Isocurvature Induced Gravitational Waves at Pulsar Timing Arrays
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文研究了四种等曲率扰动（CDM、物质、中微子和自由流暗辐射）引发的引力波谱，发现自由流暗辐射的引力波谱与CDM不同，且在大尺度上对等曲率扰动设定了严格约束。
2026-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Superhorizon Isocurvature as a Window into Dark Matter Production
PRISMA + Cluster of Excellence & Mainz Institute for Theoretical Physics, Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本文研究原初等曲率扰动下超视界曲率演化，提出暗辐射扇区可在无直接相互作用时产生暴胀子等曲率，并展示其能区分冻结入与冻结出暗物质产生机制。
2026-09-09 astro-ph.CO hep-ph
Dark Radiation Isocurvature from Cosmological Phase Transitions
本文研究暴胀期间开始、再加热后完成的非热一阶宇宙学相变，揭示其通过气泡成核在暗辐射中产生大尺度等曲率扰动，并基于CMB+BAO数据导出比绝热假设强得多的ΔNeff约束。
2024-02-20 astro-ph.CO hep-ph
Hot New Early Dark Energy bridging cosmic gaps: Supercooled phase transition reconciles (stepped) dark radiation solutions to the Hubble tension with BBN
本研究提出基于暗希格斯一阶相变的热新型早期暗能量模型，通过复合前两次相对论自由度增加缓解哈勃张力，且符合BBN限制，还预言了可观测的引力波等信号。
2024-04-10 astro-ph.CO hep-ph
Joint CMB and BBN Constraints on Light Dark Sectors with Dark Radiation
暗扇区为热产生亚GeV暗物质提供了一个令人信服的理论框架，并激发了一个广泛的新加速器和直接探测实验计划。我们证明了约束这样的黑暗部门使用测量的有效数的中微子物种，$N_\text{eff}$，从宇宙微波背景（CMB）和原始元素丰度从大爆炸核合成（BBN）。作为一个具体的例子，我们考虑一个任意自旋的暗物质粒子，它通过一个大质量的暗光子与标准模型相互作用，从而在暗区产生任意数量的光自由度。我们排除暗物质质量低于$\sim$ 4兆电子伏在95%的置信度为所有暗物质自旋和暗光子质量。这些界限保持不管额外的新的光，惰性自由度在黑暗的部门，和暗物质-电子散射截面许多数量级低于目前的实验限制。这些限制的强度只会随着未来的CMB实验而继续改善。
2022-08-18 astro-ph.CO hep-ph
Hubble tension in lepton asymmetric cosmology with an extra radiation
本文研究了在$Λ$ CDM参数之外，再增加两个自由参数$N_\mathrm{eff}$和$ξ_e$的宇宙学模型的拟合问题.我们在中微子简并度大的中微子的能量密度基础上，引入了热轴子或无菌中微子等额外的辐射成分。然后，在不破坏大爆炸核合成（BBN）的情况下，允许更大的$N_\mathrm{eff}$，因为正中微子简并度$ξ_e$可以改善BBN拟合。通过对Planck、重子声学振荡（BAO）、BBN和Ia型超新星（SNeIa）观测数据的分析，可以看出$ξ_{e}\simeq 0.04$和$0.3 \lesssim ΔN_\mathrm{eff} \lesssim 0.6$的哈勃张力可以得到改善。
2021-04-09 astro-ph.CO hep-ph
New observational limits on dark radiation in brane-world cosmology
在最简单的五维RS-II膜世界宇宙学中，暗辐射项是对能量动量张量的修正。在本文中，我们重新审视暗辐射的基础上的最新结果轻元素核反应率，观测到的轻元素丰度和功率谱的宇宙微波背景（CMB）。在大爆炸核合成过程中加入暗辐射改变了弗里德曼膨胀率，导致核反应在不同的温度下冻结。这改变了BBN末端的最终轻元素丰度。它对CMB的影响是改变末次散射表面的有效膨胀率。我们发现，我们所采用的BBN约束减少了暗辐射的允许范围之间的$-12.1\%$和$+6.2\%$的环境背景能量密度。将该结果与CMB功率谱的拟合相结合，范围减小到$-6.0\%$到$+6.2\%$。因此，我们发现，暗辐射的背景总相对论质量能量密度$ρ_{\rm DR}/ρ$的比例是一致的，虽然在BBN分析可能有轻微的偏好为负的贡献。然而，BBN约束强烈依赖于所采用的原始氦丰度。
2017-01-01 astro-ph.CO hep-ph
WIMP isocurvature perturbation and small scale structure
暗物质的绝热扰动在动力学退耦过程中由于与相对论分量在亚视界尺度上的碰撞而衰减。然而，等曲率部分没有阻尼，并且可以足够大以对小尺度结构的形成做出实质性贡献。我们明确地研究了弱相互作用的大质量粒子作为暗物质与辐射支配之前的早期物质占主导地位的时期，并表明，等曲率扰动产生的相变和留下印记的可观察到的签名小尺度结构。
2015-10-30 astro-ph.CO hep-ph
Primordial lepton asymmetries in the precision cosmology era: Current status and future sensitivities from BBN and the CMB
使用一个新的极端贫金属系统的样本，EMPRESS调查最近报告了一个原始的氦丰度是$3σ$小于从标准的大爆炸核合成（BBN）方案的预测。这个测量可以解释为电子中微子味中原始轻子不对称性的暗示。EMPRESS结果的启发，我们提出了一个全面的分析轻子不对称性的测量原始元素的丰度，随着宇宙微波背景（CMB）数据从普朗克。假设我们的宇宙中没有暗辐射，我们发现电子中微子化学势$ξ_{ν_e} = 0.043 \pm 0.015$，它偏离零$2.9σ$。如果不假设宇宙中暗辐射的丰度，化学势为$ξ_{ν_e} = 0.046 \pm 0.021$，它与零的偏差为$2.2σ$。我们还发现，这一结果是相当不敏感的核反应速率的选择。如果氦的真实丰度与EMPRESS中心值相对应，那么西蒙斯天文台和CMB-S4未来的CMB观测将分别增加非零轻子不对称性对$4σ$和$5σ$的重要性（假设没有暗辐射），或对$3σ$的重要性（假设没有暗辐射的丰度）。
2023-02-23 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on the Injection of Radiation in the Early Universe
University of Utah（犹他大学）；University of Hawai’i（夏威夷大学）
研究早期宇宙中辐射注入对有效中微子数和质子-熵比的影响，发现电磁辐射注入可能限制额外辐射不超过25%。
2026-04-07 astro-ph.CO hep-ph
The BAO+BBN take on the Hubble tension
许多试图用扩展的宇宙学模型来解决哈勃张力的尝试，都是在背景宇宙学的水平上，将增强的遗迹辐射密度与影响宇宙学扰动演化的新物理成分结合起来。几位作者指出，结合重子声学振荡（BAO）和大爆炸核合成（BBN）的数据，可以独立于CMB图和超新星数据来探测背景宇宙学历史。使用国家的最先进的假设BBN，我们确认，结合BAO，氘，氦数据与SH0ES测量下的$Λ$ CDM假设在3.2 $σ$水平的紧张局势，而在与CMB值密切一致。我们随后表明，浮动的辐射密度参数$N_\mathrm{eff}$只减少了张力下降到2.6 $σ$的水平。这一结论完全独立于任何CMB数据，表明高$N_\mathrm{eff}$解释额外的遗迹（自由流或自相互作用）并不能为危机提供明显的解决方案，甚至在背景宇宙学的水平上也不能。为了规避这种强约束，（i）额外的辐射必须在BBN之后产生，以避免氦约束，以及（ii）必须在扰动水平上调用额外的成分，以使这种额外的辐射与CMB和LSS数据相一致。
2019-08-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
General Constraints on Isocurvature from the CMB and Ly-$α$ Forest
本文针对新物理场景中等曲率功率谱偏离简单幂律形式的问题，考虑四种等曲率模式并采用delta函数和分段幂律进行参数化，利用CMB、BAO、Lyman-$α$森林等数据在广泛尺度上对等曲率功率谱施加了通用约束。
2025-04-01 astro-ph.CO hep-ph
BBN constraints on MeV-scale dark sectors. Part I. Sterile decays
我们研究了大爆炸核合成对暗区惰性粒子的约束，这有助于哈勃速率，从而改变了原始核丰度的预测。我们特别注意的情况下，兆电子伏尺度的粒子衰变成暗辐射，这既不是完全相对论性的，也不是非相对论性在所有的温度相关的大爆炸核合成。作为一个应用程序，我们讨论了我们的一般结果的影响，自相互作用的暗物质与光介质的模型。
2018-02-26 astro-ph.CO hep-ph
Phasing out Dark Matter Isocurvature with Thermal Misalignment
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Harvard University（哈佛大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Texas A&M University（德州农工大学）
本文提出热偏移机制作为暗物质宇宙学生产的替代方案，通过粒子热浴中的弱耦合生成有限温度势能，使标量场在辐射时期早期趋向大场值，动态诱导偏移并抑制等离子体扰动。
2026-03-18 astro-ph.CO hep-ph
Probing Primordial Black Hole Formation from Domain Wall Isocurvature Perturbations: Constraints and Implications
Huzhou University（湖州大学）；Zhejiang Key Laboratory for Industrial Solid Waste Thermal Hydrolysis Technology（浙江省工业固体废物热解技术智能装备重点实验室）；National Taiwan University（台湾大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；Henan Normal University（河南师范大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究通过域墙扰动机制探讨原始黑洞形成，发现Z2对称性模型因原始黑洞过量而被排除，且ZN对称性模型受严格约束。
2025-12-07 astro-ph.CO hep-ph
Limits on Brane-World and Particle Dark Radiation from Big Bang Nucleosynthesis and the CMB
暗辐射这个术语既用来描述没有相互作用的中微子，也用来修正最简单的五维RS-II膜世界宇宙学中的弗里德曼方程。本文根据轻元素核反应率、观测到的轻元素丰度和宇宙微波背景（CMB）功率谱的最新结果，考虑了暗辐射两种含义的限制。在大爆炸核合成（BBN）过程中加入暗辐射改变了弗里德曼膨胀率，导致核反应在不同的温度下冻结。这改变了BBN末端的最终轻元素丰度。它对CMB的影响是改变末次散射表面的有效膨胀率。我们发现，BBN约束减少了允许的范围为两种类型的暗辐射在10兆电子伏之间的$-12.1\%$和$+6.2\%$的{ \bf总}背景能量密度在10兆电子伏。将这个结果与CMB功率谱的拟合相结合，产生了粒子与膜世界暗辐射的不同结果。在膜世界中，范围从$-6.0\%$减小到$+6.2\%$。因此，我们发现，暗辐射的背景总相对论质量能量密度$ρ_{\rm DR}/ρ$的比例是一致的，虽然仍然有一个非常轻微的偏好为正（而不是负）的贡献。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
New Isocurvature Constraints from JWST UV Luminosity Function
Indiana University（印第安纳大学）
利用大尺度和小尺度宇宙探测数据，结合JWST紫外光度函数，研究无相关原初等曲率扰动，得出首次基于紫外光度函数的无模型依赖等曲率扰动约束。
2026-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Neutrinos And Big Bang Nucleosynthesis
根据粒子物理学和宇宙学的标准模型，当前宇宙中应该存在类似于宇宙微波光子背景的宇宙中微子背景。弱相互作用的弱点使得中微子背景无法用现有技术检测到。然而，宇宙中微子背景可以通过它对大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景（CMB）辐射的宇宙学效应间接探测。在这篇BBN评论中，重点关注中微子，更一般地说是暗辐射，对“等效中微子”（暗辐射）的数量，重子不对称性（重子密度）和可能的轻子不对称性（中微子简并度）的BBN约束进行了审查和更新。BBN对暗辐射和重子密度的限制来自于对氘和氦-4的原始丰度的考虑，与CMB的互补结果非常一致，提供了一个暗示性的，但目前还没有定论的暗辐射存在的暗示，它们限制了任何轻子的不对称性。对于这里考虑的所有情况，都存在一个“锂问题”：BBN预测的锂丰度超过观测推断的原始值约3倍。
2012-07-31 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
A Rich Tapestry: Supersymmetric Axions, Dark Radiation, and Inflationary Reheating
我们利用超对称性、暴胀、轴子、大爆炸核合成（BBN）和宇宙微波背景辐射（CMB）之间的互补性，结合最近的Planck和BICEP结果来约束超对称轴子模型.特别是，我们得到BBN边界来自改变轻元素丰度考虑到强子和电磁能量注入，和CMB约束黑体光谱失真。最后，我们概述了这些超对称模型的可行与排除的区域，可能占观察到的温和的暗辐射。
2014-11-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Radiation from Inflationary Fluctuations
轻的新矢量玻色子可以通过暴胀过程中的量子涨落在引力作用下产生;如果这些粒子是弱耦合的，并且在宇宙学上是亚稳态的，它们就可以解释观测到的暗物质丰度。然而，在标准模型的最小无异常$U(1)$扩展中，如果至少有一个中微子质量本征态足够轻，这些矢量一般会衰变为中微子。如果这些衰变发生在中微子退耦和CMB冻结之间，那么所产生的辐射能量密度可以在可以改善哈勃张力的水平上对$ΔN_{\rm eff}$做出贡献，并且可以在未来的CMB和遗迹中微子探测实验中发现。由于额外的中微子是由BBN后的矢量衰变产生的，因此这种情况预测在复合时会产生$ΔN_{\rm eff} > 0$，但在BBN期间会产生$ΔN_{\rm eff} = 0$。此外，由于偶然的抵消，对$ΔN_{\rm eff}$的贡献近似与质量无关。
2021-06-07 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation and dark matter in supersymmetric axion models with high reheating temperature
最近对宇宙微波背景、大尺度结构和大爆炸核合成（BBN）的研究显示出额外辐射的趋势。在超对称强子轴子模型的框架内，我们探讨了两个高再加热温度的情况下，可以解释一致的额外辐射和冷暗物质（CDM），后者驻留在引力子或轴子。在引力子CDM的情况下，来自热介子衰变的轴子在BBN之前已经提供了额外的辐射，而具有宇宙学所需的TeV尺度质量的轴子衰变可以产生额外的熵。在轴子CDM的情况下，宇宙学的约束是尊重轻eV尺度axino和弱尺度引力子衰变成轴子和axino。这些衰变导致后期额外的辐射，可以与早期的贡献共存。最近普朗克卫星探测到的结果是在晚些时候的额外辐射，因此这两种情况都有。进一步的测试是在ADMX上寻找轴子，在LHC上寻找超对称粒子。
2013-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Planck isocurvature constraint on primordial black holes lighter than a kiloton
School of Physics, Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院物理学院）；Department of Science Education, Ewha Womans University（梨花女子大学科学教育系）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；Department of Astronomy and Astrophysics and Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学天文学与天体物理学系及引力与宇宙研究所）；Cosmology, Gravity and Astroparticle Physics Group, Center for Theoretical Physics of the Universe, Institute for Basic Science（基础科学研究院宇宙理论物理中心宇宙学、引力和高能粒子物理组）；Department of Science Education, Gwangju National University of Education（光州国立教育大学科学教育系）；Department of Physics Education & Research Institute of Natural Science, Gyeongsang National University（庆尚国立大学物理教育系及自然科学研究所）
该研究利用普朗克卫星的宇宙微波背景各向异性数据，推导了轻于10^9克的原初黑洞丰度的新上限，这类黑洞蒸发于原初核合成前，可引发显著等曲率扰动。
2026-08-10 astro-ph.CO hep-ph
A New Window into Gravitationally Produced Scalar Dark Matter
本文研究了标量暗物质场与引力间的非最小耦合场景，通过施加CMB、遗迹丰度等约束，发现非最小耦合扩展了参数空间，将暗物质质量下限降至$2 \ imes 10^{-4} \, \ m{eV}$。
2024-02-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Constraints on Pre-Inflationary Axion Dark Matter Isocurvature
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics（哈佛-史密森天体物理中心）；Brown University（布朗大学）；CERN（欧洲核子研究组织）；Nanjing Normal University（南京师范大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
利用Planck、ACT和SPT的最新CMB数据，更新了对暴胀前轴子模型中具有不同谱指数的冷暗物质等曲率扰动的约束，发现联合数据集对谱指数的约束略有改善，但对固定谱指数的等曲率振幅约束未加强。
2026-06-12 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Constraints on Secluded Dark Radiation
本研究针对四类隐匿暗辐射开展全面宇宙学分析，结合多类数据集推导约束，揭示了暗辐射与中微子、哈勃常数等参数的简并关系，为相关宇宙学问题提供了新的观测视角。
2025-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on moduli cosmology from the production of dark matter and baryon isocurvature fluctuations
我们设定的约束模量宇宙学的生产暗物质-辐射和重子-辐射等曲率波动通过模量衰减，假设在膨胀过程中的模量保持轻。我们发现，当参数空间m_σ（modulus mass）- σ_{inf}（modulus vev at the end of inflation）中的一个重要部分受到未观测到的显著等曲率波动的约束时，模问题在微扰水平上变得更糟。我们详细讨论的演变的模量VEV和扰动，特别是哈勃尺度修正的模量潜力和随机运动的膨胀过程中的模量的后果。特别地，我们证明了一个高模质量标度m_σ> 100 TeV，它允许模逃避大爆炸核合成的约束，在微扰水平上受到强烈的约束.我们发现，一般来说，解决模量问题需要的暴胀规模远远小于10^{13} GeV。
2009-04-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining SUSY with Heavy Scalars -- using the CMB
如果低能超对称性存在，大型强子对撞机的数据有利于标量超伴体的高质量标度（超过TeV），而sfermions和暗物质可以参数化更轻-导致所谓的分裂光谱。当结合这一事实与超对称破缺之前的位移对称标量（模量）的基本理论的动机，这导致了早期宇宙的非热历史。这样的历史意味着对暗物质微观性质的不同预期，以及暗辐射和宇宙轴子背景的可能性。在本文中，我们将研究如何相关和混合等曲率扰动产生这样的模型，以及连接到暗辐射。多个相关的isocurvature模式的WMAP的约束允许多达一半的原始扰动isocurvature，相反的情况下，一个单一的isocurvature模式的扰动必须是主要绝热。然而，这样的界限是强烈的先验依赖，并没有调查与最新的普朗克数据。在本文中，我们使用的超对称非热历史的例子来建立宇宙学参数的理论先验。特别感兴趣的是，我们发现暗辐射的先验与等曲率总量的先验是退化的--它们是负相关的。暗辐射在早期宇宙中受到严格的限制，最近被用来对基于弦的方法施加严格的限制，以超越标准模型。我们的研究结果表明，这样的约束可能需要更多的理论输入。来自宇宙学探测器（如普朗克）的数据可以帮助指导MSSM、分裂超对称性模型及其他模型的建模。我们的模型也证明了UV模型在构建宇宙学先验中的实用性。（节略）
2014-06-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Refined Study of Isocurvature Fluctuations in the Curvaton Scenario
我们重新审视的曲率模型中的暗物质等曲率扰动的产生更详细，无论是分析和数值。作为具体的例子，我们调查的情况下，热解耦的暗物质和轴子暗物质。我们表明，曲率的衰减所产生的辐射，这还没有考虑到在以前的分析研究，可以显着影响等曲率扰动的幅度。特别是，我们发现，即使暗物质冻结（或轴子暗物质的轴子振荡的开始）发生在曲率衰变之前，它们也会受到极大的抑制，前提是冻结发生在曲率主导的宇宙深处。因此，我们表明，目前的观测等曲率曲率的曲率参数的限制是不严重的，通常认为。
2017-07-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Isocurvature fluctuations in the effective Newton's constant
我们提出了一个新的isocurvature模式存在于标量张量理论的重力，对应于一个经常增长的解决方案，其中的相对论自由度的能量和标量场，调节重力强度补偿在辐射主导的时代尺度远大于哈勃半径。在最简单的标量-张量理论（即扩展的Jordan-Brans-Dicke引力理论）中，我们研究了这种等曲率模及其对宇宙微波背景各向异性的影响，其中标量场也驱动着宇宙的加速.我们使用普朗克数据来约束的情况下，固定相关的绝热模式，这种模式的振幅，我们展示了如何在一个简单的两个领域的通货膨胀模型可以产生这种模式。
2020-06-03 astro-ph.CO
Multifield Inflation after Planck: Isocurvature Modes from Nonminimal Couplings
最近由{ \it Planck}实验对宇宙微波背景辐射（CMB）中温度各向异性功率谱的测量表明，与最佳拟合的$Λ$ CDM宇宙学的预测相比，低多极子中的功率不足。低$\ell$异常可以用除了通常的绝热谱之外的原始等曲率扰动的存在来解释，因此可以提供第一个强有力的证据，证明早期宇宙膨胀涉及一个以上的标量场。在本文中，我们探讨的生产等曲率扰动的非最小耦合两个领域的通货膨胀。我们发现，这类模型很容易产生足够的功率在等曲率模式占\emph{Planck}低$\ell$异常，同时也提供了良好的协议与其他{ \it普朗克}的结果。
2014-03-18 astro-ph.CO
Gravitational Wave Signatures of Primordial Black Hole Reheating in Upcoming Interferometry Missions
本文研究PBH再加热产生的随机引力波背景，结合SNR、Fisher预测与MCMC分析，评估LISA和ET对等曲率及绝热诱导信号的探测能力，并给出可约束的PBH质量范围与宇宙学参数。
2025-09-01 astro-ph.CO hep-ph
Probing Leptogenesis and Pre-BBN Universe with Gravitational Waves Spectral Shapes
在频率-振幅平面上，宇宙弦的引力波（GW）在高频率处表现出平坦的平台，这是由于标准辐射主导的后暴胀时期的弦环动力学。如果在大爆炸核合成（BBN）之前的原始黑暗时代表现出非标准的宇宙历史，那么在超过转折点频率$f_*$之后，光谱可能会显示出突然的上升或下降趋势。我们认为，这样的光谱中断后，随着GW振幅的上升，这是一个后暴胀状态方程（$ω>1/3$）比辐射（$ω=1/3$）更硬的结果，也可能是一个强烈的暗示，在中微子质量的跷跷板模型leptogenesis。通过规范$U(1)$对称破缺动力学产生右手中微子质量，导致宇宙弦网络的形成，并发射随机引力波。由$\partial_μR j^μ$形式的算子引起的轻子流的引力相互作用--它可以在跷跷板模型中通过RH中微子调解在两圈水平上产生，自然地寻求更刚性的状态方程来有效地产生与$1-3ω$成比例的重子不对称性。我们讨论了如何GWs与中微子少的双β衰变信号补充合理的强振幅可以探测到最近的辐射优势和最轻的RH中微子质量在中间尺度的开始。
2021-10-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Comprehensive Constraints on Dark Radiation Injection After BBN
本研究结合多类宇宙学观测数据，对BBN后隐区粒子衰变产生的暗辐射注入给出严格约束，发现其贡献不超过宇宙能量密度的3%，无法有效缓解哈勃张力。
2024-04-11 astro-ph.CO
On Inflationary Scale, Reheating Scale and Pre-BBN Cosmology with Scalar Fields
在本文中，我们讨论了再加热温度的约束条件，假设一个早期的再加热后的宇宙学相占主导地位的一个或多个简单的标量场产生的暴胀子衰变和解耦的物质和辐射。此外，我们还研究了再加热和非标准标量场相位对$e$ -折叠暴胀数的综合影响。
2018-12-18 astro-ph.CO
Solving the Hubble tension without spoiling Big Bang Nucleosynthesis
从宇宙微波背景观测中得到的哈勃参数始终低于从局域测量中得到的哈勃参数，这可能预示着新的物理学。哈勃张力的解决方案通常需要相当数量的额外辐射$ΔN^{}_{\rm eff}$在重组。然而，早期宇宙中$ΔN^{}_{\rm eff}$的数量必然受到大爆炸核合成（BBN）的限制，这给这些解决方案带来了问题。我们提出了一种可能性，通过引入中微子自相互作用，通过一个简单的Majoron耦合，以逃避这个问题。标量比$1~{\rm MeV}$稍重，并允许在整个BBN时代完全热化。由于通过$ϕ\to ν\overlineν$反应的熵转移引起的中微子温度的升高补偿了大的$ΔN^{}_{\rm eff}$对BBN的影响。在这种情况下，与$0.7$一样大的$ΔN^{}_{\rm eff}$的值与BBN兼容。我们对模型的参数空间进行拟合。
2021-02-08 astro-ph.CO hep-ph
Isocurvature modes and Baryon Acoustic Oscillations
通过星系巡天测量重子声振荡是一种强有力的抑制暗能量的工具。该方法依赖于由宇宙微波背景各向异性测量得到的辐射阻力下声视界大小的知识。在本文中，我们量化的非标准的初始条件的形式的等曲率分量的暗能量参数的测定从未来的BAO调查的影响。特别是，如果有一个等曲率分量（在目前的数据仍然允许的水平），但它被忽略在CMB分析，声音视界和宇宙学参数的确定是有偏见的，因此，未来的调查可能会错误地建议偏离宇宙学常数。为了恢复一个公正的确定的声音地平线和暗能量参数，等曲率扰动的一个组成部分，必须包括在模型中分析CMB数据时。幸运的是，这样做不会显著增加参数错误。
2010-06-18 astro-ph.CO
Constraining the cosmic radiation density due to lepton number with Big Bang Nucleosynthesis
宇宙能量密度在大爆炸核合成（BBN）之前和期间以辐射形式存在，通常用中微子的有效数量N_eff来参数化。在没有额外自由度的情况下，这个量取决于表征三种活性中微子分布的化学势和温度，以及它们可能的非热特征。在目前的分析中，我们确定的上限，BBN的地方N_eff从原始中微子-反中微子不对称性，与一个仔细的治疗的中微子振荡的动力学。我们考虑了中微子扇区中轻子总数eta_nu= eta_{nu_e} + eta_{nu_mu} + eta_{nu_tau}和初始电子中微子的不对称性eta_{nu_e} ^^中相当宽的范围，求解了相应的动力学方程，这些方程决定了由于碰撞、对过程和味振荡引起的中微子（反中微子）在相空间中的分布动力学.利用中微子分布随时间的演化，以及最新的原初~ 2 H/H密度比和~ 4 He质量分数的测定，得到了中微子扇区轻子总数和BBN起始时nu_e -bar{nu}_e不对称性的新的界.注意，取WMAP测量的重子分数，2 H/H丰度在限制eta_nu - eta_{nu_e} ^在平面上的允许区域中起着相关的作用。这些界限确定了具有原始不对称性的中微子对N_eff的最大贡献作为混合参数θ_13的函数，并指出上限N_eff < 3.4。将这些结果与普朗克卫星即将进行的N_eff测量结果进行比较，可能会提供关于宇宙辐射含量性质的见解。
2011-03-21 astro-ph.CO hep-ph
On Dark Energy Isocurvature Perturbation
通过天文观测确定暗能量的状态方程对于理解暗能量的本质至关重要。在对数据进行似然分析时，特别是对宇宙微波背景和大尺度结构数据进行似然分析时，必须考虑到暗能量扰动，以保证理论的一致性和数值的准确性。通常，在全局拟合分析中假设暗能量扰动是绝热的。本文从解析的角度研究了暗能量等曲率微扰，并讨论了它对宇宙微波背景辐射和大尺度结构的影响。在一般初始条件下，利用现有的天文观测数据，采用马尔可夫链蒙特卡罗方法，对暗能量扰动的宇宙学参数进行了全局分析。结果表明，暗能量等曲率扰动的约束很弱，纯绝热初始条件与数据一致。
2011-07-20 astro-ph.CO
Non-thermal WIMPs as Dark Radiation
人们一直认为，只有轻的物质才能表现为辐射，并解释了普朗克望远镜、WMAP9望远镜、南极望远镜和ATACAMA望远镜最近观测到的暗辐射。在这项工作中，我们将表明，GeV尺度的WIMP可以解释暗辐射以及。如果重WIMP的一部分在热冻结后以非热方式产生，则它们可能会模拟半中微子物质的效应。此外，我们将展示如何BBN，CMB和结构形成的界限可能被规避。
2014-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Primordial black hole formation from massless scalar isocurvature
本文数值研究了辐射主导宇宙中无质量标量场在超哈勃尺度上的等曲率扰动下的原初黑洞形成。作为第一步，我们进行模拟的球对称配置。对于初始条件，我们采用了空间梯度展开，并提供了在这种展开中直到二阶都有效的生长模式解的一般形式。假设初始标量场分布是高斯分布，具有特征共动波数$k$ ; $\sim\exp(-k^2R^2)$，其中$R$是径向坐标。我们发现，PBH是形成一个足够大的振幅的标量场配置文件。然而，我们发现，引力坍缩的后期行为是由流体的动力学，而不是由标量场，这是类似的PBH形成的绝热扰动辐射占主导地位的宇宙。
2022-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark Matter Isocurvature from Curvature
本研究提出分离宇宙方法，计算由曲率扰动产生的暗物质等曲率扰动，识别三个关键时期并给出振幅标度，发现冻结退出模型可产生更大但观测允许的扰动。
2024-03-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Non-thermal WIMPs as "Dark Radiation" in Light of ATACAMA, SPT, WMAP9 and Planck
普朗克和WMAP 9卫星以及ATACAMA和南极望远镜最近提供了关于喜剧微波背景角功率谱的结果。数据初步表明，在早期宇宙中存在额外的辐射成分。在这里，我们表明，这个额外的组件可以模仿普通的WIMP暗物质粒子的大部分是冷的，但与一小部分是非热产生的相对论状态。我们提出了几个例子的理论，这种情况下，明确实现，并探讨相关的参数空间与BBN，CMB和结构形成界限一致。
2013-04-18 astro-ph.CO hep-ph
Big Bang For Your Helium Buck
University of Washington（华盛顿大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）
利用LBT对原始氦丰度的测量，我们展示了不依赖BBN的CMB宇宙学约束的稳健性，并应用于新物理场景，排除了多数模型，同时为中子寿命异常提供了独立检验。
2026-09-14 astro-ph.CO
The First Three Seconds: a Review of Possible Expansion Histories of the Early Universe
通常认为，宇宙的能量密度在膨胀后的再加热和54，000年后物质开始占主导地位之间由辐射主导。虽然轻元素的丰度表明宇宙在大爆炸核合成（BBN）期间以辐射为主，但很少有证据表明宇宙在BBN之前以辐射为主。因此，宇宙学的历史可能更加复杂，在最早的时期偏离了标准的辐射支配。事实上，最近已经提出了几个有趣的建议，涉及各种主题，如暗物质的产生，物质-反物质不对称，引力波，原始黑洞，或在非标准膨胀阶段的微晕。在本文中，我们回顾了各种可能的原因和后果的偏离辐射主导的早期宇宙-发生之前或之后的BBN -和对他们的约束，因为他们已经在文献中讨论了在最近几年。
2021-01-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Signatures of non-gaussianity in the isocurvature modes of primordial black hole dark matter
原始黑洞（PBH）是可能在早期宇宙的辐射主导时代很早就形成的黑洞。我们在这里提出了一种方法，通过这种方法，原始黑洞密度的大尺度扰动可以用来对非高斯性进行严格的约束，如果PBH占暗物质（DM）。局域型非高斯性的存在被认为对原始黑洞的丰度有显著的影响，并且来自所观察到的CMB尺度模式的模式耦合可以显著地改变在宇宙的不同区域内形成的PBH的数量密度，其表现为DM等曲率模式。使用最近的\emph{Planck}等曲率扰动的约束，我们表明，PBH被排除在DM候选人，即使是非常小的本地型非高斯，$|f_{NL}|\approx0.001$和显着的约束$g_{NL}$几乎一样强。如果DM由PBH组成，则甚至小的非高斯性也被排除。如果在CMB尺度上检测到局部非高斯性，那么对坍缩成PBH（质量足够大，尚未蒸发）的宇宙部分的约束将变得更加严格。
2015-05-05 astro-ph.CO
Right-Handed Neutrinos as the Dark Radiation: Status and Forecasts for the LHC
来自宇宙学（探测CMB退耦时期）和轻元素丰度（探测BBN时期）的精确数据暗示了额外相对论自由度的存在，即所谓的“暗辐射”。“我们提出了一个独立的模型研究，通过三个左手的标准模型中微子的右手伙伴来解释暗辐射。我们发现这些狄拉克态的毫弱相互作用（通过它们与TeV尺度的Z'规范玻色子的耦合）可以使ν_R在更高的温度下比它们的左手对应物更早地解耦。如果ν_R在夸克-强子跃迁过程中发生退耦，则它们比ν_L冷得多，对早期宇宙能量密度的贡献不超过3个额外的“等效中微子”。对于在这个过渡区的退耦，3 ν_R产生ΔN_ν= 3（T_{ν_R} / T_{ν_ L}）^4 < 3，在BBN和CMB时刻产生额外的相对论自由度。与目前对暗辐射的限制的一致性使我们能够确定Z'质量和耦合的参数空间中的允许区域。值得注意的是，允许的区域在LHC 14的发现范围内。
2012-11-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraining the Gravitational Wave Speed in the Early Universe via Gravitational Cherenkov Radiation
本文研究早期宇宙修正引力中原初等离子体通过引力切伦科夫辐射产生遗迹引力波背景的机制，并结合大爆炸核合成约束推导出对早期引力波速度的限制。
2025-01-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial Helium And the Cosmic Background Radiation
原始核合成的产物和宇宙微波背景（CMB）光子是宇宙早期演化的遗迹，它们的观测探索了宇宙学的标准模型，并为宇宙学和粒子物理学的标准模型之外的新物理学提供了窗口。在标准的热大爆炸宇宙学中，早在任何恒星形成之前，宇宙中重子质量的很大一部分（~25%）就应该是氦-4核的形式。由于目前的4 He观测仅限于恒星核合成发生的低红移区域，因此对高红移的星前4 He的观测将构成对热大爆炸宇宙学的基本测试。在复合时，在大爆炸核合成（BBN）结束很久之后，CMB上的温度各向异性谱取决于4 He丰度，通过其与电子密度的联系以及电子密度对Silk阻尼的影响。由于4 He的残余丰度对重子的普遍密度相对不敏感，但对非标准的早期宇宙膨胀率敏感，因此4 He的原始质量分数Yp提供了对BBN和CMB的标准模型的一致性的测试，并提供了对非标准物理的约束。在这里，WMAP七年的数据（补充其他CMB实验），这导致在高红移Yp的间接测定，进行比较的BBN预测和独立的，直接的观测4 He在低红移，河外HII地区。目前，由于CMB测定的原始4 He丰度（以及从H II区观测推断的氦丰度）存在很大的不确定性，BBN预测和CMB观测之间的任何差异都很小，在< 1.5 sigma的水平。
2010-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark Radiation from Neutrino Mixing after Big Bang Nucleosynthesis
本研究探讨轻暗费米子与标准模型中微子混合的平衡机制，发现其平衡温度仅比自身质量高几个量级，会在CMB和LSS中留下阶跃式暗辐射等信号，或可解释宇宙学张力，且最简模型信号可达未来实验探测灵敏度。
2023-11-29 astro-ph.CO hep-ph
A 331 WIMPy Dark Radiation Model
最近的观测表明，早期宇宙中相对论自由度的数量可能超过标准宇宙学模型的预测。如果即使是一小部分的暗物质粒子，它们也可以在相对论性下产生，在遵守BBN，CMB和结构形成边界的同时，在物质辐射相等的情况下模仿超现实物种的效果。我们表明，这种情况是很自然地实现了一个弱尺度的暗物质粒子和一个高尺度的"母亲“粒子在一个动机良好的3-3-1规范模型，这是特别有趣的是一致的电弱精密测量，与最近的LHC结果，并提供了令人信服的解释的代数在标准模型。
2014-02-28 astro-ph.CO hep-ph
A Multi-Axion Ladder Across Cosmic History: From Inflation, BBN, and Early Dark Energy to Late-Time Accelerated Expansion
University at Buffalo, The State University of New York（纽约州立大学布法罗分校）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本文构建均匀多轴子宇宙学模型，包含核合成瞬态、两个早期暗能量及晚时解冻场，数值求解其演化，并展示各时代能量分数及对额外轴子尺度的约束潜力。
2026-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Is The New BBN
该研究提出未来若精确测得暗物质粒子质量与湮灭截面，可利用暗物质丰度约束其退耦时（远早于BBN）的宇宙状态，对奇异辐射物质、超轻标量、引力修正等场景的探测能力远超轻元素丰度。
2023-09-01 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting cosmological bounds on sterile neutrinos
我们采用最先进的宇宙学观测，包括超新星调查和BAO信息提供的非共振产生的不育中微子物种的质量和混合角的约束，表明宇宙学可以有效地排除不育中微子衰变之间的BBN和今天。额外的重中微子物质的退耦可以改变宇宙在BBN和复合之间膨胀的时间依赖性，在极端情况下，会导致额外的物质主导时期;虽然这可能会天真地导致一个更年轻的宇宙，具有更大的哈勃参数，但它可以在以后通过来自无菌衰变的中微子形式的额外辐射来补偿。然而，复合时代的可观测量，包括宇宙微波背景（CMB），位移参数$R_{CMB}$和声音视界$r_s$从重子声学振荡（BAO）严重限制了这种情况。我们自洽地包括完整的时间演化的耦合无菌中微子和标准模型部门的MCMC，表明，如果衰变发生后BBN，无菌中微子基本上是由约束$\sin^2θ\lesssim 0.026 (m_s/\mathrm{eV})^{-2}$。
2015-02-19 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmophenomenology of Axionic Dark Radiation
相对论性轴子是暗辐射的好候选者，因为有越来越多的观测线索。重场的原始衰变产生的轴子与热化物质相比是超能量的，并且非弹性轴子-物质散射可以与$E_{CoM} \gg T_γ$一起发生，从而访问许多在标准宇宙学中否则运动学禁止的有趣过程。BBN期间轴子-光子散射到夸克和轻子中影响轻元素丰度，以及$^4$过量产生的界限He限制了轴子衰变常数和再加热温度的组合。对于超对称模型，轴子散射到可见扇区超伴子中可以直接在$T_γ \ll T_{freezeout}$产生暗物质。大多数轴子--或任何其他来自模衰变的暗辐射候选者--今天仍然作为宇宙轴子背景与$E_{axion} \sim \mathcal{O}(100) eV$和$\sim 10^6 cm^{-2} s^{-1}$的通量徘徊。
2014-12-01 astro-ph.CO hep-ph
