Galaxy Cluster Astrophysics and Cosmology: Questions and Opportunities for the Coming Decade
我们正在学习很多关于结构如何形成的知识，特别是作为宇宙网络节点的星系团如何进化和增加物质，以及这些物体内部的物理过程。在接下来的十年里，对星系团的研究将使我们能够解决有关暗物质和暗能量的性质的重要问题，星系团如何与中心的超大质量黑洞共同进化，并推进我们对基本等离子体天体物理学的认识。本科学白皮书概述了未来十年及以后出现的星团天体物理学的关键问题和研究机会，并作为其他星团相关白皮书的概述。
2009-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmology with the Square Kilometre Array by SKA-Japan
在过去的几十年中，标准宇宙学模型已经建立，其参数也得到了高精度的测量，但宇宙学中的许多基本问题仍有待解决，如早期宇宙的物理、宇宙加速的起源以及暗物质的性质等。未来世界上最大的射电望远镜--平方公里阵列（SKA），将能够打开宇宙学的新前沿，成为未来十年宇宙学最有力的工具之一。SKA进行的宇宙学调查不仅有可能回答这些基本问题，而且还提供精确的宇宙学。本文从现代宇宙学的角度对SKA的作用作了简要的评述。讨论了SKA-JP宇宙学科学工作组领导的宇宙学科学。
2016-12-13 astro-ph.CO
Big Bang Nucleosynthesis and Neutrino Cosmology
在未来十年中，大爆炸核合成（BBN）存在一系列令人兴奋的科学机会。BBN是几十年来粒子天体物理学的一个关键“工具”，它准备承担新的能力，以探测超越标准模型（BSM）物理学的东西。中微子性质的实验测定、新的核反应实验、先进的超级计算/模拟能力、下一代高精度宇宙微波背景观测的前景以及30米级望远镜的出现，都是推动这一发展的动力。
2019-07-22 astro-ph.CO
WFIRST: The Essential Cosmology Space Observatory for the Coming Decade
在发现宇宙加速的20年后，它仍然是宇宙学中最深奥的谜团，也可以说是所有物理学中最深奥的谜团。要么宇宙是由一种具有标准模型物理学无法预测的奇异物理性质的暗能量形式所主导，要么广义相对论并不能充分描述宇宙距离上的引力。WFIRST成为Astro 2010的首要任务，部分原因是它能够通过高精度测量宇宙膨胀历史和宇宙结构的增长来解决宇宙加速的奥秘。我们在本白皮书中说明了自Astro 2010以来任务设计的变化如何使WFIRST成为更强大的暗能量设施，并提高了WFIRST响应实验环境变化的能力。WFIRST是社区在2020年代中期需要的DE的天基探测器。
2019-04-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Hubble and Shapley - Two Early Giants of Observational Cosmology
20世纪头几十年的观测宇宙学由两个巨人主导：埃德温·哈勃和哈洛·沙普利。哈勃的主要贡献是用大型望远镜对单个星系进行研究和分类，而沙普利最为人所知的是他用更小口径的望远镜对星系群和星系团的研究。
2011-10-11 astro-ph.CO physics.hist-ph
Peeking into the next decade in Large-Scale Structure Cosmology with its Effective Field Theory
本文将 EFT 全形状分析与“微扰性先验”应用于 DESI 和 MegaMapper，预测其在中微子质量、曲率及原初非高斯性等参数上的显著提升。
2025-09-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmology with SKA Radio Continuum Surveys
在过去，射电连续谱巡天在宇宙学中的应用受到限制。大多数研究都集中在与宇宙微波背景的互相关上，以探测综合的萨克斯-沃尔夫效应，因为可以测量的天空区域很大。随着我们进入SKA时代，射电连续谱巡天将有足够的源密度和天空面积，在最大尺度的宇宙学中发挥重要作用。在这一章中，我们总结了SKA在未来十年内建立起来的实验。我们发现SKA可以在将非高斯参数限制为σ（fNL）~ 1方面发挥独特的作用，并提供了一个独特的处理抑制弱透镜巡天的系统学。SKA还将提供必要的数据，以检验宇宙在单位阶红移下的各向同性，从而评估宇宙学原理的稳健性。因此，SKA连续巡天将使射电观测成为未来几十年宇宙学研究的中心探测器。
2015-01-15 astro-ph.CO
Snowmass Theory Frontier: Astrophysics and Cosmology
我们总结了过去十年在理论天体物理学和宇宙学方面取得的进展，以及未来十年的兴趣领域。本报告是作为TF09“天体物理学和宇宙学”专题组摘要为理论前沿编写的，作为Snowmass 2021进程的一部分。
2022-09-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
"SZ spectroscopy" in the coming decade: Galaxy cluster cosmology and astrophysics in the submillimeter
Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应在20世纪70年代首次被提出，作为识别大质量星系团内部X射线发射热气体的工具，并获得它们相对于宇宙微波背景（CMB）的速度。然而，直到最近十年，它们才开始对天文学研究产生重大影响。由于宇宙微波背景辐射仪器的迅速发展，测量SZ效应的主要热特征已成为一种常规工具，用于发现和表征星系团的大样本，并通过对许多目标的高分辨率成像研究，寻求对几个重要天体物理过程的更深入理解。除了普朗克卫星和一些地面观测站的组合之外，这种“SZ革命”大部分都是在测光模式下发生的，在这种模式下，观测是在毫米波段的一个或两个频率上进行的，以最大限度地提高星团探测的意义，并最大限度地减少前景。尽管如此，从多个波长的SZ光谱的详细和系统分析中，特别是在亚毫米（>300 GHz）域中，还有更多的东西要学。本科学白皮书的目标是突出SZ研究的这一特定方面，指出从这些研究中可以获得哪些新的和潜在的突破性见解，并强调为什么未来十年可以成为SZ光谱测量的黄金时代。
2019-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Probing new physics in the era of precision cosmology
本博士论文探讨如何利用宇宙微波背景、大尺度结构和遥远星系等宇宙观测量，约束超越标准$Λ$-冷暗物质模型的新物理。
2024-12-23 astro-ph.CO
Snowmass2021 Theory Frontier White Paper: Data-Driven Cosmology
在过去的几十年里，天文学和宇宙学的数据集通过为暗物质、暗能量和非零中微子质量的存在提供强有力的证据，坚定地建立了粒子物理学标准模型之外的物理学的存在。此外，原始扰动的产生很可能也依赖于粒子物理学的标准模型之外的物理学。理论工作，从导致新的现象学预言的弦论早期宇宙模型，到有效场论的发展，再到包括星系演化物理学在内的大尺度宇宙学模拟，在分析和解释这些数据集以及提出新的前进道路以分离这种新物理学的起源方面发挥了关键作用。在接下来的十年里，甚至更敏感的调查也开始收集数据，并正在计划中。在本白皮书中，我们描述了从这些新的观测机会中优化物理学投资回报所需的理论计划的关键领域。
2022-03-15 astro-ph.CO
Cosmology from the Highly-Redshifted 21 cm Line
未来十年最令人兴奋的前景之一是探索宇宙“黑暗时代”，在此期间，宇宙中的第一批恒星形成，中性氢的21厘米线。在z>6时，这种光红移到低频无线电区域，可以用新一代的宽场阵列观察到。这些实验有可能观测到巨大的体积，并大大改善宇宙学和天体物理学的约束。在本白皮书中，我们描述了未来十年将如何看到释放这种潜力的第一步，使我们能够回答关于我们宇宙和星系际介质的基本物理学的两个关键问题：标准宇宙学模型是否描述了“黑暗时代”的宇宙？“在这个重要的时期，星系际介质是如何演变的，以氢的再电离结束的？
2009-02-18 astro-ph.CO
The supernova cosmology cookbook: Bayesian numerical recipes
在过去的二十年里，理论和观测宇宙学取得了许多重大成就。来自威尔金森微波各向异性探测器和普朗克的宇宙微波背景测量，以及大尺度结构和超新星（SN）搜索，对宇宙学参数提出了非常严格的限制。Ia型超新星（SNIa）在宇宙加速膨胀的发现中发挥了核心作用，并于2011年获得诺贝尔物理学奖。在过去的十年中，高质量的SN观测数量大幅增加，SN目录现在包含数百个物体。随着暗能量巡天和大型综合巡天望远镜等下一代任务的数据可用，这一数字预计将在未来几年内增加到数千。为了利用大量即将到来的高质量数据，开发强大而有效的统计分析方法来回答宇宙学问题是非常重要的，最重要的是确定暗能量的性质。为了解决这些问题，我的工作是基于嵌套采样方法的参数估计和模型选择和神经网络的机器学习。使用先进的贝叶斯技术，我约束暗物质晕沿SN的视线，通过其弱引力透镜效应的属性，开发方法分类SNe光度从他们的光变曲线，并提出结果更一般的问题与约束宇宙学参数和测试不同的SN汇编的一致性。
2015-03-12 astro-ph.CO
Gravitational wave cosmology and astrophysics with large spectroscopic galaxy surveys
在接下来的十年里，人们将从数百个双星螺旋事件中观测到引力波。当宿主星系的红移已知时，这些事件可以被用作“标准警报器”，对宇宙的膨胀率敏感。从标准塞壬测量哈勃常数$H_0$可以独立于其他宇宙学探测器进行，并且在$z<0.1$发生的事件将允许我们独立于宇宙学模型推断$H_0$。下一代分光星系巡天将在减少$H_0$与标准塞壬的系统不确定性方面发挥关键作用，特别是对于许多没有电磁对应物的“暗塞壬”。结合大型光谱数据集，标准警报器与EM对应物预计将在未来十年内将$H_0$限制为$\sim 1-2\%$精度。这与迄今为止获得的$H_0$的最佳估计值具有竞争力，并将有助于阐明现有测量之间的当前紧张关系。关于发生引力波事件的星系的信息也将揭示致密天体双星的起源和演化。
2019-03-12 astro-ph.CO
Modelling baryonic feedback for survey cosmology
未来十年的观测宇宙学将依赖于探测在$0<z<3$之间的红移范围内的物质分布，以阐明暗物质和暗能量的性质。在这个红移范围内，已知星系形成对观测量有显著影响，例如星系形状和位置的两点相关性，改变它们的振幅和尺度依赖性，超出了即将进行的实验在10 Mpc以下的分离的预期统计不确定性。因此，在这样一个制度下成功地提取信息，至少需要无偏的模型，星系形成对物质分布的影响，并可以受益于互补的观测先验。这项工作回顾了目前的艺术状态的重子宇宙学建模，从数值方法近似分析处方，并提出建议，在未来十年的研究，包括讨论潜在的探针组合，可以帮助限制重子在宇宙学研究中的作用。我们专注于，特别是在建模的物质功率谱，$P(k,z)$，作为一个功能的规模和红移，并从这个数量的观测值。这项工作是2018年11月在牛津大学举行的研讨会的结果。
2019-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational-wave cosmology across 29 decades in frequency
早期宇宙中引力场的量子涨落被暴胀放大，产生了一个跨越宽频带的原始引力波背景。我们得出的限制，这种引力辐射的频谱，因此对早期宇宙的理论，结合实验，覆盖29个数量级的频率。其中包括普朗克观测宇宙微波背景温度和偏振功率谱和透镜效应，以及重子声学振荡和大爆炸核合成测量，以及新的脉冲星定时阵列和地基干涉仪极限。虽然个别实验限制了特定频段的引力波能量密度，但实验的组合使我们能够限制宇宙学参数，包括暴胀光谱指数$n_t$和张量标量比$r$。从个别实验的结果包括最严格的纳赫兹限制的原始背景迄今从帕克斯脉冲星定时阵列，$Ω_{\rm gw}(f)<2.3\times10^{-10}$。仅宇宙微波背景的观测就将95%置信度的引力波指数限制为$n_t\lesssim5$，张量标量比为$r = 0.11$。然而，所有上述实验的组合限制了$n_t<0.36$。预计到2020年，未来的高级LIGO观测将进一步限制$n_t<0.34$。当宇宙微波背景实验检测到一个非零的$r$时，我们的结果将意味着对$n_t$和早期宇宙理论的更严格的约束。
2016-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Neutrino masses and beyond-$Λ$CDM cosmology with LSST and future CMB experiments
未来十年的宇宙学测量将使我们能够揭示宇宙的内容和演化。宇宙微波背景（CMB）和重子声学振荡的补充测量，预计将允许在平坦的$Λ$ CDM模型的框架内间接确定中微子质量的总和。然而，与$Λ$ CDM的可能偏差，例如非零的宇宙学曲率或具有$w\neq -1$的暗能量状态方程，将在宇宙的膨胀率和物质的聚集上留下类似的印记。我们展示了未来的CMB测量如何与大型综合巡天望远镜的星系团和宇宙切变的后期测量相结合，以减轻这种简并性。在这个更一般的宇宙学模型中，它们预计将把中微子质量总和的不确定性降低到30 meV。要实现最小60 meV质量的3 $σ$测量（或假设$w=-1$为4 $σ$），需要对再电离的光学深度进行五倍改进的测量，这可以通过大规模CMB偏振测量获得。
2018-07-07 astro-ph.CO hep-ph
Supernovae and Cosmology with Future European Facilities
未来超新星调查的前景进行了讨论，重点是欧空局的欧几里得任务和欧洲极大望远镜（E-ELT），都预计将在十年之交的操作。欧几里德是一个1.2米的空间观测望远镜，将在可见光和近红外波长下工作，并有可能发现和获得数千颗遥远超新星的多波段光变曲线。E-ELT是一个计划中的通用地面40米级光学红外望远镜，内置自适应光学，能够获得Ia型超新星的光谱，红移至少为4。这些设施对超新星宇宙学的贡献将在其他未来超新星计划的背景下进行讨论，如DES，JWST，LSST和WFIRST。
2012-11-28 astro-ph.CO
Dark energy two decades after: Observables, probes, consistency tests
20世纪90年代末加速宇宙的发现是现代宇宙学的一个分水岭，因为它表明存在一种对宇宙能量收支起主导作用的全新贡献。暗能量是导致加速的新成分，由于对宇宙膨胀历史和结构增长的各种越来越精确的测量，这种证据已经变得非常强大。尽管如此，现代宇宙学的核心挑战之一是揭示加速宇宙背后的物理机制。在这篇综述中，我们简要地总结了导致暗能量发现的发展。接下来，我们讨论暗能量的参数描述和宇宙学测试，使我们能够更好地了解它的性质。然后，我们回顾了宇宙学探测的暗能量。对于每一个探测器，我们简要地讨论了它背后的物理和它的前景测量暗能量属性。最后，我们总结了暗能量的研究现状。
2018-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
A Taste of Cosmology
这是两个讲座的摘要，旨在概述宇宙学。我不会试图在推导中过于严格，也不会给出完整的历史概述。这个想法是提供一个宇宙学的“味道”和它所涵盖的一些有趣的主题。标准的宇宙学模型，我强调宇宙学在过去十年左右的成功。标准宇宙学模型发展的关键是对宇宙微波背景和大尺度结构的观测。同时也讨论了暴胀和暗能量以及对未来的展望。讲座的幻灯片可从学校网站：physicschool.web.cern.ch/PhysicSchool/CLASHEP/CLASHEP2011/。
2015-04-22 astro-ph.CO gr-qc
Intertwined Constraints in Extended Cosmologies: Dark Energy, Curvature, Neutrinos, and Inflation
University of Hawai‘i（夏威夷大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
通过逐步放宽暗能量、曲率、中微子和暴胀的假设，系统重新评估了超出ΛCDM的宇宙学约束，发现动态暗能量偏好持续存在，且对其他参数约束有显著影响。
2026-08-12 astro-ph.CO
Cosmology with Rayleigh Scattering of the Cosmic Microwave Background
宇宙微波背景（CMB）一直是宇宙学研究的宝库。在未来十年中，目前和计划中的CMB实验预计将耗尽几乎所有的原始CMB信息。为了进一步约束宇宙学模型，测量主模之外的信号有很大的好处。宇宙微波背景辐射的瑞利散射是额外宇宙学信息的来源之一。它是由复合过程中形成的中性物质对CMB光子的额外散射引起的，并表现出强烈而独特的频率标度（$\propto ν^4$）。我们将证明，在频率通道上具有足够的灵敏度，瑞利散射信号不仅应该是可检测的，而且可以显着提高宇宙学参数的约束能力，对计划的实验进行有限的或没有额外的修改。我们将提供启发式的解释，为什么某些宇宙学参数受益于测量的瑞利散射信号，并确认这些直觉使用Fisher形式主义。特别地，瑞利散射的观测允许对$N_{\rm eff}$和$\sum m_ν$的测量的显著改进。
2020-08-26 astro-ph.CO
Cosmological parameter measurement and neutral hydrogen 21 cm sky survey with the Square Kilometre Array
为了精确测量宇宙学参数并回答宇宙学中的基本问题，除了拟议的下一代光学巡天项目之外，还需要开发新的、强大的宇宙学探测器。中性氢21厘米巡天将为研究宇宙晚期演化提供一个有前途的工具，有助于揭示暗能量的本质。平方公里阵列是世界上最大的射电望远镜，将在不久的将来建成，它将把21厘米宇宙学推向一个新的时代，极大地促进宇宙学在未来几十年的发展。
2020-04-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Hubble tension: A decade review
Ningbo University（宁波大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院理论物理研究所）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP)（亚太理论物理中心）
综述哈勃常数张力的现状，探讨早期与晚期宇宙观测差异的起源，并评述通过修改声视界、超新星绝对星等或相互作用暗能量模型等解决方案。
2026-07-15 astro-ph.CO
The decade of galaxy formation: pitfalls in the path ahead
在这十年之交，我们可以说从精确宇宙学的时代进入了星系形成的时代。解决这个问题的一种方法是通过构建全面的星系样本。在这篇评论中，我借此机会强调了一些挑战，必须克服之前，我们可以使用这些数据来构建一个强大的经验蓝图的星系演化。这里简要强调的问题是：哈勃音叉与星系成分，结构的层次，结构分解的准确性，星系测光，不完整性，宇宙方差，测光与光谱红移，波长偏差，尘埃衰减，与理论脱节。这些问题基本上构成了GAMA调查的主要动机之一，作为其目标之一，GAMA调查将建立一个完整的综合性kpc分辨率3D多波长（UV-Opt-IR-Radio）数据库，包含250 k个星系系统，z <0.5。
2010-01-22 astro-ph.CO
Probing cosmology with bright sirens from the CosmoDC2_BCO LSST synthetic catalog
Universidade Federal do Espírito Santo（圣埃斯皮里图联邦大学）；Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia（跨机构电子天文学实验室）；INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的的里雅斯特天文台）；IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）
利用第三代探测器网络与罗马超新星样本，通过联合分析缓解H_0张力并提升宇宙学精度。
2026-01-31 astro-ph.CO
Type Ia Supernovae and the discovery of the Cosmic Acceleration
我提出了一个审查的研究和分析路径，收敛，使Ia型SNe目前最成熟的宇宙学距离估计。叙述从20世纪早期的第一批作品开始，以最近的成果结束。这篇评论是由高Z超新星搜索小组的一名成员撰写的，该小组是一个国际天文学家小组，于1998年发现了宇宙加速。这一结果在1999年被超新星宇宙学项目证实，并获得了一系列令人印象深刻的认可，最终获得了诺贝尔物理学奖。这篇评论是对宇宙学有浓厚兴趣的物理学家的思考，他们可能会思考为什么在几十年来无法就宇宙膨胀的速度达成一致之后，天文学家如此迅速地同意宇宙加速。
2011-12-04 astro-ph.CO physics.space-ph
What have we learned from observational cosmology ?
我们回顾了$Λ$ CDM模型的观测基础，它被大多数宇宙学家认为是宇宙学的标准模型。宇宙学原理，模型的一个关键假设被证明是越来越准确的验证。宇宙似乎是从炽热而致密的过去膨胀出来的，这一事实得到了许多独立探测器的支持（星系红移、宇宙微波背景、大爆炸核合成和再电离）。在过去几十年里，详细观测的爆炸使得精确测量弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克宇宙学中的宇宙学参数成为可能，从而产生了$Λ$ CDM模型：一个明显平坦的宇宙，由一个宇宙学常数主导，其物质成分主要是暗的。我们描述和讨论了导致这一结论的各种观测探测，并得出结论，$Λ$ CDM模型，虽然留下了一些悬而未决的问题，关于宇宙的组成部分的深层性质，提供了最好的理论框架来解释的意见。
2013-04-16 astro-ph.CO physics.hist-ph
The Redshift Difference in Gravitational Lensed Systems: A Novel Probe of Cosmology
本文提出利用多像引力透镜系统中的红移差作为红移漂移的累积信号来探测宇宙学，表明其对物质和暗能量密度敏感但独立于哈勃常数，且一千个透镜源即可稳健约束宇宙学参数。
2023-08-15 astro-ph.CO
Gravitational wave astronomy and cosmology
引力波对物质作用的首次直接观测最近由BICEP 2实验报道。正在安装先进的地面引力波探测器。它们很快就会投入使用，然后开始搜索高灵敏度的高频引力波，人们普遍预计，这种高灵敏度的引力波可以探测到恒星质量黑洞和中子星等致密天体。脉冲星定时阵列继续改善纳赫兹频率下引力波的边界，并可能在与地面探测器大致相同的时间尺度上探测到信号。天基干涉仪瞄准毫赫兹源的科学理由非常充分。引力波发现的十年即将开始。在2013年TAUP会议上的演讲中，我们将简要回顾引力波和引力波探测器的物理学，然后讨论这些测量在不久的将来进行宇宙学测量的前景。
2014-05-02 astro-ph.CO gr-qc
AtLAST -- Cosmology with submillimetre galaxies magnification bias
Universidad de Oviedo（奥维耶多大学）；Instituto Universitario de Ciencias y Tecnologías Espaciales de Asturias (ICTEA)（阿斯图里亚斯宇宙科学与技术大学研究所）；Institute of Space Sciences (ICE, CSIC)（空间科学研究所）；Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo（奥斯陆大学理论天体物理研究所）；Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学物理系）；INFN Sezione di Roma2, Università di Roma Tor Vergata（罗马第二国立核物理研究所，罗马托尔维加塔大学）；ESO（欧洲南方天文台）；Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)（加那利群岛天体物理研究所）；Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna（拉古纳大学天体物理学系）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）；Joint ALMA Observatory（ALMA联合天文台）
AtLAST通过亚毫米波段观测提升放大偏倚在宇宙学研究中的应用，利用其高精度数据克服现有限制，推动高精度宇宙学发展。
2025-12-15 astro-ph.CO
The era of precision cosmology with voids
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；ICTP, International Centre for Theoretical Physics（国际理论物理中心）
利用空洞进行精确宇宙学研究，通过统计工具和理论模型分析空洞特性，以约束宇宙学参数并推动基础科学的发展。
2026-01-20 astro-ph.CO
Cosmology with strong gravitational lenses
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
该研究探讨利用强引力透镜作为独立宇宙学探针，借助JWST等设备及建模进展，已实现H₀的3%精度测量与暗物质自相互作用的初步探测，未来巡天将大幅增加透镜数量以助力解决宇宙学关键问题。
2026-10-15 astro-ph.CO
Future Steps in Cosmology using Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
自从90年代中期COBE/FIRAS的测量以来，我们知道在平均温度T0~2.726K范围内，宇宙微波背景（CMB）的能谱非常接近理想黑体的能谱。然而，一些早期宇宙过程预计会造成CMB光谱失真-平均CMB能谱偏离黑体-在当今技术范围内的水平。这为研究CMB光谱失真的物理学提供了强大的动力，并询问这些小信号可能能够告诉我们关于我们所生活的宇宙的信息。在这次演讲中，我将对最近的理论和实验发展进行粗略的概述，解释为什么未来对CMB的光谱测量将为早期宇宙和粒子物理学打开一扇未经探索的新窗口。我将介绍不同类型的扭曲，它们如何演变和热化，并强调一些可能导致它们的物理过程。我希望能够说服你，CMB光谱扭曲可以在CMB宇宙学中开辟一条令人兴奋的新道路，这是对计划和正在进行的原始B模式偏振信号搜索的补充。因此，作为今后几十年活动的一部分，应非常认真地考虑频谱失真问题。
2018-06-07 astro-ph.CO
Where will Einstein fail? Lessons for gravity and cosmology
爱因斯坦的广义相对论是理论物理学中经验成功和数学优雅的基准例子。然而，尽管是物理学中最成功的理论，但对于为什么广义相对论会失败，有强有力的理论和观测论据。这不是一个是否的问题，而是一个何时何地的问题！我首先回顾过去三十年来观测宇宙学的巨大成功，这导致了精确宇宙学的时代。然后，我将总结爱因斯坦引力理论中的病态，作为标准宇宙模型的基石。试图解决这些病态的灵感要么来自数学的优雅，要么来自经验的可证伪性。在这里，我提供了不同的论点，为什么一个可证伪的解决方案应该违反洛伦兹对称性，或恢复“引力以太”。因此，爱因斯坦引力理论的偏差预计会出现在：1）宇宙学的物质-辐射跃迁，2）中子星，3）引力磁效应，4）天体物理学的黑洞，以及它们与暗能量的潜在联系，5）早期宇宙，其中的预测根据其鲁棒性和可证伪性的程度进行排名。
2012-03-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Cosmology with Peculiar Velocity Surveys
本综述系统阐述本动速度的物理起源、测量与统计分析方法，并介绍当前及未来巡天如何通过精确约束大尺度结构增长率来检验引力与标准宇宙学模型。
2025-02-18 astro-ph.CO
Testing General Relativity in Cosmology
本文综述了在宇宙学尺度上检验广义相对论的最新进展和结果。在过去的二十年里，这门学科以解决宇宙加速和与之相关的暗能量问题为目标，得到了迅速的发展。然而，随着精密宇宙学的出现，它本身也成为了一个在宇宙尺度上检验引力物理的积极努力。我们概述了宇宙学探测重力，形式主义和参数化测试偏离GR在宇宙尺度，选定的修改后的重力（MG）理论，引力筛选机制，并为这些测试开发的计算机代码。然后，我们提供了最近的宇宙学约束MG参数和选定的MG模型的摘要。我们补充这些宇宙学的限制，从最近的二元中子星合并事件的影响总结。接下来，我们总结了MG参数预测与天体物理系统，将占主导地位的不确定性的一些结果。该评论旨在提供一个主题的全貌，并为有兴趣加入该领域的学生和研究人员提供一个切入点。它也可以作为一个快速参考最近的结果和限制测试重力在宇宙尺度。
2018-12-31 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
An accurate fluid approximation for massive neutrinos in cosmology
针对宇宙学 Boltzmann 求解器中大质量中微子计算昂贵的问题，本文引入声速尺度依赖性以刻画中微子流体色散，提出改进流体近似，在 $z\lesssim5$ 时将传递函数误差降至约5%以内。
2023-07-06 astro-ph.CO
The limits of cosmology
本文论证月球是建造大型望远镜的理想场所，这些望远镜能探索早期宇宙、系外行星等奥秘，并回答宇宙中是否孤独的终极问题。
2025-09-09 astro-ph.CO
Overview: Cosmology with the SKAO
Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）；University of the Western Cape（西开普敦大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
介绍利用SKAO开展宇宙学研究，其能与其他波长协同改变射电波段宇宙学研究能力。通过不同巡天数据组合校准系统误差，结合多种探测器精确测试ΛCDM模型，还能测量宇宙膨胀历史等，概述了前期巡天成果及向SKA宇宙学的进展。
2026-07-15 astro-ph.CO
Bridging the gap: spectral distortions meet gravitational waves
引力波（GWs）具有探测整个宇宙历史的潜力，这是由于它们在发射后与热浴和任何介入物质几乎完美地解耦。近年来，GW宇宙学已经从仅仅是一个令人兴奋的前景发展成为一个积极追求的发现途径，早期的结果非常有希望。正如我们在本文中所强调的，宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变（SD）在六十年的频率上独特地探测了GW，弥合了天体物理学高频和宇宙学低频测量之间的差距。这意味着SDs不仅将补充其他GW观测，而且将成为某些尺度上物理过程的唯一探测器。为了说明这一点，我们探讨了各种拟议的SD任务的约束力的一些唯象的情况下：早期宇宙相变（PT），GW生产通过SU（2）和超轻U（1）轴子的动力学，和宇宙弦（CS）网络崩溃。我们强调了一些区域的参数空间已经排除了COBE/FIRAS的数据，采取了二十多年前。为了便于在任意模型中实现SD约束，我们提供了GW 2SD。该工具计算窗口函数，它可以轻松地将GW光谱映射到SD振幅，从而为具有SD的GW宇宙学打开另一个门户，对粒子物理现象学具有广泛的影响。
2021-07-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Exploring Bouncing Cosmologies with Cosmological Surveys
根据最近来自天空的观测数据，我们最近在理论宇宙学领域有两个重要的方向。首先，我们现在能够利用目前的观测，如普朗克和BICEP 2数据，来检验几十年前标准暴胀$Λ$ CDM的理论预测。其次，我们可以寻找新的宇宙学特征，作为探索标准宇宙范式之外的物理学的一种方式。特别是，早期宇宙模型的一个子集承认一个非奇异的反弹解决方案，试图解决大爆炸奇点的问题。近年来，这些模型取得了一系列重大发展，特别是在微扰框架方面，这些框架对当前和未来观测中可能可见的宇宙学特征做出了全新的预测。在这篇文章中，我们提出了两个非常早期的宇宙物理学的代表性范例。第一种是所谓的新物质（或物质爆炸）反弹场景，在这种场景中，宇宙从物质主导的收缩阶段开始，并过渡到爆炸阶段。在这种范式的背景下，我们提出了一些可能的机制，产生一个红色倾斜的原始曲率微扰，并面对它的一般预测与最近的宇宙学观测。第二种是物质反弹暴胀，它可以被看作是暴胀宇宙学的延伸，在暴胀之前物质会收缩。我们提出了一类可能的模型构造，并审查其对当前CMB实验的影响。最后，我们回顾了这些范式的显着成就以外的通货膨胀$Λ$ CDM模型，我们希望在未来十年的观测宇宙学的方向，新的光。
2014-06-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Loop Quantum Cosmology: Physics of Singularity Resolution and its Implications
本文总结圈量子宇宙学中各类时空的奇点消解现象及物理意义，分析不同量子化方案下结果的鲁棒性，指出量子几何离散性使大爆炸被大反弹取代，还为经典暴胀等图景提供紫外完备描述。
2023-04-11 astro-ph.CO gr-qc
`Standard' Cosmological model & beyond with CMB
观测宇宙学在过去十年中确实取得了非常迅速的进展。由于来自结构形成的观测限制，量化宇宙的能力得到了很大的提高，CMB各向异性的测量以及最近的极化起了非常重要的作用。除了精确确定“标准”宇宙学模型的各种参数外，观测还确立了构成宇宙学模型和宇宙结构形成基础的一些重要基本原则-平坦的、统计各向同性的宇宙中“因果”相关的初始扰动，原始密度扰动的绝热性质。这与暴胀范式的期望和早期宇宙暴胀最简单实现的一般预测是一致的。此外，引力不稳定性是这些初始扰动形成结构的既定机制。宇宙微波背景辐射的各向异性和极化是早期宇宙中新的、可能是基本的物理学最令人信服的证据。该社区现在正在超越宇宙学工作“标准”模型参数的估计，寻找早期宇宙物理学的微妙、特征特征信号。
2011-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The DECADE cosmic shear project I: A new weak lensing shape catalog of 107 million galaxies
本文构建了基于DECam数据的1.07亿星系弱透镜形状星表，经Metacalibration校准后覆盖5412平方度，有效数密度4.59每平方角分，并验证其可用于宇宙学分析。
2025-10-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
High-redshift Cosmology by Gamma-Ray Bursts: an overview
本文综述 GRB 相关关系及其作为高红移宇宙学探针的应用，强调偏差校正、多探针联合、似然选择、宇宙志和机器学习的重要性。
2024-10-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Astrophysics, cosmology, and fundamental physics with compact binary coalescence and the Einstein Telescope
目前正在建造的第二代干涉引力波探测器预计将在本十年内进行首次探测。这将坚定地确立引力波物理学作为一门经验科学的地位，并将开辟天体物理学、宇宙学和基础物理学的新纪元。通过第一次探测，我们将能够确定短硬伽马射线暴的性质，明确证实黑洞的存在，以完全独立的方式测量哈勃常数，并首次获得真正的引力强场动力学。因此，现在是时候考虑这个新领域的长期未来了。爱因斯坦望远镜（ET）是第三代引力波天文台的具体概念性提议，它在应变方面的灵敏度将是第二代探测器的10倍。这将使人们能够接触到宇宙学距离上的辐射源，并相应地提高探测率。我给出了ET的科学案例的概述，重点是从合并紧凑二进制文件发出的信号中可以学到什么。第三代天文台将使我们能够将合并率映射到红移z ~ 3，确定中子星和黑洞的质量函数，并对中子星状态方程进行精确测量。ET将使我们能够研究宇宙的大尺度结构和演化，而无需借助宇宙距离阶梯。最后，我将讨论它如何实现强场动态重力的高精度测量。
2013-03-29 astro-ph.CO gr-qc
Cold dark matter haloes in the Planck era: evolution of structural parameters for Einasto and NFW profiles
本文从普朗克卫星出发，讨论了宇宙学中弛豫冷暗物质晕结构的演化。我们的模拟涵盖了50年的晕质量，从矮星系到星系团。由于物质密度和功率谱归一化的增加，普朗克宇宙学中的浓度质量关系在红移z=0处的归一化比WMAP宇宙学高20%。我们证实，CDM晕更好地描述了Einasto配置文件，例如，在星系半光半径附近的尺度CDM晕有显着陡峭的密度分布比暗示NFW拟合。在固定的晕质量下，Einasto形状参数的分散度为0.2 dex，进一步增加了CDM晕轮廓的多样性。在我们的模拟中的浓度质量关系的演变是没有重现的任何分析模型在文献中。因此，我们提供了一个简单的拟合公式，准确地描述了红移z=5到z=0之间的演化NFW和Einasto拟合。最后，观测到的浓度和晕质量的旋涡星系，集团和星系团在低红移与我们的模拟吻合得很好，表明只有温和的晕反应星系形成在这些尺度上。
2014-04-29 astro-ph.CO
Unveiling the Galaxy Cluster - Cosmic Web Connection with X-ray observations in the Next Decade
近年来，星系团外围已成为研究宇宙大尺度结构生长的新前沿和独特实验室之一。现代宇宙学流体动力学模拟对发射X射线的星系团内介质的热力学和化学演化做出了可靠和可检验的预测。然而，最近的X射线和Sunyaev-Zeldovich效应观测揭示了与理论预测的神秘分歧，这激发了对在星团外围的Virialization区域运行的大量天体物理过程的更深入研究。星系团外围的许多物理性质与核心有着本质的不同，核心是过去几十年来X射线星系团科学研究的主要焦点。为了揭示星系团和宇宙网成长的全部情况及其在宇宙学中的应用，需要下一代X射线望远镜，该望远镜应在大视场上具有亚弧秒空间分辨率，并具有低而稳定的仪器背景。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Listening Across the Cosmic Time: Standard Sirens from Ground- and Space-Based Missions in the Next Decade
本研究预测了未来十年结合地基LVK网络与空基LISA的标准汽笛观测，联合电磁对应体红移测量可在多红移段实现高精度哈勃参数约束，同时指出无电磁对应体的标准汽笛贡献有限且需注意质量分布演化的系统误差。
2025-10-03 astro-ph.CO
Towards Precision Photometric Type Ia Supernova Cosmology with Machine Learning
本论文面向大规模测光巡天时代，提出SCONE超新星测光分类、Photo-zSNthesis纯测光红移估计及通用机器学习鲁棒性改进方法，为精确测光Ia型超新星宇宙学提供关键技术支持。
2024-06-06 astro-ph.CO
Cosmology from HI galaxy surveys with the SKA
平方公里阵列（SKA）有可能产生星系红移调查，这将是竞争的其他国家的最先进的宇宙学实验在未来十年。在本章中，我们总结了SKA第一和第二阶段在其当前设计状态下能够实现的能力。我们总结了不同的宇宙学实验，这些实验在本书的其他章节中有更详细的描述。SKA将能够在其两个阶段产生具有竞争力的重子振荡（BAO）测量。SKA的第一阶段将提供与光学和红外实验类似的测量，具有完全不同的系统效应，而第二阶段在统计能力方面是转型的。SKA将产生非常精确的红移空间失真（RSD）测量，由于星系数量众多，在较低的红移下优于其他实验。来自SKA的星系红移数据与射电连续谱巡天和光学巡天的交叉相关将提供非常好的光度红移校准以及非常好的重力修正界限。基于主成分分析（PCA）的方法，我们发现，SKA将能够提供竞争性的限制暗能量和修改后的重力模型。由于SKA覆盖的面积很大，这将是一个从最大尺度测量物理学的转型实验，例如从$\textrm{f}_{\textrm{nl}}$测量非高斯信号。最后，SKA可能会产生第一个实时测量的红移漂移。SKA将成为宇宙学的一台转型机器，因为它从早期的第一阶段发展到其全部力量。
2015-01-16 astro-ph.CO
Neural Networks Optimized by Genetic Algorithms in Cosmology
本文提出用遗传算法自动优化宇宙学中人工神经网络的超参数，并在距离模数重建、quintessence状态方程推断和测光红移预测三个案例中验证其优于传统网格搜索方法。
2023-02-08 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.ML
Dynamical systems applied to cosmology: dark energy and modified gravity
1998年获得诺贝尔奖的科学家证实了宇宙的加速膨胀，这一发现使人们更加关注需要一个一致的理论模型来解释这种加速膨胀的起源。因此，在过去的20年里，我们在理论和观测方面做出了巨大的努力，以提高我们对宇宙的理解。描述均匀和各向同性宇宙动力学的宇宙学方程是常微分方程组，研究这些方程组的最好方法之一是将它们转换为动力学系统的形式。这使得使用强大的分析和数值方法，以获得一个定量的了解所研究的模型所得出的宇宙动力学。在这篇综述中，我们将这些技术应用于宇宙学。我们首先简要介绍了动力系统，不动点，线性稳定性理论，李雅普诺夫稳定性，中心流形理论和更先进的主题有关的全球结构的解决方案。使用这种机制，然后我们分析了大量的宇宙学模型，并显示如何稳定的条件，使他们受到严格的限制，甚至排除了纯理论的理由。我们还能够通过与观测数据的比较来确定那些值得进一步深入研究的模型。这篇评论是对宇宙学模型中动力系统应用的全面而详细的研究，重点关注我们宇宙的晚期行为，特别是它的加速膨胀。在自包含的部分，我们提出了大量的模型，从规范和非规范的标量场，相互作用的模型和非标量场模型，通过修改重力的情况。选定的模型进行了详细讨论，并解释晚时间宇宙学的背景下。
2018-12-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
