Asymmetric velocity anisotropies in remnants of collisionless mergers
在宇宙学N体模拟中，暗物质晕会受到合并、吸积以及与重子物质的引力相互作用等过程的影响。通常情况下，暗物质晕的分析是在球形或椭圆形的箱中进行的，并且通常假设这些箱中的速度分布是恒定的。然而，速度各向异性，它描述了径向和切向速度色散之间的差异，最近已被证明有很强的依赖于方向在宇宙学模拟中形成的三轴晕。在这项研究中，我们推导出的圆锥体中的粒子平行或垂直于合并残留物的碰撞轴的属性。我们发现，速度各向异性有很强的方向依赖性。晕的速度各向异性的方向依赖性取决于合并的历史，这一发现解释了宇宙学模拟中这种趋势的存在。这也解释了为什么在宇宙晕的高分辨率模拟的外部的速度各向异性配置文件中看到了很大的多样性。
2012-06-28 astro-ph.CO
Fast emulation of anisotropies induced in the cosmic microwave background by cosmic strings
本文提出利用小波相位谐波作为潜在表示，在单GPU上快速仿真宇宙弦诱导的CMB各向异性，生成高保真且统计正确的样本，适用于基于模拟的推断。
2024-03-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
Probing the epoch of pre-reionization by cross-correlating cosmic microwave and infrared background anisotropies
第一颗恒星形成的时期和当时星系际介质（IGM）的状态无法用现有的望远镜直接观测。来自这些早期来源的辐射现在是宇宙红外背景（CIB）的一部分，并且当这些来源吸收它们周围的气体时，IGM等离子体将通过热Sunyaev-Zeldovich（TSZ）效应在宇宙微波背景（CMB）中产生微弱的温度各向异性。虽然这些TSZ各向异性太微弱，无法检测到，我们表明，交叉相关的源减去CIB波动从{ \it欧几里得}的地图，适当构造的微波地图在不同的频率可以探测的物理状态的气体在再电离和测试/约束模型的早期CIB源。我们识别了来自空间和地面仪器的频率组合的CMB减去的微波图，以表明它们可以与即将到来的全天空{ \it Euclid} CIB图交叉相关，以检测尺度为$\sim 5'-60'$的交叉功率，其中信号/噪声高达$S/N\sim 4-8$，这取决于这些预再电离时期对汤姆逊光学深度的贡献（$Δτ\simeq 0.05$）和IGM的温度（高达$\sim10^4$ K）。这样的测量将为探索这些第一光源的出现和物理特性提供一个新的窗口。
2014-11-07 astro-ph.CO
Cosmology with clustering anisotropies: disentangling dynamic and geometric distortions in galaxy redshift surveys
我们调查的影响，不同的观测效果影响的波动的增长率的精确和准确的测量星系红移调查的各向异性集群的影响。我们专注于红移测量误差，重建的基础上的实空间集群和存在的明显的简并与宇宙学相关的红移转换成距离引起的几何失真。我们使用一套模拟目录提取的大型N体模拟，侧重于分析中间，轻度非线性尺度和应用标准的线性色散模型，以适应所观察到的关联函数的各向异性。我们验证了高达~0.2%的红移误差对可以测量特定生长率β的精度的影响可以忽略不计。较大的红移误差引入正的系统误差，这可以通过采用成对速度的高斯分布函数来减轻。这是，在任何情况下，小于系统误差高达10%，由于线性色散模型的限制，这是在一个单独的文件中研究。然后，我们表明，50%的统计误差预算β依赖于解投影程序，通过该程序获得的实空间关联函数。最后，我们证明了与几何失真的退化，其实可以规避。这是通过在红移空间中的Alcock-Paczynski检验的修改版本获得的，它通过搜索优化动力学红移失真描述的解决方案成功地恢复了正确的宇宙学。对于一个平坦的宇宙学，我们得到了很大程度上独立的，强大的约束β和欧米茄。在体积为2.4（Gpc/h）^[3]的情况下，只要正确地重建实空间关联函数，就可以得到正确的Ω M，误差约为12%，偏差可以忽略不计。
2012-10-22 astro-ph.CO
Detecting ultra-high energy cosmic ray anisotropies through cross-correlations
提出了一种超高能宇宙线物理观测量：超高能宇宙线到达方向与星系映射的大尺度宇宙结构之间的谐波空间互相关功率谱。这种互相关在文献中还没有被考虑过，它允许对主要的天体物理组成部分进行直接的理论建模。我们描述了预期形式的互相关，并显示如何，如果分布的UHECR源跟踪大规模的宇宙结构，它可以更容易地检测到与当前的数据比UHECR自相关。此外，互相关是更敏感的UHECR各向异性在较小的角度尺度，更强大的系统不确定性，它可以用来确定的红移分布的UHECR源，使其成为一个有价值的工具，在确定其起源和属性。
2021-06-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Anisotropies and non-Gaussianity of the Cosmological Gravitational Wave Background
随机引力波背景（SGWB）是引力波（GW）干涉测量的重要观测对象。它的发现将为早期宇宙学和致密天体的天体物理学打开一扇新的窗口。使用玻尔兹曼方法，我们研究了角各向异性的GW能量密度，这是一个重要的工具，解开不同的宇宙学和天体物理学的贡献SGWB。宇宙学背景中的各向异性在其产生时，以及通过宇宙的大尺度标量和张量扰动的GW传播时都留下了印记。第一个贡献不存在于宇宙微波背景（CMB）辐射（因为宇宙在复合之前对光子是不透明的），导致各向异性对频率的一阶依赖性。此外，我们提供了一种新的方法来表征宇宙学SGWB通过其可能的偏离高斯统计。特别是SGWB将成为研究大尺度宇宙学扰动的原始非高斯性的新的探索。
2019-08-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Imprint of Relativistic Particles on the Anisotropies of the Stochastic Gravitational-Wave Background
随机引力波背景（SGWB）是引力波（GW）干涉测量的关键观测点。它的发现将为早期宇宙学、致密天体的天体物理学以及宇宙的粒子物理学内容打开一扇新的窗口。在这封信中，我们表明，除了它们对宇宙微波背景（CMB）和大尺度结构（LSS）的影响外，早期宇宙中的相对论粒子在SGWB的各向异性上留下了清晰的印记。特别是，我们表明，在解耦相对论粒子的数量的变化的SGWB的角功率谱的移动，因为这两个萨克斯-沃尔夫（SW）和集成萨克斯-沃尔夫（ISW）条款的影响。作为非常大的角度的影响，这些导致新的可测试的预测未来GW干涉仪。
2020-07-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Isotropic background and anisotropies of gravitational waves induced by cosmological soliton isocurvature perturbations
本研究探讨了由宇宙学孤子等曲率扰动诱发的引力波的各向同性背景与各向异性，发现其能量密度分数谱具有普适形状，且非高斯性通过多尺度耦合在产生各向异性中起关键作用，为探测孤子与早期宇宙提供了新途径。
2025-04-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Large Primordial Fluctuations in Gravitational Waves from Phase Transitions
本文证明，在特定类型的早期物质主导时期下，相变引力波的大尺度各向异性可以超过CMB约束，并与未来探测器可观测信号一致，同时满足原初黑洞和次级引力波限制。
2022-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Properties of the stochastic astrophysical gravitational wave background: astrophysical sources dependencies
本文探讨了天体物理引力波背景（AGWB）各向异性的角功率谱的性质（振幅和形状），重点是描述亚银河系物理的天体物理模型的签名。它表明，虽然一些参数有可以忽略不计的影响，特别是恒星演化模型，金属丰度和合并的时间延迟分布可以导致在LIGO/Virgo和LISA频段的各向异性的角功率谱的40%的相对差异。它还表明，AGWB的各向异性和各向异性分量是互补的，并敏感于不同的天体物理参数。由此可见，AGWB各向异性是一种新的观测，有可能提供新的天体物理信息，否则无法获得。
2019-04-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Monopole Fluctuation of the CMB and its Gauge Invariance
所观察到的CMB温度各向异性的标准理论描述$Θ(\hat n)$是规范依赖的。然而，众所周知，规范模仅限于二阶，并且更高角多极$Θ_l$（$l\geq1$）是规范不变的。在过去已经进行了几次尝试来正确地定义反射率波动，但是由于红外发散，反射率$C_0$的结果值是无限的。红外发散是由于均匀引力势对引力涨落的贡献，违反了等效原理。在这里，我们提出了规范不变的理论描述所观察到的CMB温度各向异性和计算的功率$C_0=1.66\times10^{-9}$在$Λ$ CDM模型。虽然标准计算中的规范依赖性起源于今天背景CMB温度$\bar T$的超曲面定义的模糊性，但它实际上是定义良好的，并且是基本的宇宙学参数之一。我们认为，一旦宇宙学参数的选择，可以毫不含糊地推断出的角度平均观测到的CMB温度，使其成为一个依赖于模型的“可观测的”。通过对各向异性形成的简单近似，我们导出了观测到的CMB温度各向异性的规范不变解析表达式，以研究大尺度下CMB的涨落和均匀引力势贡献的抵消。
2021-02-15 astro-ph.CO
Infrared Sensitivity of Cosmological Probes In The Presence of Axion Field Fluctuations
本研究分析早期无质量旁观标量场涨落对宇宙学探针的反作用效应，明确其随共形时间的衰减规律，指出其或可缓解宇宙偶极张力但无法解释哈勃张力，且采用位置空间开展研究。
2025-02-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Velocity dispersion vs cluster mass: a new scaling law with The Three Hundred clusters
普朗克合作组织已经表明，作为质量和红移函数的星系团数量是宇宙学分析的一个非常强大的工具。然而，真正的星系团质量是无法直接测量的。在可能的方法中，团簇质量可以通过自相似标度律与不同的观测量相关联。这些观测量与组成星系团的重子成分有关。然而，允许使用这些代理的理论关系往往受到观测和物理偏差的影响，这影响了集群质量的确定。幸运的是，宇宙学模拟是评估这些问题的一个非常强大的工具。通过对\THP{}项目模拟的质量大于$10^{13} M_\odot$的星系团的研究，给出了星系成员质量与速度色散之间的标度关系。为了研究红移依赖性的存在，我们分析了$z = 0$和$z = 2$之间的16个不同的红移。最后，我们研究了不同的活动星系核反馈模型的影响。
2021-11-02 astro-ph.CO
Measuring the circular polarization of gravitational waves with pulsar timing arrays
本文研究利用脉冲星计时阵列通过各向异性测量随机引力波背景圆偏振的可行性，分别对天体物理和宇宙学场景进行建模，发现天体物理信号可在近期数据集内探测，而宇宙学信号需依赖SKA型实验。
2024-06-07 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic topology. Part Va. Information content of the observable Universe
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；Sofia University ``St Kliment Ohridski''（索非亚大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；University of Toronto（多伦多大学）；Institute of Theoretical Astrophysics（理论天体物理研究所）
该研究针对紧致空间拓扑宇宙，推导扰动模式协方差以估计拓扑信息，发现三维密度场可探测比二维宇宙微波背景大25%的拓扑，提出结合星系巡天等手段拓展可探测拓扑范围的可行途径。
2026-08-27 astro-ph.CO
Assessing the growth of structure over cosmic time with CMB lensing
本文回顾了CMB引力透镜效应在检验标准$Λ$CDM模型预测的物质结构增长及解决$S_8$振幅差异问题中的作用，重点探讨了与星系巡天的层析交叉相关。
2024-11-12 astro-ph.CO
Validating the methodology for constraining the linear growth rate from clustering anisotropies
红移空间的团簇畸变提供了在最大宇宙尺度上检验引力理论的最有力的探针之一。我们进行了系统的验证研究的国家的最先进的统计方法，目前用于约束的线性增长率从红移空间扭曲的星系两点关联函数。模拟晕目录提取的标准宇宙学框架的大型N体模拟的数值管道进行了测试。在同动尺度范围$10<r[$ \Mpch $]<55$内，我们考虑了红移空间两点关联函数的四极矩和四极矩，以及径向和横向的聚集楔。此外，我们调查的影响，红移测量误差的增长率和线性偏置测量由于在红移空间失真模型的假设。考虑色散模型和两个广泛使用的基于微扰理论的模型，我们发现，线性增长率被低估约$5-10\%$在$z<1$，而限制在更大的尺度上的分析，$r>30$ \Mpch，差异减小到$5\%$。在更高的红移，我们发现，而不是一个整体良好的协议之间的测量和模型预测。虽然这种准确性是足够好的聚类分析，在目前的红移调查，模型必须进一步改进，不引入显着的系统性RSD的限制，从下一代星系调查。红移误差的影响是退化的小尺度随机运动之一，并可以在统计分析中边缘化，不引入任何统计上显着的偏差的线性增长约束，特别是在$z\geq1$。
2020-03-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity
具有多重真空的暴胀子势中的永恒暴胀理论预测，我们的宇宙是在不断膨胀的假真空中成核和生长的许多泡沫宇宙之一。我们的泡沫与另一个泡沫的碰撞可以提供一个重要的观测信号来测试这种情况。我们开发并实现了一种算法，用于精确计算气泡碰撞产生的宇宙学观测值直接从一个单一的标量场的拉格朗日。我们首先通过求解爱因斯坦方程来模拟碰撞时空，从成核开始，到再加热结束。利用碰撞的双曲对称性，模拟进行1+1维完全相对论代码，使用自适应网格细化。然后计算了开放Friedmann-Robertson-Walker宇宙中的同动曲率微扰，并利用它确定了宇宙微波背景辐射的温度各向异性.对于一个基准拉格朗日，各向异性很好地描述了从碰撞签名的中心的角距离的余弦的幂律。对于一个给定的形式的拉格朗日，由此产生的观测预测是固有的统计由于随机元素的气泡成核过程。由于我们对暴胀和预复合物理学的不完善的知识，进一步的不确定性出现了。我们通过计算四个现象学参数的概率分布来描述观测预测的特征，这些参数捕获了这些内在的和模型的不确定性。这代表了第一个完全相对论性的预测集合，从一个引起永恒暴胀的标量场模型的合奏，从以前的非相对论性近似产生显着差异。因此，我们的研究结果提供了一个基础，这些理论与宇宙学数据的严格对抗。
2014-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Conformal-Frame (In)dependence of Cosmological Observations in Scalar-Tensor Theory
给出了标量-张量引力中Jordan框架和Einstein框架中变量的对应关系，并考虑了宇宙学观测量的框架依赖性。特别是，我们表明，宇宙学观测值/关系（红移，光度距离，温度各向异性）是框架无关的。我们还研究了曲率微扰的标架依赖性，发现当微扰是绝热的且物质与Brans-Dicke标量之间的熵微扰为零时，曲率微扰是共形不变的。本文还讨论了两种框架中曲率摄动的各种定义之间的关系，阐明了等价的条件。
2013-10-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Hubble Diagram Dispersion From Large-Scale Structure
我们考虑宇宙中的大结构对哈勃图的影响。这个问题是处理非线性考虑瑞士奶酪模型的宇宙中，密度不足的空隙表示为负弯曲的时空区域。光度距离和红移的精确表达式被用来研究结构对天体物理源星等的非线性影响。据发现，我们认为，在观察员和源之间的干预空隙，产生的变化，在表观震级小于0.012。然而，在z~0.5以下的红移下，空洞内的源会受到相当大的影响。通过对许多随机产生的空隙分布的可观测量进行平均，我们发现这些结构的存在具有在平均值周围引入色散的效果，其本身可以取代背景值。在非均匀宇宙中的观测者，他们沿着许多不同的视线对可观测量取平均值，如果不考虑这些影响，可能会引入系统偏差，并低估误差。利用模拟的大尺度结构的数据对这些影响的潜在规模进行了估计。
2009-06-18 astro-ph.CO gr-qc
Towards testing CMB anomalies using the kinetic and polarized Sunyaev Zel'dovich effects
在大角度尺度上对宇宙微波背景（CMB）温度各向异性的测量揭示了一些具有边缘统计意义的异常特征，如半球功率不对称、大角度尺度上的功率缺乏以及功率谱特征。由于原始CMB温度是在宇宙方差极限下测量的，因此确定这些异常是否是新物理学的暗示，而不是前景，系统学或简单的统计侥幸，需要新的观测数据。在本文中，我们强调了潜在的贡献，未来的测量动力学Sunyaev Zel 'dovich效应（KSZ）和极化Sunyaev Zel'dovich效应（pSZ）可以在确定的物理性质的几个CMB异常。kSZ和pSZ效应，温度和极化各向异性引起的散射从自由电子在再电离宇宙中，是占主导地位的黑体贡献的小角度尺度上的CMB。使用SZ层析成像技术，kSZ和pSZ效应的测量可以与星系调查相结合，重建远程CMB偶极和四极场，提供了一个三维探测的大尺度模式内我们的哈勃体积。在以前工作的基础上，我们预测了额外的约束力，这些观测值可能提供一组有代表性的异常模型。我们发现，远程CMB偶极和四极包含了类似的信息量异常模型的主CMB极化。来自宇宙微波背景辐射温度、极化、远程偶极场和四极场的信息是互补的，利用下一代宇宙微波背景辐射实验和星系巡天，全套可观测量可以将异常模型的约束条件提高$\sim 2-4$倍。这可能足以确定几个CMB异常的物理来源。
2019-07-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
