Imprint of galactic rotation curves and metric fluctuations on the recombination era anisotropy
该研究基于共形引力理论,证明105 Mpc尺度同时印记于星系旋转曲线与宇宙微波背景复合时期各向异性,揭示了原初时期度规涨落的增长规律及无暴胀下小尺度增长的可能性。
2022-12-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Improved model-independent constraints on the recombination era and development of a direct projection method
最近的实验,如${\it Planck}$的精确性,使我们能够限制标准和非标准物理(例如,由于暗物质湮灭或变化的基本常数)。然而,我们也可以探测宇宙历史的这个时代,使用模型无关的变化的自由电子分数,$X_{\rm e}$,这反过来又影响温度和极化各向异性的宇宙微波背景。在本文中,我们改进了以前的努力,以构建和约束这些广义扰动的电离历史,推导新的优化本征模式的基础上完整的普朗克2015年的似然数据,引入新的模块'FEARec++'。我们开发了一个直接的似然抽样方法来获得的标准和非标准参数的数值导数,并讨论了并发症所产生的稳定性的似然代码。我们改进了这里构造的${\it Planck}$ 2015主成分$μ_1=-0.09\pm0.12$、$μ_2=-0.17\pm0.20$和$μ_3=-0.30\pm0.35$的振幅约束,没有发现偏离标准重组场景的迹象。通过$60\%$减小第三模式误差。我们利用一个有效的特征分析器,保持交叉相关的前三个本征模式$ξ_{μ,μ'}<0.1\%$边缘化后,所有考虑的数据组合。我们还提出了一个新的投影方法估计的非标准重组的参数的约束。使用我们的本征模,这使我们能够重新创建${\it Planck}$约束的双光子衰减率,$A_{\rm 2s1s}=7.60\pm0.64$,给出一个估计的完整MCMC结果的$\simeq 0.05σ$内。对使用${\it Pl…
2020-06-08 astro-ph.CO
Using the cosmological recombination radiation to probe early dark energy and fundamental constant variations
宇宙复合辐射(CRR)是来自早期宇宙的光谱畸变信号之一。来自氢和氦的CRR光子早于最后的散射过程,因此允许探测前复合时代的物理现象。在这里,我们计算由早期的暗能量模型和不同的基本常数所引起的CRR的修改。这些新的物理学例子最近与哈勃张力有关的活动有所增加,激发了这里提出的探索性研究。相关的CRR响应频谱丰富,但信号电平很小。我们预测了未来光谱仪对这些效应的可能灵敏度。我们的估计表明,CRR直接取决于在前重组时代的膨胀历史和重组物理的变化。然而,未来的灵敏度需要光谱仪的限制,与其他宇宙学探测器的竞争。尽管如此,CRR的测量可以直接进入否则无法进入的阶段,突出了这些类型的观测可能作为早期宇宙的探测器的潜力。与${\it Planck}$数据的组合进一步表明,协同方法非常有前途。
2022-09-25 astro-ph.CO
CMB anisotropy and BBN constraints on pre-recombination decay of dark matter to visible particles
在复合时期附近注入高能电磁粒子可以修改标准复合历史,从而修改CMB各向异性功率谱。先前的研究已经对复合时代(红移$z\lesssim 4500$)周围的电磁能量注入量提出了严格的限制。然而,以高能($>$ keV)可见标准模型粒子的形式注入的能量不是瞬时沉积的。能量注入的时间和所有能量都沉积到背景重子气体和CMB光子上的时间之间有相当大的延迟,再加上测量CMB各向异性的非凡精度,意味着CMB各向异性对在复合时期之前注入的能量很敏感。我们发现,CMB各向异性功率谱是敏感的能量注入,即使在$z = 10000$,给予更强的约束相比,大爆炸核合成和CMB频谱失真。我们推导出,使用普朗克CMB数据,通过显式地发展膨胀宇宙中的电磁级联,从而扩展以前的约束,以较低的粒子寿命长寿命的不稳定粒子衰变在红移$z\lesssim 10000$(寿命$τ_X\gtrsim 10^{11}$ s)的约束。我们还重新审视BBN约束,并表明延迟注入的能量是重要的BBN约束。我们发现,当我们放松准静态或现场假设时,约束可以减弱几个到几乎一个数量级的因素,这取决于能量。
2019-12-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Magnetised cosmological perturbations in the post-recombination era
我们研究非均匀磁化宇宙通过后重组时代的牛顿引力和理想的磁流体力学极限的框架。的非线性运动学和动力学方程推导和线性化周围的牛顿对应的爱因斯坦-德西特宇宙。这使得我们可以直接与早期的相对论处理这个问题的方法进行比较。重点线密度扰动的演变,我们提供了新的解析解,其中包括磁压力的影响,以及那些领域的张力。我们证实,场的压力抑制密度畸变的增长,并可以诱导一个纯磁性的牛仔裤长度。在大于上述特征长度的尺度上,不均匀性增长,尽管比非磁化宇宙中的速度要慢。小于磁金斯长度的波长通常以减小的振幅振荡。我们还确定了一个狭窄的范围内的尺度,低于牛仔裤长度,扰动表现出较慢的幂律衰减。在所有情况下,场的影响与其强度成正比,并随着我们逐渐变小的长度而增加。
2015-11-25 astro-ph.CO gr-qc
Effects on the CMB from magnetic field dissipation before recombination
由于辐射粘性,去耦之前存在的磁场被阻尼。这种能量注入影响宇宙等离子体的热和电离历史。研究了非螺旋随机磁场参数选择对CMB各向异性和极化的影响。假设高斯平滑尺度由复合时的磁阻尼波数确定,发现现今强度小于0.1 nG的磁场和负磁谱指数对CMB温度各向异性和极化有相当大的影响。
2017-03-10 astro-ph.CO
Primordial magnetic fields generated by the non-adiabatic fluctuations at pre-recombination era
在预复合时代,宇宙学密度涨落可以通过汤姆森散射自然产生磁场。在以往的研究中,只考虑了初始绝热涨落产生的磁场。本文基于宇宙学扰动理论,利用光子流体和重子流体之间的紧耦合近似,研究了由原初非绝热涨落产生的宇宙学磁场.结果表明,在紧耦合近似的一阶展开下,非绝热涨落产生的磁场是可以产生的。这一结果与绝热初始涨落的情况相反,绝热初始涨落的情况下只能产生二阶的磁场。在一个一般的情况下,原始密度扰动包含小的非绝热波动上的主要绝热的顶部,我们表明,领先的磁场的来源是由二阶耦合的绝热和非绝热波动。我们计算了当非绝热涨落具有蓝色功率谱时所产生的磁场的功率谱,这是最近的宇宙学观测所提出的。
2011-11-25 astro-ph.CO gr-qc
EIT phenomenon for the three-level hydrogen atoms and its application to the era of the cosmological recombination
研究了早期宇宙中的电磁感应透明现象。本文计算了光子在氢原子上单次散射的基本过程,目的是为了在辐射转移理论中应用。发现了依赖于外界条件的附加函数$f$,该函数可以看作是对光学深度的调整,它导致了逃逸概率$p_{ij}(τ_S)\rightarrow p_{ij}(τ_S(1+f))$现代化的必要性。给出了三能级近似下不同原子方案的$f$数值。发现在部分情况下,函数$f$的大小对CMB的形成有显著影响。
2014-03-22 astro-ph.CO physics.atom-ph
New CMB spectral distortion constraints on decaying dark matter with full evolution of electromagnetic cascades before recombination
当前对在使用CMB谱畸变的复合时期之前以高能粒子形式注入能量的约束假设所有能量进入$y$和$μ$型畸变。我们重新审视这些限制与精确计算的频谱失真,通过不断发展的电磁级联。实际的光谱畸变在形状和幅度上不同于$y$型畸变,并且取决于注入粒子的能量和性质。对诸如暗物质衰变等能量注入过程的约束可以放宽多达5倍。
2019-07-03 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Searching for Dark Matter in the CMB: A Compact Parameterization of Energy Injection from New Physics
高精度测量的温度和偏振各向异性的宇宙微波背景辐射先前已被用来设置强大的约束暗物质湮灭在重组。在这项工作中,我们改进和推广这些限制适用于能量沉积在重组时代与任意红移的依赖。我们的方法还提供了更严格的和模型无关的暗物质湮灭和衰变的情况下的边界。我们采用主成分分析,以确定的能量沉积的加权函数的基础。这些权函数的系数可以作为任何能量沉积模型的参数,并且可以直接由实验来约束。对于WMAP7数据目前允许的一般能量沉积历史,普朗克可以测量多达3个主成分系数,理想宇宙方差有限实验可以测量多达5个系数。对于WIMP暗物质,我们的分析表明,对CMB的影响是由一个单一的(归一化)参数和一个“普遍的”红移依赖的能量沉积的历史。我们给出了WMAP 7的一般能量沉积历史和普遍的WIMP情况下的约束。
2011-09-28 astro-ph.CO
A Stiff Pre-CMB Era with a Mildly Blue-tilted Tensor Inflationary Era can Explain the 2023 NANOGrav Signal
本文提出复合前的 stiff 时代结合轻微蓝移张量谱的暴胀时代可以解释 2023 年 NANOGrav 信号,并通过模型无关和 Higgs-axion 模型两种方法验证,预测未来引力波实验可探测相关信号。
2023-11-01 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Bounds on sub-GeV Dark Vector Bosons from Electromagnetic Energy Injection
新的暗矢量玻色子可以在早期宇宙中产生,并在大爆炸核合成(BBN)或复合时形成宇宙微波背景(CMB)后衰变。这种衰变注入的能量可以改变轻元素丰度或修改CMB的功率和频谱。在这项工作中,我们研究了这些效应对一系列亚GeV暗矢量的约束,包括动力学混合暗光子,$B-L$,$L_e-L_μ$,$L_e-L_τ$和$L_μ-L_τ$暗U(1)玻色子。我们专注于电磁能量注入的影响,我们更新了以前的调查暗光子和其他暗矢量衰变考虑到非普适性的光子级联光谱相关的BBN和能量依赖性的电离效率后重组在我们的治疗修改CMB。
2020-04-22 astro-ph.CO hep-ph
Was Entropy Conserved between BBN and Recombination?
我们测试大爆炸核合成和重组之间的熵守恒的假设,考虑一个大质量的粒子,衰变成光子和其他相对论物种的混合物。我们采用普朗克温度和偏振各向异性,COBE/FIRAS光谱失真的界限,和观察到的原始氘丰度约束这些衰变的情况。如果在$56\%$和$71\%$之间,衰变粒子的能量被转移到光子,那么复合时的$N_{\mathrm{eff}}$被最小程度地改变,并且仅普朗克数据就允许显著的熵注入。如果光子是通过衰变注入的,则光谱畸变边界的增加将粒子的衰变率限制为$95\%$置信水平(C.L.)下的$Γ_Y > 1.91\times10^{-6} \text{s}^{-1}$。我们发现,对衰变粒子的能量密度的约束显着增强的原始氘丰度的界限,允许粒子贡献最多$2.35\%$($95\%$ C.L.)宇宙的能量密度。
2023-01-30 astro-ph.CO
Emulating Recombination with Neural Networks using Universal Differential Equations
为建模ΛCDM范式外的宇宙学,本研究在因果动力学先验下,用神经网络常微分方程架构(UDEs)开发可微分机器学习模型,自动构建复合历史模拟器,以快速灵活计算电离历史,助力新CMB数据探索新物理。
2024-11-26 astro-ph.CO
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
CRRfast: An emulator for the Cosmological Recombination Radiation with effects from inhomogeneous recombination
本研究开发了可快速准确模拟宇宙复合辐射的公开仿真器CRRfast,补全CLASS的ΛCDM谱畸变建模能力,证实非均匀复合的二阶效应可用于检验哈勃张力相关参数空间。
2023-06-13 astro-ph.CO
Energy Injection And Absorption In The Cosmic Dark Ages
暗物质湮灭或去激发、亚稳态物质的衰变或其他新的物理学可以在复合期间和复合之后将高能电子和光子注入光子-重子流体。当这些粒子冷却时,它们将能量分成大量有效电离的电子和光子,这反过来又改变了电离历史。最近的工作提供了一个简单的方法来约束任意的能量沉积的历史,使用宇宙微波背景(CMB),在这份说明中,我们目前的结果描述的能量沉积的历史,光子和电子作为初始能量和注入红移的函数。利用这些结果,可以立即计算出任何注入任意谱的电子、正电子和/或光子的过程的CMB边界,这些谱具有任意的红移依赖性。
2012-11-01 astro-ph.CO hep-ph
Could the Cosmological Recombination Spectrum Help Us Understand Annihilating Dark Matter?
在本文中,我们探讨了DM湮灭对宇宙学复合谱的潜在影响。通过这个例子,我们想证明宇宙学复合谱原则上对复合过程中可能释放的额外能量的细节是敏感的。我们限制自己DM模型产生一个可以忽略不计的原始扭曲的CMB能谱。然而,由于在宇宙复合时期,大部分的能量可以直接进入电离和中性原子的激发,宇宙复合谱和电离历史仍然会受到显着的影响。我们计算修改宇宙学的重组光谱使用我们的多级HI和HeI重组代码,显示额外的光子创建由于DM湮灭引起的跃迁的未补偿回路。正如我们在这里所示,结果取决于详细的分支到加热,电离和激发的沉积能量。在测量宇宙复合谱时,这种依赖性原则上应该使我们能够揭示潜在的湮灭DM模型(或者更一般地说,导致能量注入的机制)的性质。然而,对于目前的上限的潜在DM湮灭率在复合的宇宙学复合谱的影响只在百分之几的水平。尽管如此,我们在这里认为,宇宙复合谱将提供另一个独立的和非常直接的方法来检查在高红移的额外电离或激发光子的来源的存在。这将打开一个新的窗口,可能(非标准)的过程发生(删节)
2009-10-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Recombination Thickness as an Uncertainty in Inflationary Observables
Aristotle University of Thessaloniki(塞萨洛尼基亚里士多德大学);Khazar University(阿塞拜疆哈萨尔大学)
该研究探讨了再结合时期有限持续时间对宇宙膨胀观测量的影响,提出将原始扰动功率谱转化为概率分布,并指出这种有限的再结合宽度会在lnk上引入高斯平滑尺度,从而导致多极到膨胀e-fold的概率映射。
2026-05-19 astro-ph.CO gr-qc
The Serendipitous Axiodilaton: A Self-Consistent Recombination-Era Solution to the Hubble Tension
University of Sheffield(谢菲尔德大学);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (IPMU)(宇宙物理与数学卡弗里研究所);Perimeter Institute for Theoretical Physics(理论物理珀利默研究所);McMaster University(麦克马斯特大学);Dublin Institute for Advanced Studies(都柏林高等研究院)
该研究提出了一种轴子稀释子模型,通过自洽的重组时期解来缓解哈勃张力,其在数据拟合上优于ΛCDM模型,并通过调整耦合参数提升了哈勃常数至约69.2 km/s/Mpc,从而降低张力至3σ以内。
2025-12-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Exotic energy injection in the early universe II: CMB spectral distortions and constraints on light dark matter
本文计算了暗物质衰变或湮灭引起的CMB谱畸变,发现残余畸变可被未来实验探测,并改进低能电子处理将衰变DM的CMB各向异性约束扩展至任意低质量,进而转化为轴子样粒子与光子耦合的约束。
2023-10-18 astro-ph.CO hep-ph
CMB power spectrum parameter degeneracies in the era of precision cosmology
宇宙学参数的约束,从CMB功率谱单独遭受几个众所周知的简并。这些简并性可以被数值伪影和各种物理效应打破,这些物理效应在普朗克卫星等高精度数据的作用下变得非常重要。我们研究了具有平坦和非平坦空间截面、非平凡暗能量和大质量中微子的模型中的简并,并研究了各种物理简并破坏效应的重要性。我们测试的CAMB功率谱代码的数值精度,并证明,数值计算是足够准确的退化被打破,主要是由真正的物理效应(集成的萨克斯-沃尔夫效应,CMB透镜和几何和其他效果,通过重组),而不是数值文物。我们量化的功率谱,这不可避免地提供了简并打破信息,即使不使用非高斯信息的CMB透镜的影响。最后,我们使用CAMB和CosmoMC检查基于样本的参数约束的数值精度。在附录中,我们记录了最近的变化CAMB的大规模中微子微扰的数值处理,这是测试与其他最近的改进,我们的简并探索结果。
2012-04-19 astro-ph.CO
Constraints on $N_{\rm{eff}}$ of high energy non-thermal neutrino injections upto $z\sim 10^8$ from CMB spectral distortions and abundance of light elements
高能中微子和反中微子($\gtrsim$ 100 GeV)可以通过电弱韧致辐射产生的电弱簇射、与背景电子和核子的非弹性散射以及背景中微子和反中微子对产生标准模型粒子,将高能电磁粒子注入到高红移宇宙的重子-光子等离子体中。本文以暗物质衰变为例,研究了高能非热中微子注入的粒子级联,包括这些中微子与背景粒子的碰撞过程,并考虑了宇宙的膨胀.我们研究了这些非热中微子注入对宇宙微波背景辐射谱形和大爆炸核合成中轻元素丰度的影响。我们发现,CMB光谱扭曲和丰富的轻元素可以约束中微子能量密度的重组,参数化的贡献$N_{\rm{eff}}$,从高能量中微子注入。这些约束比CMB各向异性约束强几个数量级。我们还表明,CMB光谱扭曲可以探测中微子注入显着更高的红移($z>2\times 10^6$)相比,纯电磁能量注入。
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Did the Universe Reheat After Recombination?
本文研究了复合后重新加热(PRR)宇宙学模型,通过暗物质衰变注入能量增加CMB温度,发现该模型虽能缓解哈勃常数张力,但受重子声学振荡等数据严格限制,仅少量能量注入可能有助于恢复宇宙学一致性。
2023-04-07 astro-ph.CO hep-ph
Green's function of the cosmological thermalization problem II: effect of photon injection and constraints
宇宙微波背景(CMB)的能谱为研究原初宇宙中的标准和非标准物理提供了强有力的工具。以前的研究主要强调早期能量释放产生的光谱失真(mu-,y-和r-型);然而,一些过程也会导致大量的光子产生,这需要不同的处理。在这里,我们进行了第一次详细的研究,在CMB波段的不同能量的光子注入所造成的扭曲的演变。我们提供了详细的分析和数值计算,说明了丰富的现象学的相关失真信号。我们表明,光子注入在非常高和非常低的频率产生的扭曲,是类似于那些从纯能量释放。在μ时代(z> 3x10^5),可以形成正或负的化学势,这取决于增加的光子能量和数量之间的平衡。在较低的红移(z <3x10^5),关于光子注入过程的部分信息(即,注入时间和能量)仍然可以恢复,在部分压缩状态下发现失真。我们简要地讨论了当前和未来的限制与光子生产的情况。我们还认为,可能需要更详细的计算与光子注入不同的情况下,以评估在哪些制度,这些可以区分从纯能量释放过程。
2015-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Late-Forming PBH: Beyond the CMB era
中等质量的黑洞范围,$10\lesssim M_{\rm BH}^{}/M_\odot^{}\lesssim 10^{5} $,长期以来提供了诱人的可能性原始黑洞(PBH),与人口在这个范围内假设负责一些黑洞的二进制合并检测事件,以及存在的超大质量黑洞嵌入在银河系中心。然而,一个突出的绑定来自PBH吸积过程中的重组严重限制了中等质量PBH的质量分数。我们解决这个问题,提出了一个形成的情况下,“原始”黑洞形成晚在我们的宇宙学历史,超越CMB时代,并绕过这个约束。在这一关键时期,我们的致密天体群体以热压支持的热球形式存在,最终冷却成简并压力支持的费米球,并最终坍缩成PBH。我们的机制是一个可行的生产方法,无论是质量隙LIGO-VIRGO-KAGRA检测和JWST观测早期$z>10$超大质量黑洞。此外,我们提出了在本时代之后形成PBH的显著可能性,我们称之为\textit{future} PBH。这样一个人口将逃避大多数,如果不是所有的限制在文献中的PBH质谱和打开以前没有想到的可能性。光未来PBH可能在霍金蒸发阈值以下形成,并将宇宙中的大部分物质转化为辐射。
2023-03-30 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints on exotic injection of electromagnetic energy
我们计算了电磁场中能量注入的奇异形式的宇宙微波背景(CMB)各向异性约束。在很大的时间范围内的渠道。这些约束在重组前后或重组后非常强大,尽管CMB对例如寿命长达$10^{25}\,$ s的衰变物质保持一定的敏感性。在这里,我们审查补充CMB光谱扭曲和原始核合成的界限,在较早的时间尺度占主导地位。第一次,我们描述了E.M.的影响。能量注入的CMB功率谱作为一个函数的注入时期,使用寿命的衰变粒子作为代理。我们确定了一个合适的现场近似。我们的结果不仅对构成(一部分)暗物质的早期宇宙遗迹很有意义,而且对其他奇异的e. m注入也很有意义。辐射为了说明,我们应用我们的形式主义:i)原始黑洞的质量$\in [10^{13.5},10^{16.8}]$ g,表明约束是可比的伽马射线背景研究,甚至占主导地位低于$\sim 10^{14}$ g。ii)在无菌中微子参数空间中的特殊质量混合范围,与其他天体物理和实验室探测器互补。iii)最后,我们提供了对即将到来的21 cm实验的改进空间的初步估计,将其与拟议的CMB光谱失真(PiXiE)和CMB角功率谱(CORE)任务的范围进行比较。我们表明,最好的和最现实的机会,寻找这个信号(或改善目前的限制),在21厘米的探头是专注于宇宙黎明时代,$15\lesssim z\lesssim30$,在发射光谱的定性明确的签名可以预期的模型,逃避所有目前的限制。
2017-03-20 astro-ph.CO hep-ph
CMB Injection Bounds on Moduli Fields
University of Manitoba(曼尼托巴大学);University of Winnipeg(温尼伯大学);Interdisciplinary Center for Theoretical Study, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学理论交叉研究中心);Peng Huanwu Center for Fundamental Theory(彭桓武基础理论中心);Harish-Chandra Research Institute(哈里什-昌德拉研究所);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国立研究所);Leinweber Institute of Theoretical Physics, Department of Physics, University of Michigan(密歇根大学物理系莱因韦伯理论物理研究所);New York University Abu Dhabi(纽约大学阿布扎比分校);DAMTP, University of Cambridge(剑桥大学应用数学与理论物理系)
本文系统推导轻模场在主要宇宙学产生通道下的CMB注入约束,证明其与标准模场问题和第五力约束互补,为弦理论等模型提供严格限制。
2026-09-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmogenic photon and neutrino fluxes in the Auger era
超高能宇宙射线(UHECR)与普适光子场的相互作用,在星系际介质中发生光强过程和光核过程,产生相应的宇宙成因中微子和光子通量。我们执行一个适合的UHECR光谱和组成测量的皮埃尔俄歇天文台的四个源发射率的情况下:幂律红移依赖一个自由参数,活动星系核,伽马射线暴,和恒星形成的历史。我们表明,负源发射率的演变是有利的,如果我们把源的演变作为一个自由参数。在所有情况下,获得最佳拟合相对较硬的光谱指数和低的最大刚度,在注射由中间核(氮和硅基团)为主的组合物。根据这些结果,我们计算了中微子和光子的关联通量。最后,我们讨论了未来一代高能中微子和伽马射线观测站的前景,以限制UHECR的来源。
2019-01-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Indirect Dark Matter Signatures in the Cosmic Dark Ages II. Ionization, Heating and Photon Production from Arbitrary Energy Injections
在宇宙黑暗时代,任何电磁相互作用粒子的注入都将导致电离、加热、莱曼α光子的产生增加,以及宇宙微波背景能谱的扭曲,并可能产生可观察到的后果。在本说明中,我们描述的低能电子和光子的冷却所产生的粒子注入的能量从keV到多TeV的尺度,在任意注入红移(但专注于后复合时代)的数值结果。我们使用这些数据,结合现有的计算模拟这些低能量粒子的冷却,估计电离,激发和加热的气体,并产生低于激发和电离阈值的低能量光子的贡献。我们计算校正的沉积效率曲线湮灭暗物质,并演示如何计算任意能量注入历史的等效曲线。这些计算提供了必要的输入限制暗物质湮灭在所附的文件I,但也有潜在的应用背景下,暗物质衰变或去激发,衰变的其他亚稳态物种,或类似的能量注入新的物理。我们在http://nebel.rc.fas.harvard.edu/english上公开了我们的全部结果,以促进进一步的独立研究。特别是,我们提供了完整的低能电子和光子光谱,以允许匹配到更详细的代码,描述这种粒子在低能量下的冷却。
2015-08-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Quintessence scalar field and cosmological constant: Dynamics of a multi-component dark energy model
本文通过动力系统分析研究由精质标量场与宇宙学常数构成的多组分暗能量模型,识别不动点和晚期吸引子,并指出标量场的早期动力学贡献始于物质主导时代深处。
2025-05-15 astro-ph.CO gr-qc
Exploring the interplay of late-time dynamical dark energy and new physics before recombination
Departament de Física Quàntica i Astrofísica (FQA) and Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB), Universitat de Barcelona (UB)(巴塞罗那大学量子物理与天体物理学系和宇宙科学研究所)
通过加权函数回归方法重建背景暗能量函数,研究复合前新物理对哈勃常数张力和晚期动力学暗能量信号的影响,发现幻影分裂概率高达96.7-98.5%,但早期新物理模型在解释SH0ES测量时面临物质密度参数冲突。
2026-05-26 astro-ph.CO gr-qc
The late-time heating Green's function and improvements to distortion frequency hierarchy treatment
本文改进频率层级处理方法,通过重新定义μ谱形状并纳入双康普顿和轫致辐射效应,减少畸变建模失配,为各向异性谱畸变的精细模拟开辟新路径。
2025-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Rich structure of non-thermal relativistic CMB spectral distortions from high energy particle cascades at redshifts $z\lesssim 2\times 10^5$
一般认为,对于复合前的能量注入,所有注入的能量在重子光子等离子体中以热的形式耗散,从而在CMB谱中产生$y$型、$i$型和$μ$型畸变。我们表明,这种假设是不正确的,当能量注入的形式充满活力(即能量远大于背景CMB温度)的粒子。我们进化的电磁级联,从注入的高能粒子,在膨胀的宇宙,并遵循CMB光谱失真的非热分量的电磁簇射与背景光子,电子和离子的相互作用所产生的。在簇射中的粒子的能量已经退化到足够低的能量以使它们可以与背景等离子体热化之前,电磁簇射将其能量的相当大一部分损失到CMB光谱失真。这种光谱畸变是簇射中的非热高能电子与CMB相互作用的结果,因此具有与$y$型或$i$型畸变基本不同的形状。最终的\emph{non-thermal relativistic}($ntr$型)CMB光谱畸变的形状取决于注入的电子、正电子和光子的初始能谱,因此具有关于能量注入机制的信息,例如衰变或湮灭的暗物质粒子的衰变或湮灭通道。光谱畸变的形状对能量注入的红移也很敏感。我们的计算打开了一个新的窗口,在$z\lesssim 2\times 10^5$的能量注入,这是不简并,并可以区分从低红移热$y$型扭曲。
2019-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph