Effort: a fast and differentiable emulator for the Effective Field Theory of the Large Scale Structure of the Universe
本文发布快速可微的 EFTofLSS 仿真器 Effort,结合先进数值方法与预处理策略,并通过与 pybird 的贝叶斯后验对比验证其高精度与高效率。
2025-01-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Strongly lensed repeating Fast Radio Bursts as precision probes of the universe
快速射电暴(FRB)是一种明亮的瞬变现象,持续时间为$\sim$ GHz,典型的红移可能是$>0.8$,它们很可能被居间星系引力透镜化。由于强透镜FRB的图像之间的时间延迟可以测量到非常高的精度,因为典型的星系透镜延迟时间$\sim\mathcal{O}$(10天)和爆发的宽度$\sim\mathcal{O}$(ms)之间的大比例$\sim10^9$,我们建议强透镜FRB作为宇宙的精密探测器。我们表明,在平坦的$Λ$ CDM模型中,哈勃常数$H_0$可以用$\sim0.91\%$的不确定性来约束,该不确定性来自可能在$<$ 30年内用平方公里阵列(SKA)观测到的10个这样的系统。更重要的是,宇宙曲率可以被模型独立地约束到$\sim0.076$的精度。这一约束可以直接检验宇宙学原理的有效性,打破宇宙曲率与暗能量之间难以克服的简并性。
2018-10-13 astro-ph.CO gr-qc
A fast semi-discrete optimal transport algorithm for a unique reconstruction of the early Universe
我们利用来自最优输运理论的强大数学工具,并将其转化为一种有效的算法来重建原始密度场的波动,该算法建立在求解Monge-Ampère-Kantorovich方程的基础上。我们的算法计算初始均匀连续密度场之间的最佳传输,划分成拉盖尔细胞,和离散点质量的最终输入集,连接早期到晚期宇宙。虽然现有的早期宇宙重建算法的基础上完全离散的组合方法被限制在几十万点,我们的算法规模远远超过这个限制,因为它采取了一个适定的光滑凸优化问题的形式,使用牛顿法求解。我们运行我们的算法的宇宙学$N$体模拟,从AbacusCosmos套件,并重建$\mathcal{O}(10^7)$粒子的初始位置在几个小时内与现成的个人电脑。我们表明,我们的方法允许一个独特的,快速和精确的恢复的初始功率谱的微妙功能,如重子声学振荡。
2020-12-16 astro-ph.CO cs.NA math.AP
Fast Radio Bursts as probes of the late-time universe: a new insight on the Hubble tension
本研究利用64个已定位的快速射电暴样本,通过贝叶斯分析测量晚期宇宙的哈勃常数,结果与早期宇宙测量不重叠,加剧了哈勃常数张力。
2025-04-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dark Matter Freeze-in Production in Fast-Expanding Universes
如果暗物质是在大爆炸核合成之前的早期宇宙中产生的,那么修改后的宇宙历史可以极大地影响残余暗物质粒子的丰度。在这里,我们假设一个额外的物种辐射在早期占主导地位,导致在一个给定的温度下的膨胀率大于在标准的辐射主导的情况下。我们证明,如果是这种情况下,暗物质生产通过冻结(一种情况下,当暗物质相互作用非常弱,并倾倒在早期宇宙的平衡衰变或散射过程中涉及粒子在热浴)是显着抑制。我们说明和定量和分析研究这一现象的三个不同的范式类冻结的情况。为了使冻结的暗物质丰度与观测结果一样大,暗物质和可见扇区粒子之间的耦合必须增强几个数量级。这为探测冻结产生的暗物质的实验和观测前景带来了一些乐观的前景。
2018-02-22 astro-ph.CO hep-ph
BINGO-ABDUS: a radiotelescope to unveil the dark sector of the Universe
本文回顾了BINGO射电望远镜国际合作项目,并提出ABDUS项目,通过结合主单碟望远镜、相控阵和外置站,以单独识别快速射电源并探索宇宙历史。
2023-09-10 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
A Louder Gravitational Wave Bang from a Fast-Expanding Universe
本文指出,早期宇宙更快的膨胀速率可显著增强暗扇区一级相变产生的引力波信号,从而扩大与NANOGrav观测匹配的可能情景。
2025-02-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Discovery of an isolated dark dwarf galaxy in the nearby universe
基于使用500米口径球面射电望远镜(FAST)进行的新HI调查,结合Pan-STARRS 1图像,我们确定了一个孤立的HI云,命名为FAST J 0139 +4328。新发现的HI云在全球HI剖面上具有双峰形状,在速度位置图上具有S型旋转结构,是一个典型的盘状星系。此外,这个盘状星系的绝对星等(M_B>-10.0等)和恒星质量(<6.9*10^5 Msun)都非常低。此外,我们还得到该星系的HI质量为8.3*10^7 Msun,动力学质量与重子总质量之比为47+-27,这意味着在FAST J 0139 +4328中,暗物质占主导地位。这些发现提供了观测证据,表明FAST J 0139 +4328是一个孤立的暗矮星星系,红移为z=0.0083。这是第一次在附近的宇宙中发现一个孤立的暗星系。
2023-02-06 astro-ph.CO
2-FAST: Fast and accurate computation of projected two-point functions
本文提出了一种快速精确的球面贝塞尔变换(2-FAST)算法,该算法可以快速精确地计算包含一个或两个球面贝塞尔函数的积分。这些类型的积分发生在将星系功率谱$P(k)$投影到位形空间$ξ_\ell^ν(r)$或球谐空间$C_\ell(χ,χ')$上时。首先,我们采用的FFT对数变换的功率谱的计算分为$P(k)$相关的系数和$P(k)$无关的基础函数乘以球面贝塞尔函数的积分。我们发现解析表达式为后者积分的特殊功能,递归提供了一个快速和准确的评价。因此,该算法避免了直接积分高度振荡的球面贝塞尔函数。
2017-12-14 astro-ph.CO
A luminous fast radio burst that probes the Universe at redshift 1
本文观测到位于红移1.016宿主星系中的明亮快速射电暴FRB 20220610A,证实其色散源于星际介质,并据此修订了FRB的最大能量。
2023-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
When the Universe Expands Too Fast: Relentless Dark Matter
我们考虑一个修改的标准宇宙学的历史,包括引入一个新的物种$ϕ$,其能量密度红移的比例因子$a$一样$ρ_ϕ\propto a^{-(4+n)}$。对于$n>0$,这种红移比辐射快,因此新物种在早期主导宇宙的能量预算,而在晚期则完全可以忽略不计。如果在足够低的温度下达到与辐射能量密度相等,暗物质可以在新的宇宙学阶段作为热遗迹产生。与标准情况相比,暗物质在更高的温度下发生冻结,这意味着再现观测到的丰度需要更大的湮灭率。在这里,我们指出了一个全新的现象,我们称之为$\textit{relentless}$暗物质:对于足够大的$n$,不像标准的情况下,湮灭后不久就离开热平衡,暗物质粒子保持湮灭后很长一段时间离开化学平衡,与最后的遗迹丰度显着耗尽。对于s波和p波湮灭,分别发生$n \geq 2$和$n \geq 4$的无情湮灭,因此它发生在激发良好的场景中,例如具有激动相位的精华。我们讨论了一些微观实现新的宇宙学成分,并强调我们的计算暗物质搜索的现象学后果。
2017-03-14 astro-ph.CO hep-ph
Fast magnetic field amplification in the early Universe: growth of collisionless plasma instabilities in turbulent media
在这项工作中,我们报告的宇宙磁场放大由于碰撞等离子体不稳定性的数值研究。无碰撞磁流体动力学方程推导帐户的压力各向异性,导致在特定条件下,消防水龙带和镜像不稳定性。我们研究了在这种不稳定性的影响下,湍流中种子场的时间演化。给出了磁场随时间演化的近似解析解。数值模拟和分析预测进行了比较。我们发现:(1)磁场的放大作用在水龙带不稳定湍流区是有效的,而在镜像不稳定模型中则不是有效的;(2)磁能密度的增长速率比湍流发电机快得多;(3)有效的放大作用发生在小尺度上。通过数值模拟证实了生长时间尺度与压力各向异性比之间的相关性的解析预测。这些结果加强了这样一种观点,即压力各向异性-在湍流无碰撞介质中自然驱动,例如星系际介质-可以有效地放大早期宇宙(后重组时代)的磁场,在第一个大尺度引力结构崩溃之前。这种机制虽然对于小尺度场($\sim$ kpc尺度)是快速的,但是不能在大尺度下提供相对强的磁场。此处未考虑的其他机制(例如,一旦不稳定性被淬灭,碰撞湍流,速度剪切,或引力诱导的气体流入星系和星系团)可以在之后的长期演化中建立大尺度相干场结构。
2015-06-21 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
$r$-process nucleosynthesis in the early Universe through fast mergers of compact binaries in triple systems
晕星的表面丰度观测暗示了在低金属丰度($\rm{[Fe/H]< -3}$)下发生的$r$过程核合成,可能发生在第一颗恒星形成后的第一个$10^8$年内。宇宙早期$r$过程核合成的可能位置是黑洞-中子星或中子星-中子星双星合并的喷出物。在这里,我们研究的倾斜-偏心率振荡引起的第三(如一颗星)的合并的时间尺度上的内部紧凑的物体双星的影响。我们的结果是高度敏感的假设的初始分布的内部二进制半长轴。分布与大多数宽紧凑的对象二进制的影响最大的第三个对象,导致在一个强大的增加(超过2倍)的分数快速合并。相反,如果分布优先填充非常接近的紧凑型双星,广义相对论岁差防止第三个机构增加内部的双星离心率非常高的值。在最后一种情况下,合并二进制文件的比例因第三个对象而增加得少得多,但即使没有第三个对象,在$10^8$ yr内合并的二进制文件的比例已经很高了。我们的研究结果提供了额外的支持,紧凑的对象合并的情况下,$r$过程核合成。
2018-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts
宇宙中超过四分之三的重子物质处于难以观测的高度扩散状态,只有一小部分直接在星系和星系团中观测到。对附近宇宙的普查已经使用吸收线光谱来观察这些不可见的重子,但这些测量依赖于大而不确定的修正,并且对大部分体积和可能的质量不敏感。具体来说,类星体光谱学要么对原子状态下存在的非常微量的氢敏感,要么对星系附近密集区域中高度电离和富集的气体敏感。Sunyaev-Zel'dovich的分析提供了一些气体存在于星系结构中的证据,而X射线发射的研究对星系团附近的气体最为敏感。在这里,我们报告的直接测量重子的宇宙内容使用的分散的局部快速射电暴(FRB)的样本,从而利用的效果,测量电子柱密度沿每个视线和帐户的每个电离重子。我们增加公布的角秒本地化FRB的样本与另外四个新的本地化的主机星系测得的红移为0.291,0.118,0.378和0.522,完成一个足够大的样本,以占色散变化沿视线和主机星系环境中推导出宇宙重子密度$Ω_{b} = 0.051_{-0.025}^{+0.021} \, h_{70}^{-1}$(95%置信度)。这个独立的测量值与宇宙微波背景和大爆炸核合成值是一致的。
2020-05-27 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Precision Early Universe Thermodynamics made simple: $N_{\rm eff}$ and Neutrino Decoupling in the Standard Model and beyond
精确测量有效的相对论中微子种类和原始元素丰度的数量,需要对标准模型和更高版本的早期宇宙观测值进行精确的理论预测。考虑到精确模拟早期宇宙热历史的复杂性,在这项工作中,我们扩展了作者以前提出的方法,以获得简单,快速和准确的早期宇宙热力学。该方法是基于近似,所有相关的物种可以描述的热平衡分布函数的特征在于由温度和化学势。我们将该方法应用于中微子在标准模型中的退耦,并发现$N_{\rm eff}^{\rm SM} = 3.045$ -与以前的国家的最先进的计算结果非常一致。我们应用该方法研究了在一个非常轻的($1\,\text{eV}<m_ϕ< 1\,\text{MeV}$)和弱耦合($λ\lesssim 10^{-9}$)亲中微子标量的存在下宇宙的热历史。我们发现我们的结果是在良好的协议与精确的刘维尔方程的解决方案。最后,我们发布了一个代码:NUDEC_BSM(有Mathematica和Python两种格式),用它可以在标准模型和其他模型中准确有效地解决中微子去耦问题:https://github.com/MiguelEA/nudec_BSM。
2020-05-27 astro-ph.CO hep-ph
Long lived inert Higgs in fast expanding universe and its imprint on cosmic microwave background
提出长寿命惰性标量在快速膨胀宇宙中经 freeze-in 衰变为暗物质与中微子,注入熵影响 $\ m ΔN_{eff}$,从而可通过 CMB 精确测量探测 FIMP 暗物质。
2022-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Measuring the cosmic proper distance from fast radio bursts
宇宙固有距离$d_P$是宇宙中的基本距离。与对应于角度大小的光度和角直径距离不同,适当的距离是从光源到观察者的光路长度。然而,之前没有测量过适当的距离。最近对一个重复的快速射电暴(FRB)的红移测量可以揭示正确的距离。我们发现,适当的距离红移关系确实可以从色散措施(DM)的FRB测量红移。从蒙特卡罗模拟中,我们发现大约500个具有DM和红移测量的FRB可以严格地约束适当的距离-红移关系。我们还表明,我们的宇宙的曲率可以约束与模型无关的方法,使用此导出适当的距离红移关系和观察到的角直径距离。由于FRB的高事件率,未来可以通过即将推出的仪器发现数百个FRB。适当的距离将在研究宇宙的加速膨胀和几何形状中发挥重要作用。
2017-08-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
Implications of NANOGrav results and UV freeze-in in a fast-expanding Universe
本研究提出含$Z_4$对称性的暗区模型,通过BBN前快速膨胀宇宙中的强一阶相变解释NANOGrav低频引力波信号,同时结合暗物质遗迹丰度约束快速膨胀参数需满足$n\lesssim 4$。
2024-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Dissecting Galaxies with Quantitative Spectroscopy of the Brightest Stars in the Universe
测量星系的距离,确定它们的化学成分,研究它们的恒星星族的性质和它们的星际介质的吸收特性是现代河外天文学的基本活动,有助于了解星系的演化和膨胀的宇宙。宇宙中光学上最亮的恒星,光谱A和B的蓝超巨星,是实现这些目的的独特工具。它们的绝对视星等可达M_V = -9.5,是利用现代恒星光谱定量分析方法获得星系精确定量信息的理想对象。对单个蓝超巨星目标的光谱分析提供了关于化学丰度和丰度梯度的宝贵信息,这比从HII区域获得的信息更全面,因为它包括了更多的原子种类,而且也更准确,因为它避免了通常应用于本星系群以外的旋涡星系HII区域的强线研究中固有的系统不确定性。与此同时,光谱分析为每个超巨星目标提供了恒星参数和星际消光,这提供了一种非常精确的方法,通过一种新开发的方法来确定河外距离,称为通量加权重力-亮度关系(FGLR)。使用目前这一代的10米级望远镜,这些光谱研究可以达到10 Mpc的距离。新一代的30 m级将允许将这项工作扩展到30 Mpc,这是本地宇宙的一个相当大的体积。
2010-02-25 astro-ph.CO
Can a primordial black hole or wormhole grow as fast as the universe?
这篇评论涉及的问题是否有物理现实的自相似的解决方案,其中一个原始的黑洞是附加到一个精确的或渐近弗里德曼模型的状态方程的形式$p=(γ-1)ρc^2$。在正压情形($1 < γ< 2$)中,当黑洞通过一个音速点附着在一个精确的弗里德曼背景上时,不存在这样的解。然而,有人声称,有一个单参数家庭的渐近弗里德曼黑洞解提供的黑洞的大小比宇宙学视界的大小是在一个狭窄的范围内超过一些临界值。也有“普适”黑洞,其中的黑洞有一个明显的视界,但没有事件视界。事实证明,这两种类型的解决方案只是渐近{ \it quasi}-弗里德曼,因为他们包含一个立体角赤字在大的距离,但他们不一定排除观测。我们还考虑了在标量场支配的宇宙中自相似黑洞解的可能性。如果场是无质量的,情况类似于刚性流体的情况,所以任何黑洞解都是人为的,尽管可能仍然存在普适的黑洞解。如果标量场像精粹情形那样,沿着势向下滚动,因而具有质量,那么情况就不那么清楚了。虽然没有明确的渐近弗里德曼黑洞解是已知的,他们不排除和比较与$0 < γ< 2/3$完美流体的情况表明,他们应该存在,如果黑洞不是太大。这意味着,在某些情况下,黑洞可能会以与精粹主导的宇宙中的宇宙视界一样快的速度增长,支持了这样一种假设,即吸积到原始黑洞上可能在星系核中的超大质量黑洞的产生中发挥了作用。
2010-03-17 astro-ph.CO gr-qc
Fast Flavor Oscillations of Astrophysical Neutrinos with $1,\,2,\,\ldots,\,\infty$ Crossings
在早期宇宙中,以及在超新星和合并的中子星中,中微子具有如此高的密度,以至于它们相互影响并表现出集体的味道振荡。快速集体味振荡的一个关键因素是电子轻子数(ELN)分布作为方向的函数改变其符号,即,有一个零交叉。我们提出了一个二维的研究,并显示如何快速风味振荡取决于ELN及其交叉点。我们发现,大量的交叉可以抑制风味振荡。这可能是一种自然的自我限制机制,在绝大多数情况下,特别是在早期宇宙中,稳定了致密中微子气体的味道含量,其中所有味道的角分布非常相似,交叉主要是由于波动而发生的。
2021-01-04 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Peculiar velocities in Friedmann universes with nonzero spatial curvature
本文将宇宙学奇特速度的线性研究扩展至非零空间曲率的Friedmann宇宙,利用相对论微扰理论推导了速度演化公式,发现相对论分析支持更强的线性增长率,且正曲率下增长更快,负曲率下增长更慢。
2024-08-26 astro-ph.CO gr-qc
Fast and accurate mock catalogue generation for low-mass galaxies
我们提出了一个准确和快速的框架,用于生成模拟目录,包括低质量晕,COmoving拉格朗日加速(COLA)技术的实施的基础上。模拟目录的多个实现对于大尺度结构的分析是至关重要的,但是传统的N体模拟对于产生数千个实现来说在计算上太昂贵。我们表明,COLA模拟可以产生准确的模拟目录与适度的计算资源的低到中等质量的星系在$10^{12} M_\odot$晕,无论是在真实的和红移空间。COLA模拟具有精确的特有速度,当k < 0.15 h/Mpc时,速度功率谱中没有系统误差,当k < 0.2 h/Mpc时,只有3%的误差。我们使用COLA与10个时间步长和Halo职业分布产生600个模拟星系目录的WiggleZ暗能量调查。我们用于高效生成准确晕目录的并行代码可在github.com/junkoda/cola_halo上公开获得。
2015-07-19 astro-ph.CO
Cosmic baryon census with fast radio bursts and gravitational waves
College of Sciences, Northeastern University(东北大学理学院);School of Medical Devices, Shenyang Pharmaceutical University(沈阳药科大学医疗器械学院)
通过快速射电暴和引力波联合探测,获得无H_0约束的宇宙质子密度测量,解决H_0张力与缺失质子问题。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Physics of Fast Radio Bursts
本文综述了快速射电暴(FRBs)的现象学及底层物理,涵盖观测数据、等离子体物理、辐射机制、源与环境模型及宇宙学探针应用,并探讨了当前问题与未来前景。
2024-01-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Local Universe Host for the Repeating Fast Radio Burst FRB 20181030A
我们报告了FRB 20181030 A的宿主关联,这是CHIME/FRB合作组织等人发现的具有低色散测量(DM,103.5 pc cm $^{-3}$)的重复快速射电暴(FRB)。使用基带电压数据保存其重复突发,我们本地化的FRB的天空面积为5.3平方米。arcmin(90%置信度)。在FRB定位区域内,我们确定NGC 3252为最有希望的宿主,估计机会符合概率为$< 2.5 \times 10^{-3}$。此外,我们没有发现任何其他星系的M $_{r} < -15$ AB等的本地化区域内的最大估计FRB红移为0.05。这排除了矮宿主比迄今为止发现的任何FRB宿主的亮度低5倍的可能性。NGC 3252是一个恒星形成的螺旋星系,距离$\approx$ 20 Mpc,是迄今为止发现的最近的FRB宿主之一。从我们的存档无线电数据搜索,我们估计在3 GHz的持续致密射电源(源大小$<$ 0.3千秒差距,20兆秒差距)的亮度的3 $σ$上限为${\rm 2 \times 10^{26} erg~s^{-1} Hz^{-1}}$,至少比FRB 20121102 A持续射电源小1500倍。我们还认为,人口的年轻毫秒磁星单独不能解释所观察到的体积率重复FRB。最后,FRB 20181030 A由于其邻近性,是限制FRB发射模型的一个有前途的来源,我们强烈鼓励其多波长后续研究。
2021-08-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
Re-ionizing the Universe without Stars
最近的观测表明,早期宇宙中恒星形成的测量速率不足以产生再电离,因此需要另一个电离光子源。在这个\emph{Letter}中,我们研究的可能性,这些可以提供的快速吸积冲击周围形成的最大质量的晕($10.5< \log M/M_{\odot} < 12$)的空间尺度为1千秒差距的核心。我们模拟这些快速吸积冲击的详细物理,并将其应用到一个简单的1-D球形流体动力学吸积模型中的Einasto密度分布的暗物质晕重子下落。从这些晕逃逸的紫外光子被延迟的时间,达到临界吸积激波速度的紫外光子逃逸的时间; 220 km s $^{-1}$,并通过时间,它需要这些光子吸积流周围的重子物质。假设在宇宙中重子物质跟踪暗物质,我们可以估计在吸积冲击单独作为紫外光子源的情况下再电离的时代。我们发现宇宙体积的50%(质量的5-8%)可以被$z \sim 7-8$电离。由于控制大尺度结构发展的宇宙学参数的不确定性,紫外线产生率具有约5倍的不确定性。因为我们的机制是一个急剧上升的函数减少红移,这种不确定性转化为一个再电离红移的不确定性小于$\pm0.5$。我们还发现,即使不包括紫外光子产生的恒星,再电离基本上是由$z \sim 5.8$完成。因此,快速吸积冲击可以在早期宇宙中提供一个重要的额外电离光子源。
2011-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE