Evolution of perturbation and power spectrum in a two-component ultralight axionic universe
研究了双分量超轻轴子宇宙中宇宙微扰的演化。我们提出了第一个频谱计算的扰动多组分宇宙。由轻极端轴子和自由大质量粒子组成的特殊情况为形成非常高红移的大质量星系提供了可能性，这些星系通常需要容纳大质量的早期类星体。我们的计算保留了单个轴子组件的扰动速度信息，为未来轴子暗物质模拟设置初始条件开辟了新的途径。
2021-05-14 astro-ph.CO
CosmicRIM : Reconstructing Early Universe by Combining Differentiable Simulations with Recurrent Inference Machines
在正演模拟框架下，从观测数据重建宇宙初始的高斯初始条件是宇宙学的一个主要挑战。这需要用昂贵的非线性正向模型来解决高维逆问题：宇宙学N体模拟。虽然棘手，直到最近，我们建议解决这个推理问题，使用自动可微N体求解器，结合递归网络学习推理方案，并获得宇宙初始条件的最大后验概率（MAP）估计。我们证明了使用现实的宇宙学观测值，学习推理是40倍的速度比传统的算法，如ADAM和LBFGS，这需要专门的退火方案，并获得更高质量的解决方案。
2021-04-26 astro-ph.CO
Black Hole Universe: Construction and Analysis of Initial Data
我们数值构造了一个由规则排列的等质量黑洞组成的膨胀非均匀宇宙模型的单参数初始数据族。它们是爱因斯坦方程真空解的初始数据。我们将这个宇宙模型称为“黑洞宇宙”，并分析这些初始数据的结构。研究了对应于哈勃参数的三维空间平均膨胀率与黑洞质量密度之间的关系。结果表明，在相邻黑洞之间的大间距极限下，实现了与Einstein-de Sitter宇宙相同的关系.讨论了宇宙学牛顿$N$体模拟对由黑洞组成的暗物质的适用性。当粒子间的距离大于其引力半径的20倍时，在远离粒子的区域，宇宙学牛顿$N$ -体系统的空间度规与黑洞宇宙的空间度规的偏差小于1%.相比之下，宇宙学牛顿$N$ -体系统的哈勃参数平方与黑洞宇宙的哈勃参数平方的偏差在相同的分离长度下约为20%。
2012-06-27 astro-ph.CO gr-qc
Learning the Universe: $3\ h^{-1}{\rm Gpc}$ Tests of a Field Level $N$-body Simulation Emulator
本文在3 h⁻¹Gpc体积中测试了场级N体模拟模拟器，该模拟器通过机器学习修正线性ZA场，与N体模拟统计一致性约5%，生成速度快千倍，为大规模宇宙学推断提供工具。
2025-02-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Redshift drift in a universe with structure II: Light rays propagated through a Newtonian N-body simulation
本研究基于GADGET-2与微扰FLRW度规计算模拟宇宙中的红移漂移，发现平均红移漂移等于平均红移的漂移，且光学漂移和特殊加速度贡献较小，与先前宇宙反作用模型结论相反。
2023-04-03 astro-ph.CO
Effect of cosmic backreaction on the future evolution of an accelerating universe
我们调查的影响，由于不均匀性对目前的宇宙的演化考虑一个双尺度模型内的Buchert框架。以观测到的宇宙当前的加速度作为基本输入，我们研究了不均匀性对未来演化的影响。我们发现，从不均匀性的反作用导致的加速度减慢，在未来的初始配置和模型参数的范围。目前的加速确保宇宙事件视界的形成，我们的分析带来了事件视界的影响如何可能进一步削减全球加速，甚至在某些情况下导致未来减速时代的出现。
2013-07-18 astro-ph.CO
Black Hole Universe: Time Evolution
模拟了黑洞格点宇宙的时间演化。本文数值求解了原点为黑洞的立方盒子中的真空爱因斯坦方程组，在所有对立面上施加周期性边界条件。定义有效的尺度因子，通过使用表面的面积和立方盒的边的长度，我们比较它们与爱因斯坦deSitter宇宙。结果表明，有效标度因子的行为与Einstein-deSitter宇宙中的行为非常接近。我们的结果表明，即使局部不均匀性是极端非线性的，局部不均匀性也不会显著影响宇宙的整体膨胀定律。
2013-09-26 astro-ph.CO gr-qc
Evolution of density perturbations in large void universe
我们研究了在不引入暗能量的情况下，大球形空洞宇宙中线性密度扰动的演化，这种扰动解释了宇宙体积膨胀的加速。该空隙的密度对比度在空隙中心处的观察者的光锥内并不大。因此，我们将空隙结构描述为观察者可观察区域内均匀各向同性宇宙中具有无量纲小参数$κ$的扰动。我们引入额外的各向异性扰动与无量纲的小参数$ε$，其演变是感兴趣的。然后，在均匀各向同性宇宙模型中，应用二阶微扰理论求解了$κε$阶微扰方程。通过这种方法，我们可以了解空穴结构对各向异性扰动的影响。结果表明，在大空洞宇宙中，各向异性密度扰动的增长率与均匀各向同性宇宙中的密度扰动的增长率有很大的不同。这一结果表明，星系分布的观测可能会对大空洞宇宙模型产生强有力的约束。
2012-06-06 astro-ph.CO gr-qc
The Cosmic Chemical Evolution as seen by the Brightest Events in the Universe
伽马射线暴（GRB）是宇宙中最明亮的事件。在过去的五年里，它们被用来研究从局部宇宙到第一批恒星的宇宙化学演化。与实地星系调查相比，样本量仍然相对较小。然而，GRB显示了一个令人惊讶的宇宙。当z > 2时，星系中的冷星际介质是化学演化的，平均金属丰度约为太阳的1/10。在较低的红移（z < 1），电离气体的金属丰度相对较低，平均为1/6太阳。不仅在0 < z < 6.3的区间内没有红移演化的证据，而且在~ 30个天体中的色散很大。这表明宿主星系的金属丰度不是触发伽玛暴事件的物理量。从对其他星系参数的研究来看，活跃的恒星形成可能是产生伽马射线暴的更强要求。最近几个引人注目的结果有力地支持了这样一种观点，即伽玛射线暴的研究为我们理解星系形成和演化打开了一个新的视角，回到z ~ 8的非常原始的宇宙。
2009-11-12 astro-ph.CO
Inflationary Gravitational Waves and the Evolution of the Early Universe
我们研究了早期宇宙中可能发生的各种现象对暴胀引力波谱的影响。这些现象包括相变、非相对论物质的熵产生、暗辐射的产生以及热浴中暗物质/辐射的退耦。这些事件可以在暴胀引力波谱中产生几个特征信号，这可能是对早期宇宙历史和高能物理性质的直接探测。
2013-07-22 astro-ph.CO hep-ph
To the theory of the Universe evolution
对最简单的非规范向量场的自洽解释导致了完全在爱因斯坦广义相对论框架内的宇宙时间演化的广泛的规则场景。纵向非规范矢量场是“链条中缺失的一环”，它表现出排斥弹性，并允许宏观描述宇宙演化的主要特征。奇异的大爆炸转变成一个规则的最大压缩的类暴胀状态，并在后期进一步加速膨胀。该理论的参数自由允许忘记微调的麻烦。在最有趣的情况下，爱因斯坦方程的解析解被发现。
2012-01-12 astro-ph.CO gr-qc
Chemical evolution of antimatter domains in early Universe
National Research Nuclear University MEPhI（国立研究核大学MEPhI）；Virtual Institute of Astroparticle Physics (VIA)（虚拟高能天体物理研究所(VIA)）；Institute of Physics, Southern Federal University（南联邦大学物理研究所）
研究早期宇宙中反物质领域在质子物质环境中的化学演化及生存条件与湮灭过程
2026-01-21 astro-ph.CO hep-ph
Origin & evolution of the Universe
这篇论文的目的是质疑一些基本假设，进入建立$Λ$ CDM模型，我们的宇宙。我们关注的假设是宇宙的初始条件，宇宙中大尺度的基本力以及分析宇宙学数据时所做的近似。对于每一个假设，我们概述了它们背后的理论理解，当前用于研究它们的方法以及如何改进它们，最后我们还进行了数值分析，以量化我们提出的扩展先前假设的新解决方案/方法。
2020-06-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Evolution of an Inhomogeneous Universe
本文提出了一种新的非均匀无旋尘埃宇宙动力学分析方法。一个完全非微扰的数值计算的时间依赖性的体积在这个框架中导致以下结果。如果宇宙的初始状态是爱因斯坦-德西特与小高斯扰动，那么没有加速，即使不均匀性强烈影响的演变。一个背景曲率为正的宇宙可以表现出加速，但不能与哈勃速率的合理值相结合。因此，只有引入一个正的宇宙学常数，才能得到这两个量的正确值。可能的漏洞，这一结论进行了讨论，特别是，加速作为一种错觉所造成的特殊性光传播在一个不均匀的宇宙仍然是可能的。独立于宇宙学常数问题，目前的形式主义应该为精确宇宙学提供一个重要的工具。
2014-07-22 astro-ph.CO gr-qc
The universe evolution in exponential $F(R)$-gravity
研究了可行指数$F(R)$ -引力的一般特征.提出了一个额外的修改，以稳定的有效暗能量振荡在物质时代，并应用到两个可行的模型。对宇宙未来的演化进行了分析。在此基础上，提出并研究了一种统一的早、晚加速度模型。
2013-01-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark energy and dark matter perturbations in singular universes
讨论了在有限时间内存在未来奇点的宇宙学模型中暗物质和暗能量密度扰动的演化。到目前为止，宇宙演化的几何测试并没有区分奇异宇宙和$Λ$ CDM方案。我们使用规范不变形式求解微扰方程。分析表明，在黑暗的部门内的奇异宇宙学的扰动演化的详细重建，表现出重要的差异之间的奇异宇宙模型和$Λ$ CDM宇宙学。这是令人鼓舞的进一步检查，并提供了希望，区分这些模型与未来的星系弱透镜实验，如暗能量调查（DES）和欧几里得或CMB的观察，如棱镜和核心。
2014-12-02 astro-ph.CO
Evolution of decaying particles and decay products in various scenarios for the future expansion of the universe
我们研究非相对论性粒子衰变成相对论性产品在大RIP，小RIP，和伪RIP模型的宇宙的未来演化。与发生在标准$Λ$ CDM中的衰变相反，在所有这些模型中，相对论性衰变产物的能量密度与初始衰变粒子的能量密度的比率$r$的演变可以随时间减小。在大裂缝和小裂缝模型中，$r$总是渐近地趋于零，而在伪裂缝模型中，该比率演化为无穷大或常数。
2021-12-03 astro-ph.CO hep-ph
Domain wall network evolution in (N+1)-dimensional FRW universes
我们开发了一个速度依赖的单尺度模型的畴壁网络在平坦的膨胀或塌陷均匀和各向同性的宇宙与任意数量的空间维度的演变，找到相应的标度律在摩擦和摩擦为主的制度。我们还确定了允许的曲率参数和膨胀指数的值的范围内的线性标度的解决方案是可能的无摩擦制度。
2011-01-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Simulating Rotating Newtonian Universes
本研究提出基于类哥德尔度规的无剪切刚体旋转宇宙数值模拟方法，利用StePS N体代码克服传统拓扑障碍，发现极向与赤道膨胀率存在明显各向异性，最大旋转下偏差超1%，对精密宇宙学意义重大。
2024-11-30 astro-ph.CO physics.comp-ph
Quantum dynamics of evolution of flat universe in the first stage
在量子模型的基础上，在弗里德曼-罗伯逊-沃克度规的框架下，研究了宇宙在第一演化阶段的形成及其进一步膨胀的过程，其中引入了一种新型物质，其能量密度取决于膨胀速度。结果表明，这种改进的模型在$k=0$处形成了平坦宇宙的势垒（与广义Chaubergin气体模型相反）。详细分析了不同势垒区和不同演化阶段的波函数的特性，并采用全量子（非半经典）方法计算了波函数。共振的影响的初始和边界条件上的障碍穿透性示出（与Vilenkin和霍金的方法相比）。为了比较分析不同模型下宇宙膨胀的速度，引入了速度和哈勃函数的新量子定义。这些概念使我们能够在量子宇宙学中研究宇宙演化的动力学，无论是在第一阶段，还是在以后的时间。
2013-01-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Precision calculation of neutrino evolution in the early Universe
在原始宇宙中，中微子退耦只发生在电子正电子湮没之前。与标准的瞬时退耦近似相比，这导致中微子能量密度显著增加，由中微子物质的有效数量$N_{\rm eff}$参数化。需要精确计算中微子演化，以评估其在宇宙学后期阶段的后果，并需要考虑多种效应，如中微子振荡，这是一个真正的数值挑战。最近，几个关键的改进已经允许这种精确的数值计算，导致新的参考值$N_{\rm eff}=3.0440$。
2021-10-21 astro-ph.CO hep-ph
Average Thermal Evolution of the Universe
我们画出了膨胀后$Λ$ CDM宇宙主要成分的温度和密度的平均行为。它被建模为一个完美的流体与暗能量与宏观效果的共形变化的度量。研究了热演化的主要事件，如粒子湮灭和退耦的影响，以及不同实体主导的时代之间的转换。本文给出了由中性伴子组成的重子物质和暗物质的平均现今历元温度的估计。我们研究了最终存在的不育中微子组件，并发现，不育中微子密度在原始核合成的时代是在协议的期望时，他们的演变开始，在膨胀结束时，在温度平衡与宇宙的其余部分。
2014-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
General Relativistic Evolution Equations for Density Perturbations in Closed, Flat and Open FLRW Universes
本文证明了York，Stewart和Walker关于对称空间二阶张量（如扰动度规张量和扰动Ricci张量）和空间流体速度矢量的分解定理，这意味着对于开放的，平坦的或封闭的Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker宇宙，存在两个唯一的，独立的规范不变量来描述真实的，对能量密度和粒子数密度的物理扰动。利用这两个新的量，宇宙学的密度扰动和熵扰动的演化方程，适用于非正压状态方程的压力，推导。当且仅当粒子数密度对压强没有贡献时，密度扰动才以螺旋方式演化。局部密度扰动不会影响宇宙的整体膨胀。新的微扰论在非静态宇宙中有一个精确的非相对论极限。宇宙学的规范问题就这样解决了。
2021-03-07 astro-ph.CO gr-qc
Hypermagnetic helicity evolution in early universe: leptogenesis and hypermagnetic diffusion
我们研究了在电弱相变（EWPT）之前早期宇宙等离子体中的超磁螺旋度和轻子不对称性的演化，解释了通过逆Higgs衰变和sphaleron跃迁的手征翻转过程，这些过程破坏了左轻子数，并消除了宇宙的重子不对称性（BAU）。在右电子不对称性通过守恒定律$B/3 - L_{eR}=const$在$T>T_{RL}\simeq 10 TeV$温度下支持BAU的情况下，下面的宇宙冷却导致产生非零的左轻子（电子和中微子）不对称性。这是由于希格斯衰变变得更快时，进入平衡在$T=T_{RL}$与宇宙膨胀，$Γ_{RL}\sim T> H\sim T^2$，导致在平行演化的右和左电子不对称性在$T<T_{RL}$通过相应的阿贝尔异常在SM在种子超磁场的存在。超磁螺旋度的演化与轻子不对称性的增长是自洽的。在给定的情况下，sphaleron跃迁降低左轻子数的作用是可以忽略的。假设有一个对称相的强种子超磁场，超磁螺旋度可以补充Higgs相的磁螺旋度。
2013-10-10 astro-ph.CO hep-ph
CUBE -- Towards an Optimal Scaling of Cosmological N-body Simulations
N体模拟是物理宇宙学中理解宇宙大尺度结构（LSS）形成的重要工具。高分辨率的大尺度模拟对于探索宇宙的亚结构和确定中微子质量等基本物理参数具有重要意义。然而，传统的基于粒子网格（PM）的算法使用大量的内存，这限制了模拟的可扩展性。因此，我们设计了一个两级PM算法CUBE对最佳性能的内存消耗减少。通过使用定点压缩技术，CUBE将每个N体粒子的内存消耗减少到6字节，比传统的基于PM的算法低一个数量级。我们在基于Intel Cascade Lake的超级计算机上将CUBE扩展到512个节点（20，480个核心），弱扩展效率为$\simeq$ 95\%。这个尺度测试是在“宇宙- $π$“中进行的--这是一个宇宙学LSS模拟，使用$\simeq$ 4. 4万亿个粒子，追踪宇宙在$\simeq$ 137亿年中的演化。据我们所知，Cosmo- $π$是迄今为止完成的最大的宇宙学N体模拟。我们相信，CUBE具有巨大的潜力，可以在exascale超级计算机上进行更大规模的模拟。
2020-03-09 astro-ph.CO cs.DC physics.comp-ph
Evolution of quantum field, particle content and classicality in the three stage universe
我们研究了玩具宇宙中量子标量场的演化，玩具宇宙具有三个演化阶段，即，(i)早期（暴胀）德西特阶段（ii）辐射主导阶段和（iii）晚期（宇宙学常数主导）德西特阶段。利用薛定谔图像，分别求解了三个阶段的标量场方程，并在过渡点处进行了匹配。边界条件的选择，使早期德西特的场模式从Bunch-Davies真空状态演变。我们确定（时间相关的）粒子含量的量子态的整个宇宙的演化，并描述了各种功能的数值和解析。我们还描述了量子到经典的过渡方面的{ \it经典参数}，跟踪粒子的创建和它的效果上的相空间相关的量子场。
2013-12-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Evolution of the universe during the inflationary epoch
我们经常在文献中发现，在物质、辐射或宇宙学常数占主导地位的时期，简单宇宙学模型的弗里德曼方程和流体方程的解。然而，对于由标量场的势能支配的暴胀时代，似乎没有任何解，这也许是因为我们还没有一个强烈支持的暴胀模型;当然，有一些动机很好的模型适合这些数据。本文的目的是在慢卷近似下详细研究宇宙在暴胀过程中的演化。以Starobinsky模型为例，我们显示的时间演化的标量场$ϕ(t)$，比例因子$a(t)$，哈勃函数$H(t)$，状态方程参数$ω(t)$和加速的比例因子$\ddot{a}(t)$等感兴趣的量的精确解。
2020-07-26 astro-ph.CO gr-qc
The inflationary universe in F(R) gravity with antisymmetric tensor fields and their suppression during the universe evolution
一个有趣的问题是，为什么目前的宇宙尺度没有任何可察觉的二阶反对称张量场的足迹？（通常称为Kalb-Ramond油田）。在四维和五维时空中，从高曲率引力的角度对这个问题给出了一个相当自然的解释。这里得到的结果表明，Kalb-Ramond场的振幅可能实际上是大的，并在早期宇宙中发挥了重要作用，而高阶引力的存在抑制了这个领域在宇宙演化过程中，使它最终变得可以忽略不计在当前的宇宙。除了抑制Kalb-Ramond场之外，$F(R)$引力中额外的自由度，通常被称为标量子，也被证明是导致暴胀的原因。这样的F（R）引力与Kalb-Ramond场可能支配早期宇宙在早期经历暴胀阶段（随后的优雅退出），比没有反对称场的F（R）引力范围更广。此外，四维和五维时空中的模型与观测约束有关，结论是谱指数和张量标量比的相应值与普朗克2018年调查数据提供的值非常匹配。
2019-02-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
On the viability of the evolution of the universe with Geometric Inflation
我们对几何暴胀的宇宙学可行性进行了一般分析。我们表明，宇宙的演变，从通货膨胀到今天，可以看出，从增加了一个无限的塔的曲率不变量到希尔伯特-爱因斯坦作用。宇宙的主要时期可以重现：暴胀、大爆炸核合成和由宇宙学常数驱动的晚期加速。慢滚条件是理论的稳健预测。暴胀有一个优雅的出口，在普朗克密度的极限和指数展开的出口之间有足够数量的$e-$折叠，以解决视界问题，并且没有拓扑缺陷。我们还提供了一些场景中的能量尺度的理论可以校准。
2021-09-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Evolution of dissipative and non-dissipative universes in holographic cosmological models with a power-law term
与结构形成相关的密度扰动在耗散和非耗散宇宙中预计是不同的，即使两个宇宙的背景演化是相同的。为了澄清两个宇宙之间的差异，一阶密度扰动进行了研究，使用两种类型的全息宇宙学模型。第一种是“$Λ(t)$模型”，类似于非耗散宇宙的时变$Λ(t)$宇宙学。第二种是一个“BV模型”，类似于耗散宇宙的体粘滞宇宙学。为了系统地研究这两个不同的宇宙，一个与$H^α$成比例的幂律项被应用于$Λ(t)$和BV（类体粘宇宙学）模型，假设晚期宇宙是平坦的弗里德曼-罗伯逊-沃克模型。这里，$H$是哈勃参数，而$α$是其值是实数的自由参数。用$Λ(t)$ - $H^α$和BV- $H^α$模型研究了物质的一阶密度扰动，其中两个模型的背景演化是等价的.此外，还讨论了两个模型的热力学约束，重点是宇宙视界上熵的最大化，扩展了以前的分析[Phys. Rev. D 100，123545（2019）（arXiv：1911.08306）; 102，063512（2020）（arXiv：2006.09650）]。因此，$Λ(t)$ - $H^α$模型的小$|α|$值被发现是一致的，并满足热力学约束，与BV- $H^α$模型。结果表明，类似于λ冷暗物质模型的$Λ(t)$ - $H^α$模型所描述的非耗散宇宙可能是有利的.
2021-01-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A short survey of matter-antimatter evolution in the primordial universe
本文综述了原始宇宙中物质-反物质演化，基于Λ-CDM模型和已知重子不对称性，重点讨论了QGP、中微子自由流、μ子消失、电子-正电子磁性及BBN等关键时期，并展望了相关方法在磁星和GRB研究中的应用。
2023-06-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
