$ $h{\rm Mpc}^{-1}$之间的波数测量功率谱$P$和双谱$B$，同时将$\sim12.6$的相应下切$h^{-1}{\rm Mpc}$应用于MST。来自各个方法的约束相当相似，但当组合时，我们看到$Ω_{\rm m}$上的$\sim 17\%$（$\sim 12\%$）和$A_{\rm s}$上的$\sim 12\%$（$\sim 10\%$）相对于$P$（$P+B$）的改进的$1σ$约束，从而表明MST提供了额外的信息。MST可应用于当前和未来的3D光谱测量（BOSS、DESI、Euclid、PSF、WFIRST和4 MOST）和层析壳中的光度测量（DES和LS…

关灯的宇宙学：爱因斯坦望远镜时代的标准警报

Cosmology with the lights off: Standard sirens in the Einstein Telescope era

我们探索约束宇宙学的前景，利用引力波（GW）观测的中子星双星的建议爱因斯坦望远镜（ET），利用狭窄的中子星质量函数。双中子星（DNS）双星预计将成为先进LIGO“第一束光”后探测到的第一批源之一，预计在先进时代每年将以几十个的速度被探测到。然而，拟议中的ET每年可以编目数万人。将测得的源红移分布与GW网络距离测定相结合，不仅可以精确测量背景宇宙学参数，而且可以深入了解这些DNS系统的天体物理性质。特别感兴趣的将是探测DNS-二进制创建和随后的合并之间的延迟时间的分布，以及ET的探测范围内的恒星形成率密度的演变。在保持H_0、Ω_{m，0}和Ω_{Λ，0}不变的情况下，我们研究了暗能量状态方程参数恢复的精度，发现只要检测到10^5个DNS双星，我们就可以将这些参数限制到与未来CMB+BAO+SNIa测量的预测限制相似的精度。此外，建模合并延迟时间分布的幂律，和恒星形成率（SFR）密度的参数化版本的Porciani和Madau SF 2模型，我们发现，相关的天体物理参数被限制在10%以内。所有参数精密度均按1/sqrt（N）缩放，其中N是编目检测的数量。我们还研究了精度如何随着宇宙的内在基本属性和网络的距离（可能受到探测器低频截止的影响）而变化。

没有哈勃的哈勃：单独使用高级引力波探测器的宇宙学

Hubble without the Hubble: cosmology using advanced gravitational-wave detectors alone

我们研究了一种新的方法来测量哈勃常数使用引力波（GW）信号从紧凑的双星利用的狭窄的质量分布的基础中子星人口。利用探测器网络进行引力波观测，可以直接、独立地测量到源系统的距离。如果源的红移是已知的，这些螺旋双中子星双星系统可以作为标准的警报器来提取宇宙学信息。然而，在GW观测中，红移和系统啁啾质量是简并的。因此，大多数以前的工作都假设源红移是从电磁对应物中获得的。在本文中，我们探讨我们可以了解背景宇宙学和质量分布的中子星从一组中子星（NS）合并检测到这样的网络。我们使用贝叶斯形式主义分析的NS-NS螺旋检测目录。我们发现，它是可能的约束哈勃常数，H_0，和NS质量函数的参数，单独使用引力波数据，而不依赖于电磁同行。在合理的假设下，只要双NS质量分布的高斯半宽小于0.04太阳质量，我们将能够用~100个观测值确定H_0到+/-10%。期望精度与NS质量函数的内禀宽度呈线性关系，但在缺省参数值附近对H_0的依赖性很弱。最后，我们考虑会发生什么，如果我们的数据目录的一部分，我们有一个电磁测量红移。对这些致密天体合并的探测和编目，将使天文学得以精确，并提供一个独立于局部距离尺度的H_0的测定。

将谱哨 cosmology 推向第三代时代：一项盲数据挑战

Pushing spectral siren cosmology into the third-generation era: a blinded mock data challenge

本文通过盲数据挑战测试了三个引力波谱哨管道，展示了其在第三代引力波探测器时代测量宇宙学参数的能力。

基于集合神经网络架构的星团宇宙学模拟推断

Simulation-Based Inference for Cluster Cosmology with Set-Based Neural Network Architectures

提出一种基于集合神经网络的模拟推断框架，用于从eROSITA巡天星团目录估计宇宙学参数，在模拟数据上恢复输入宇宙学，对Ω_m和σ_8的约束精度分别为11.5%和4.4%。

弱引力透镜宇宙学的基于模拟的推断基准

Simulation-Based Inference Benchmark for Weak Lensing Cosmology

本文针对弱引力透镜宇宙学，利用 sbi_lens 可微前向模型对显式与隐式全场推断进行基准测试，比较所需模拟数量并分析梯度对隐式推断的作用，发现两者约束一致且梯度对隐式方法帮助有限。

利用 linear point 标准尺对未来星系巡天的宇宙学预测：迈向远离基准宇宙学的一致 BAO 分析

Cosmological forecasts for future galaxy surveys with the linear point standard ruler: Toward consistent BAO analyses far from a fiducial cosmology

本文预测未来光谱星系巡天用 LP 标准尺测距离的精度，强调其可实现不依赖模型的纯几何 BAO 分析，并主张跨全参数空间验证各类 BAO 方法。

KiDS-DR3中的AMICO星系团：来自极值统计对ΛCDM的约束

AMICO galaxy clusters in KiDS-DR3: constraints on $Λ$CDM from extreme value statistics

本文利用AMICO KiDS-DR3星系团目录的极值统计方法约束ΛCDM参数σ₈，得到σ₈=0.90_{-0.18}^{+0.20}，与Planck结果一致，并展望该方法在Euclid和LSST任务中的应用前景。

利用高分辨率NIKA2数据研究ACT-CL J0240.0+0116的星系团内介质与动力学状态

Exploiting the high-resolution NIKA2 data to study the intracluster medium and dynamical state of ACT-CL J0240.0+0116

利用NIKA2高分辨率SZ、X射线及光学数据，通过多波长合成图像和形态学指标，将ACT-CL J0240.0+0116归类为扰动星系团，并稳健估计其静水质量，展示了LPSZ在ICM高精度测绘中的能力。

基于二维亏格拓扑的宇宙学参数估计--测量物质功率谱的形状

Cosmological Parameter Estimation from the Two-Dimensional Genus Topology -- Measuring the Shape of the Matter Power Spectrum

我们提出了测量的SDSS-III BOSS目录的二维属约束宇宙学参数的形状的物质功率谱。在红移范围$0.2 < z < 0.6$上，将BOSS数据划分为12个同心壳层，并从投影的二维星系密度场中提取星系属。我们比较的属振幅的高斯期望值，利用这个数量是相对不敏感的非线性引力坍缩的事实。属振幅提供线性物质功率谱的形状的量度，并且主要对$Ω_{\rm c}h^{2}$和标量谱指数$n_{\rm s}$敏感。观察到$Ω_{\rm c}h^{2}$和$n_{\rm s}$之间的强负简并，因为两者都可以分别通过移动峰值和倾斜功率谱来增加小尺度功率。我们对特定的组合$n_{\rm s}^{3/2} Ω_{\rm c}h^{2}$设置了一个限制--我们在组合LOWZ和CMASS数据集后发现了$n_{\rm s}^{3/2} Ω_{\rm c}h^{2} = 0.1121 \pm 0.0043$，假设一个平坦的$Λ$ CDM宇宙学。这个结果实际上对功率谱振幅和线性星系偏差的合理变化不敏感。我们的结果与普朗克最佳拟合$n_{\rm s}^{3/2}Ω_{\rm c}h^{2} = 0.1139 \pm 0.0009$一致。

Cosmological forecast of the 21-cm power spectrum using the halo model of reionization

The 21-cm power spectrum of reionization is a promising probe for cosmology and fundamental physics. Exploiting this new observable, however, requires fast predictors capable of efficiently scanning the very large parameter space of cosmological and astrophysical uncertainties. In this paper, we introduce the halo model of reionization (HMreio), a new analytical tool that combines the halo model of the cosmic dawn with the excursion-set bubble model for reionization, assuming an empirical correction factor to deal with overlapping ionization bubbles. First, HMreio is validated against results …

利用大尺度结构巡天增强经前景清理的CMB地图的宇宙学约束

Enhancing Cosmological Constraints from Foreground-Cleaned CMB Maps Using Large-Scale Structure Surveys

本研究提出将星系数密度图作为ILC通道，结合CMB实验与大尺度结构巡天，可降低CMB地图的残留前景功率与方差，提升ΛCDM等宇宙学参数的约束精度，为相关实验的设计提供了预期增益依据。