A Fast Method for Power Spectrum and Foreground Analysis for 21 cm Cosmology
我们开发并证明了Liu & Tegmark二次估计形式主义的加速,用于21 cm断层扫描中的逆方差前景减法和功率谱估计,从O(N^3)到O(N log N),其中N是数据的体素数。这种技术使得可行的megavoxel规模分析所需的当前和即将到来的无线电干涉仪,只有适度限制性的假设前景模型和测量几何。我们利用迭代和蒙特卡罗技术和前景协方差矩阵的对称性来快速估计21厘米的亮度温度功率谱,P(k_parallel,k_vertical),Fisher信息矩阵,误差条,窗口函数和偏差。我们还扩展了Liu & Tegmark前景模型,以包括具有已知位置的亮点源,其尺度为O[(N log N)(N点源)] < O(N^5/3)。作为我们的方法的第一个应用程序,我们预测的误差条和窗口函数为即将到来的128瓦部署的Murchinson宽场阵列,显示1000小时的观测应证明足够敏感,以检测功率谱信号的时代的再电离。
2013-02-01 astro-ph.CO
Cosmology with kSZ: breaking the optical depth degeneracy with Fast Radio Bursts
小尺度宇宙微波背景(CMB)主要由运动学Sunyaev-Zeldovich(kSZ)效应的各向异性所控制,即将进行的实验将非常精确地测量它,但光学深度简并限制了可以提取的宇宙学信息。与此同时,快速射电暴(FRB)是天体物理学的一个令人兴奋的新前沿,但它们作为宇宙学探测器的有用性目前还不清楚。我们表明,FRB是唯一适合于打破kSZ光学深度简并。这为用kSZ效应约束宇宙学开辟了新的可能性,并为FRB开辟了新的宇宙学应用。
2019-11-14 astro-ph.CO
21-cm cosmology
对宇宙最初数亿年的成像仍然是现代宇宙学面临的令人兴奋的挑战之一。对氢原子红移21厘米谱线的观测提供了一个进入这一时代的新窗口。这将改变我们对第一批恒星和星系的形成以及宇宙热历史的理解。新一代射电望远镜正在为此目的建造,第一批结果开始陆续出现。在这篇综述中,我们详细介绍了支配21厘米信号的物理学,并描述了从即将到来的观测中可能学到的东西。我们也将讨论推广到其他原子和分子谱线的强度映射。
2012-01-05 astro-ph.CO
Dark Cosmology: Investigating Dark Matter & Exotic Physics in the Dark Ages using the Redshifted 21-cm Global Spectrum
由红移21厘米信号探测到的黑暗时代是对标准LCDM宇宙学模型进行新的严格检验的理想时期。与该模型的分歧将表明新的物理学,如暗物质衰变(加热)或重子冷却超出了宇宙绝热膨胀的预期。在早期宇宙中,大多数重子物质都是以中性氢(HI)的形式存在,可以通过其基态的自旋翻转跃迁来检测。对红移21厘米光谱的测量映射了HI气体从黑暗时代到宇宙黎明直到再电离时代(EoR)的历史。探测全球EoR信号的实验(EDGES)最近报道了一个78 MHz的吸收谷(红移z为17),与宇宙黎明的预期频率相似,但比标准宇宙学和HI绝热冷却所认为的可能深度深3倍。重子和带有类似电子质量的轻微带电的暗物质粒子之间的相互作用为这种差异提供了一种可能的解释,但其他冷却机制也正在研究中,以解释这些结果。宇宙黎明谷受到宇宙学和第一个发光物体的复杂天体物理历史的影响。另一个低谷预计在黑暗时代,在第一批恒星形成之前,因此完全由宇宙学现象(包括暗物质)决定。在月球背面或轨道上的观测可以研究这个原始时期(15-40 MHz; z=100-35),这是从地球无法到达的。一个单一的交叉偶极天线或紧凑的阵列可以测量21厘米光谱的振幅,以区分(在>5 $σ$ })标准宇宙学模型从额外的冷却来自当前的EDGES结果所需的水平。这一观察构成了对黑暗时代奇异物理学的有力而清晰的探索。
2019-02-16 astro-ph.CO
Investigating dark matter substructure with pulsar timing: II. Improved limits on small-scale cosmology
超紧微晕(UCMH)是由大振幅的原初扰动和拓扑缺陷孕育而成的一类暗物质子结构。UCMH预计将生存到现在的时代,允许使用我们自己的银河系内的观测对其宇宙丰度进行限制。对它们的数密度的限制可以与早期宇宙中影响结构形成的条件联系起来,例如小尺度上原始能量的增加,一般的弱非高斯性,以及宇宙弦的存在。我们使用新的约束UCMHs的丰度从脉冲星定时放置广义的限制,这些宇宙学场景的参数。在某些尺度上,这种极限是迄今为止最强的,超过了暗物质湮灭的极限。我们的新极限有一个额外的优势,即不依赖于暗物质的粒子性质,因为它们只基于引力效应。
2017-11-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Megamaser Cosmology Project. VII. Investigating disk physics using spectral monitoring observations
我们使用单碟射电光谱已知的22 GHz H $_2$ O超脉泽,主要是从大型数据集收集观测的超脉泽宇宙学项目,以确定开普勒吸积盘,并调查几个方面的磁盘物理。我们测试了Maoz和McKee(1998)提出的脉泽激发机制,即粒子数反转发生在穿过圆盘的螺旋激波后面的气体中。虽然红移特征的通量平均比蓝移特征的通量大,但在模型的支持下,高速特征没有显示出预测的系统速度漂移。我们发现ESO 558-G 009脉泽光谱的快速日内变化很可能是星际闪烁的结果,为此我们倾向于附近的($D \approx 70$ pc)散射屏。在搜索混响在六个良好的采样源,我们发现,任何径向传播的信号必须贡献$\lesssim$ 10%的总变异性。我们还设置了七个源的磁场强度的限制,使用强耀斑事件来检查塞曼分裂的存在。这些极限通常是200- 300 mG($1σ$),但我们对星系NGC 1194的最严格极限可达73 mG。
2015-07-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining Sterile Neutrino Cosmology with Terrestrial Oscillation Experiments
我们探讨了地面中微子振荡实验和天体物理/宇宙学测量在探测不育中微子存在方面的互补性。我们发现,即将到来的加速器中微子实验将不会改善约束的时候,他们是可操作的,但反应堆实验已经可以探测参数空间超出了普朗克的范围。我们强调宇宙学实验和反应堆反中微子实验之间的紧张关系,并列举了解决这种紧张关系的几种可能性。
2019-05-08 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology with the moving lens effect
速度场对宇宙微波背景和大尺度结构之间的相关性的影响可以在宇宙学尺度上重建。引起这种相关性的效应包括动力学Sunyaev Zel'dovich(kSZ)效应和移动透镜效应,这两种效应都将在即将到来的宇宙学实验中得到高精度的测量。星系测量也提供了一个窗口,从红移空间扭曲(RSD)的影响来测量速度。然而,可以从kSZ或RSD获得的信息受到天体物理学不确定性和系统效应的限制,这可能会大大降低我们约束宇宙学参数(如$fσ_8$)的能力。在本文中,我们展示了如何大规模的横向速度场,它可以从移动透镜效应的测量重建,可以用来测量$fσ_8$,以高精度。
2021-08-04 astro-ph.CO
Anticipating a New-Physics Signal in Upcoming 21-cm Power Spectrum Observations
暗物质-重子相互作用可以冷却重子流体,这已经被证明可以修改宇宙学的21厘米全球信号。我们发现,在具有相互作用的毫荷分量的双分量暗扇区中,暗物质-重子散射可以产生具有声学振荡的21 cm功率谱信号。信号可以高达三个数量级大于预期的$Λ$ CDM宇宙学,给出现实的天体物理模型。该模型为HERA或NenuFAR等近期实验提供了一个新的物理目标,这些实验可能发现或强烈限制对假定的EDGES异常的暗物质解释。
2022-12-15 astro-ph.CO hep-ph
Constraining cosmology with the velocity function of low-mass galaxies
场星系每单位旋转速度的数量密度,称为速度函数,是一个有趣的统计测量探测结构形成的最小尺度。在本文中,我们指出,速度函数是敏感的关键宇宙学参数,如振幅的原始扰动($σ_8$)或总物质密度($Ω_{\rm m}$)的小的变化。利用目前的数据和保守的重子效应的假设,我们表明,所观察到的速度函数的局部体积有利于宇宙学的张力与普朗克测量,但在协议的最新发现弱透镜调查。虽然目前的系统观测和真实的旋转速度之间的关系是潜在的重要性,即将到来的数据,从HI调查以及新的见解,从流体动力学模拟将大大改善这种情况在不久的将来。
2018-01-17 astro-ph.CO
Cosmology at high redshift -- a probe of fundamental physics
一个专注于高红移($2<z<6$)宇宙的观测计划有机会大大改善即将到来的LSS和CMB调查对标准宇宙学模型及其扩展的测量。使用Fisher矩阵形式主义,建立在拉格朗日微扰理论的最新进展,我们预测未来的光谱和21厘米调查的标准宇宙模型,曲率,中微子质量,相对论物种,原始的功能,原始非高斯,动力学暗能量,引力滑移的约束。我们比较这些限制与当前或不久的将来的调查,如DESI和欧几里得,所有相同的预测形式主义下,实现的,并比较我们的形式主义与传统的线性方法。我们的Python代码FishLSS $-$用于计算完整形状功率谱的Fisher信息,CMB透镜,CMB透镜与星系的互相关,以及它们的组合$-$是公开可用的。
2022-02-02 astro-ph.CO
Reionisation time field reconstruction from 21-cm Maps: Investigating predictor coherence in WDM cosmology
Université de Strasbourg(斯特拉斯堡大学);CNRS UMR 7550, Observatoire Astronomique de Strasbourg(法国国家科学研究中心联合研究实验室7550号,斯特拉斯堡天文台);Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Université de Strasbourg, CNRS/IN2P3(于贝尔·居里跨学科研究所,斯特拉斯堡大学,法国国家科学研究中心/法国国家核物理及粒子物理研究所);Department of Astronomy, University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系);Université Paris Cité, CNRS(/IN2P3), Astroparticule et Cosmologie(巴黎西岱大学,法国国家科学研究中心(/法国国家核物理及粒子物理研究所),亚原子粒子与宇宙学)
本文研究了通过21厘米地图重建再电离时间场的方法,探讨了预测器与输入模型之间的一致性,验证了CNN在不同暗物质模型下的表现。
2026-05-09 astro-ph.CO
Future directions in cosmology
本文概述宇宙学未来实验,回顾DESI第一年BAO约束及其对暗能量的影响,指出Λ-CDM模型的偏差,展望科学机遇。
2024-11-06 astro-ph.CO
Impact of Baryonic Processes on Weak Lensing Cosmology: Power Spectrum, Non-Local Statistics, and Parameter Bias
我们研究了重子物理对弱透镜巡天宇宙学参数估计的影响。我们用不同的星系形成模型运行了一组宇宙流体动力学模拟。然后,我们通过总物质密度场进行射线跟踪模拟,生成100个独立的收敛图的25个${\rm deg}^2$的视野,并使用它们来检查以下三个透镜统计作为宇宙学探针的能力;功率谱,峰值计数,和闵可夫斯基泛函。对于即将到来的宽场观测,如Subaru Hyper Suprime-Cam(HSC)巡天观测,覆盖范围为1400 ${\rm deg}^2$,这三个统计量对物质密度、密度涨落幅度和暗能量状态方程提供了严格的约束,但参数偏差是由重子过程如气体冷却和恒星反馈引起的。当未来观测的统计误差变小时,在更大的调查区域中,偏差可能很大。我们发现,在不同的方向上诱导的偏见在参数空间中的统计。虽然两点统计,即功率谱,产生强大的结果对重子的影响,总的约束力是弱的峰值计数和闵可夫斯基泛函相比。另一方面,使用峰计数或Minkowski泛函之一,或与多种统计量的组合分析,导致有偏的参数估计。对于HSC调查,偏差可能与$1σ$一样大,并且对于即将进行的更广泛的区域调查将更加显著。我们建议使用一个优化的组合,使重子对参数估计的影响减轻。这种“校准”组合可以对宇宙学参数施加严格而有力的限制。
2015-05-19 astro-ph.CO
Consistency tests in cosmology using relative entropy
随着来自当前和即将到来的实验的高精度数据,对标准宇宙学模型进行一致性检验变得越来越重要。在这项工作中,我们专注于不同的数据集和方法之间的一致性措施,使我们能够评估不同模型的拟合拟合优度。我们使用相对熵或Kullback-Leibler(KL)发散来解决这两个问题[Kullback等人,1951年]。首先,我们重新审视了相对熵作为数据集之间的一致性度量,并进一步研究了它的一些关键属性,如不对称性和路径依赖。然后,我们介绍了一种新的模型拒绝框架,这是基于相对熵和后验预测分布。我们在几个玩具模型上验证了该方法,并将其应用于普朗克2015年JLA和CMB约束的Ia型超新星数据,测试了数据与六种不同宇宙学模型的一致性。
2019-01-06 astro-ph.CO
Interpreting the HI 21-cm cosmology maps through Largest Cluster Statistics -- I: Impact of the synthetic SKA1-Low observations
本研究采用最大团簇统计(LCS)分析再电离时期21厘米信号,通过模拟发现SKA1-Low的阵列综合波束会导致LCS估计偏差、偏移逾渗转变点,提出需更长基线的密集uv覆盖以获得无偏估计。
2023-06-09 astro-ph.CO
Summary of cosmology with gravitational waves from compact binary coalescences
GW 170817与它的光学对应物重合,导致了第一个独立于宇宙学距离阶梯的哈勃常数的“标准塞壬”测量。舒茨的“统计”方法,预计在没有唯一确定的主机工作,也开始带来其第一次估计。在这项工作中,我们报告的哈勃常数的引力波测量的当前结果,并讨论了在即将到来的运行的高级LIGO-Virgo探测器网络的观测前景。
2019-08-16 astro-ph.CO gr-qc
Data-driven Cosmology from Three-dimensional Light Cones
我们提出了一种数据驱动的技术来分析即将到来的宇宙学调查映射大的天空区域的多频图像。该方法利用两点水平数据的全部信息,可以同时约束观测数据中的大尺度结构(LSS)、发射源的光谱和红移分布以及噪声,而不需要任何先验假设,只考虑宇宙学扰动的均匀性和各向同性.特别是,该方法不依赖于源检测或光度或光谱红移估计。在这里,我们提出的形式主义,并证明我们的技术与模拟观察从九个光学和近红外光度带。我们的方法可以恢复输入信号和噪声无偏,量化的不确定性的约束。我们的技术提供了一个灵活的框架来分析由不同类型的源跟踪的LSS观测,这有可能广泛应用于当前或未来的宇宙学数据集,如SPHEREx,鲁宾天文台,欧几里得,或南希格雷斯罗马太空望远镜。
2023-01-28 astro-ph.CO
Visible Sterile Neutrinos as the Earliest Relic Probes of Cosmology
实验室对无菌中微子的检测可以提供大爆炸核合成(BBN)之前宇宙演化的第一个迹象,这是一个尚未经过检验的时代。这种“可见的”无菌中微子在即将进行的实验中可以观察到,例如KATRIN/TRISTAN和HUNTER在keV质量范围内,PINEMY和其他在eV质量范围内的实验。在宇宙的温度为5 MeV之前,通常会对宇宙学做出一系列标准假设。然而,基于替代假设的非标准前BBN宇宙学可能会出现在有动机的理论模型中,并且同样与所有现有数据一致。我们重新审视生产无菌中微子的质量为0.01 eV至1兆电子伏的两个例子,这样的模型:标量张量和低再加热温度预BBN宇宙学。在这两个实验中,假定的3.5 keV X射线信号线对应于一个无菌中微子,其混合量足够大,可以在即将到来的实验室实验中进行测试。此外,活跃-无菌中微子混合的宇宙学/天体物理学上限明显弱于标准的前BBN宇宙学,这表明这些限制并不稳健。例如,在标量张量情况下,LSND和MiniBooNE短基线以及DANSS和近地天体反应堆实验所暗示的潜在信号区域完全不受宇宙学限制的约束。我们的工作突出表明,不育中微子可能构成前BBN时代的敏感探针。
2019-12-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Four Fundamental Foreground Power Spectrum Shapes for 21 cm Cosmology Observations
与明亮的天体物理源相互作用的仪器效应的污染是测量再电离时代和BAO 21厘米功率谱的主要障碍-一种称为模式混合的效应。在本文中,我们确定了四个基本的功率谱形状产生的模式混合,将影响所有即将到来的观测。我们第一次能够解释在高级模拟中看到的楔形结构,并预测基本上没有污染的“EoR窗口”的形状。了解这些污染的来源也使我们能够识别低于成像极限的校准和前景减法误差,为精确观测提供了一个强大的新工具。
2012-04-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Effect of Systematic Redshift Biases in BAO Cosmology
随着即将到来的星系红移巡天在尺度和精度上的显著提高,以前可以忽略的系统误差可能会变得很重要。在本文中,我们探讨的潜在影响,低震级的系统红移偏移的测量的重子声学振荡(BAO)的功能,和宇宙学约束恢复从这样的测量。使用500个模拟星系红移巡天作为我们的基线样本,我们注入了一系列系统的红移偏差(范围从+/-0.2%到+/-2%),并测量恢复的各向同性BAO标度中产生的位移。当BAO测量与CMB约束相结合时(在ΛCDM和wCDM宇宙学中),合理的系统学在H 0和Ωm的组合拟合上引入了可忽略的偏移,并且系统学必须比这个合理的基线大一个数量级才能在这样的组合拟合上引入1-σ偏移。我们的结论是,系统的红移偏差是非常不可能的偏差约束参数,如H 0 BAO宇宙学提供的,无论是现在还是在不久的将来。我们还详细介绍了一个理论模型,该模型预测了均匀红移系统对α的影响,并表明该模型与我们的模拟调查分析结果密切相关。
2021-03-03 astro-ph.CO
Investigating the Constraints on Primordial Features with Future Cosmic Microwave Background and Galaxy Surveys
本文对即将开展的宇宙微波背景巡天和银河巡天在探测原初功率谱特征方面的能力进行了深入的研究。原始特征是在标准幂律暴胀功率谱之上的特定模型相关修正;函数形式由不同的暴胀情景给出。任何显著偏离无特征功率谱的信号都将使我们能够破译暴胀宇宙的复杂性。在这里,我们深入研究了三个主要但不同的特征,即,凹凸特征,夏普特征信号和共振特征信号。为了分析特征,我们为每个特征模型采用特定的模板。我们估计可能的约束的特征参数采用Fisher矩阵预测分析即将到来的CMB任务,如CMB-S4,CORE-M5,LiteBIRD,PICO联合DESI,和EUCLID星系调查。为此,我们利用四个不同的观测预测的边界上的模型参数,即,CMB,重子声学振荡(BAO),星系团和引力弱透镜或宇宙剪切及其允许的协同作用。对于大尺度结构(LSS)信息,我们考虑了不同红移的尺度上限,以避免非线性尺度上的不确定性引起的误差传播到特征参数的约束中.对所有三个特征进行了比较分析,以估计这些即将到来的观测在揭示精确宇宙学这一关键方面的相对能力。
2022-10-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Learning Cosmology from Nearest Neighbour Statistics
University of Groningen(格罗宁根大学);Indian Institute of Science Education and Research, Pune(印度科学教育研究所浦那分校);Flatiron Institute(平顿研究所);Princeton University(普林斯顿大学);Stanford University(斯坦福大学);Kavli Institute for Particle Astrophysics & Cosmology, Stanford University(斯坦福大学卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所);SLAC National Accelerator Laboratory(SLAC国家加速器实验室)
本文提出基于最近邻统计的混合神经网络,用于从暗物质团目录中提取宇宙学参数,实现高精度约束并提升计算效率。
2026-06-27 astro-ph.CO
Nonsingular Ekpyrotic Cosmology with a Nearly Scale-Invariant Spectrum of Cosmological Perturbations and Gravitational Waves
我们提出了一个机制借用弦论,产生一个非奇异的过渡阶段的Ekpyrotic收缩的膨胀阶段的标准大爆炸宇宙学。同样的机制将宇宙学涨落在反弹之前的初始真空谱转变为标度不变谱,也将引力波的谱转变为几乎标度不变谱。标量和张量倾斜被预测为相同的,与“弦气体宇宙学”的预测相反。引力波频谱的振幅取决于弦尺度与普朗克尺度的比值,并且可能在即将到来的实验中达到。
2020-04-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Investigating the Hubble Tension and $σ_8$ Discrepancy in f(Q) Cosmology
本文在 f(Q) 引力框架下引入三参数模型并通过多种宇宙学探针进行贝叶斯分析,发现其无法有效缓解哈勃张力,且 σ₈ 差异在强约束探针下重新出现,其中参数 β 对差异影响最大。
2024-05-06 astro-ph.CO gr-qc
The effects of galaxy formation on the matter power spectrum: A challenge for precision cosmology
即将到来的弱透镜调查,如LSST,EUCLID和WFIRST,旨在以前所未有的精度测量物质功率谱。为了充分利用这些观测结果,需要模型,给定一组宇宙学参数,可以预测1%或更好的水平的非线性物质功率谱对应于同向波数0.1<k<10 h/Mpc的尺度。我们采用了OWLS计划的大型模拟套件来研究各种重子过程对物质功率谱的影响。此外,我们还研究了不同质量分量上的功率分布,重子对CDM的反反应,以及对物质功率谱的主导效应的演化。我们发现,单个重子过程能够改变功率谱高达百分之几十。我们的模拟,包括活动星系核反馈,我们认为这是我们最现实的模拟,因为,与以前的研究中使用的,它已被证明可以解决过冷问题,并重现光学和X射线观测星系群,预测了相对于仅暗物质模拟的功率降低,在z=0时,从k~0.3 h/Mpc时的1%到k~1 h/Mpc时的10%以及k~10 h/Mpc时的30%。这与重子通过冷却提高功率的天真观点相矛盾,冷却仅在k>70 h/Mpc时才是主要效应。因此,当k> 0.3h/Mpc时,重子,特别是活动星系核的反馈在理论功率谱中是不可忽略的。因此,在我们能够实现即将到来的弱透镜巡天的目标之前,有必要提高我们对星系形成中反馈过程的理解,或者至少通过辅助观测来限制它们。
2011-05-03 astro-ph.CO
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
The gas depletion factor in galaxy clusters: implication from Atacama Cosmology Telescope Polarization experiment measurements
气体损耗因子$γ(z)$,即,气体质量分数与星系团宇宙平均重子分数的平均比值,在气体质量分数测量的宇宙学应用中起着非常重要的作用。利用阿塔卡玛宇宙望远镜(ACT)偏振实验观测到的182个星系团的最新星表,采用一种新的与宇宙学无关的方法研究了$γ(z)$可能的红移演化.该方法是基于非参数重建使用的测量哈勃参数从宇宙计时器。与流体动力学模拟的常数损耗因子不同,我们的结果揭示了$γ(z)$随红移而减小的趋势。这一结果是支持的参数模型拟合,以及减少ACTPol样本和ACT编译中报告的91 SZ集群的替代样本的计算。讨论可能的系统效应留下了一个悬而未决的问题的有效性的经验关系$M_{tot}$ - $f_{gas}$非常接近的集群。这些结果可能为探索星系团大半径范围内的热气体成分及其随红移的可能演化铺平了道路,这将在即将到来的X射线/SZ星系团巡天中在更大的星系团样本上进一步研究。
2019-07-15 astro-ph.CO
Constraints on Dark Matter-Neutrino Interaction from 21-cm Cosmology and Forecasts on SKA1-Low
本文利用21厘米宇宙学约束暗物质-中微子相互作用强度,发现其约束能力比现有观测高几个数量级,并对SKA1-Low的探测前景进行了预测分析。
2023-06-21 astro-ph.CO hep-ph
Investigating the impact of galaxies' compact binary hosting probability for gravitational-wave cosmology
本文研究暗警报联合星系目录测量$H_0$时宿主概率误建模的系统偏差,指出小视场完备目录中光度依赖错配、大视场远距事件中红移依赖错配分别主导偏差。
2024-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Breaking baryon-cosmology degeneracy with the electron density power spectrum
星系中不确定的反馈过程会影响物质的分布,目前限制了弱透镜巡天的能力。如果我们能够识别出对这些不确定性具有鲁棒性的宇宙学统计,或者通过其他方式限制这些影响,那么我们就可以增强当前和即将到来的弱透镜观测的力量,如DES,Euclid,鲁宾天文台和罗马太空望远镜。在这项工作中,我们调查的潜力,电子密度自功率谱作为一个强大的宇宙学和重子反馈探针。我们使用一套(磁)流体动力学模拟从CAMELS项目,并进行了理想化的分析,预测统计的不确定性有限的宇宙学和物理动机的天体物理参数。我们发现,电子数密度自相关,可通过运动学Sunyaev-Zel 'dovich观测或通过快速射电暴色散措施,提供严格的约束$Ω_{m}$和中等质量晕,$\bar{f}_{\mathrm{bar}}$的平均重子分数。通过获得相关的系统的不确定性的经验措施,我们发现这些约束在很大程度上是强大的重子反馈模型中实现的流体动力学模拟的差异。我们进一步讨论了与我们的分析相关的主要警告,并指出未来工作的可能方向。
2022-01-11 astro-ph.CO
The NIKA2 Sunyaev-Zeldovich Large Program: Sample and upcoming product public release
本文介绍 NIKA2 LPSZ 项目已完成的 38 个中高红移星系团 tSZ 成图样本,并说明结合 X 射线观测构建标准分析流程及即将公开发布数据产品,以改进星系团宇宙学约束。
2023-10-06 astro-ph.CO
Precision cosmology from large-scale structure of the Universe
宇宙的大尺度结构成为精确宇宙学信息的主要来源。我们提出了两个特殊的工具,可用于宇宙学分析的红移空间星系团的数据:一个新的开源代码CLASS-PT和理论误差的方法。CLASS-PT计算实空间和红移空间中物质场和有偏示踪剂的单圈功率自功率谱和互功率谱。我们表明,该代码符合精度标准,即将到来的高精度大尺度结构调查。理论上的误差似然方法允许分析星系聚类数据,而不必测量尺度切割$k_{\rm max}$。该方法考虑到理论不确定性对参数估计的影响是渐进的,有助于优化数据分析,确保提取所有可用的宇宙学信息。
2022-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Observing the dark sector
尽管宇宙学标准模型在观测上取得了成功,但目前的观测并没有严格限制暗物质和暗能量的性质以及对广义相对论的修正。在这里,我们将讨论一些正在进行和即将进行的调查,这些调查将彻底改变我们对黑暗部门的理解。
2019-05-29 astro-ph.CO
Light Gravitinos at Colliders and Implications for Cosmology
质量在eV到MeV范围内的轻引力子在粒子物理学中很有意义,但它们作为暗物质候选者的地位被早期宇宙的不确定性所混淆。我们调查即将到来的数据从对撞机可能会澄清这一情况。轻引力子主要产生于次轻的超对称粒子的衰变中,产生壮观的信号,包括双光子,延迟和非指向光子,扭结带电轨道和重亚稳态带电粒子。我们发现20/fb的Tevatron和1/fb的7 TeV LHC都可能看到数百个光引力子事件的证据。值得注意的是,这个对撞机数据也非常适合区分目前可行的光引力子场景,对结构形成,膨胀和其他早期宇宙学具有显着的影响。
2010-04-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Nuw CDM cosmology from the weak lensing convergence PDF
确定中微子总质量和暗能量状态方程是即将到来的星系调查的一个关键目标。弱透镜效应是对总物质分布的一种独特的探测,它的非高斯统计可以通过透镜效应收敛的一点概率分布函数(PDF)来量化。我们计算收敛PDF轻度非线性尺度上的第一原理使用大偏差统计,占暗能量和总中微子质量。这是第一次,我们全面验证了收敛PDF模型对大型模拟透镜映射的宇宙学依赖性,证明了其高精度和准确性。我们表明,快速仿真代码可以提供高度准确的协方差矩阵,它可以与理论PDF模型相结合,进行预测,并消除了依赖昂贵的N体模拟的需要。我们的理论模型使我们能够进行第一次预测的收敛PDF,不同的全套$Λ$ CDM参数。我们的Fisher预测建立的收敛PDF的约束能力相比,有利的两点关联函数的欧几里德样的调查区域在一个单一的源红移。当与普朗克的CMB先验结合时,PDF比两点关联函数更强地约束中微子质量$M_ν$和暗能量状态方程$w_0$。
2021-07-07 astro-ph.CO
FPCA-Enhanced Simulation-Based Inference for Robust Type Ia Supernova Cosmology
Baylor University(贝勒大学);Department of Physics and Astronomy, Texas A&M University(德克萨斯农工大学物理与天文系);George P. and Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy, Texas A&M University(德克萨斯农工大学乔治·P·辛西娅·伍兹基础物理与天文学研究所)
本研究首次将FPCA光变曲线参数作为SBI汇总统计量,在非平坦ΛCDM模型下实现稳健的超新星宇宙学推断,其约束与SALT2及显式似然方法相当,且在域外模拟和真实DES数据上表现更稳健,为统一分类与推断流水线奠定基础。
2026-09-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Understanding Polarized Foreground from Dust: Towards Reliable Measurements of CMB Polarization
未来十年宇宙学领域中关于光学/红外偏振测量的科学机会和建议。为响应对这类文件的呼吁,向Astro 2010提交了以社区为基础的白皮书。
2009-02-24 astro-ph.CO
Towards including super-sample covariance in the unbinned likelihood for cluster abundance cosmology
本文提出基于高斯-泊松复合模型的混合似然,在无分箱星系团丰度分析中纳入超样本协方差,并在10万个星系团模拟中使参数后验弥散增加20%。
2024-06-18 astro-ph.CO
Prospects of testing late-time cosmology with weak lensing of gravitational waves and galaxy surveys
本研究考察了引力波弱透镜与星系场的交叉相关性,发现GW-WL能将非ΛCDM参数精度提高一倍,有望成为大尺度结构巡天的互补探针。
2023-06-20 astro-ph.CO
Investigating The Hubble Tension Through Hubble Parameter Data
本研究利用星系年龄差数据,结合贝叶斯与最大似然法估算哈勃常数、通过AIC得分对比宇宙学模型,发现平坦ΛCDM模型更优,相关结果为哈勃张力研究提供了新的观测约束。
2023-01-15 astro-ph.CO
Investigating cross-correlations between cosmic microwave background lensing and 21 cm intensity mapping
本研究利用模拟,以CMB透镜作为大尺度结构示踪物,研究再电离后时期CMB透镜与HI 21厘米强度映射的交叉关联,评估成分分离方法的影响并估算信噪比。
2025-03-26 astro-ph.CO
Cosmology with quasars: predictions for eROSITA from a quasar Hubble diagram
我们的团队开发了一种技术,利用类星体中紫外线和X射线光度之间的非线性关系,提供对它们距离的独立测量,从而将类星体变成可测量的蜡烛。这种技术,目前,它主要是基于类星体样本与数据从公共目录都在X射线和光学/紫外线和扩展的超新星的哈勃图的红移范围仍然很难探索(z>2)。从X射线的角度来看,我们现在正处于一个重大变化的前夕,因为即将到来的eROSITA任务将为我们提供整个天空中多达300万个活动星系核。在这里,我们提出的预测约束宇宙学参数,如暗物质的量($Ω_{\rm m}$),暗能量($Ω_Λ$)和暗能量状态方程($w$)通过哈勃图的类星体,基于4年eROSITA全天巡天。我们的模拟表明,eROSITA类星体,辅以红移和宽带光度信息,将提供z<2的最大类星体样本,但在更高红移的宇宙学中,很少有物体能在Malmquist偏差的切割中幸存下来,因为eROSITA将对X射线光度函数的较亮端进行采样。类星体哈勃图对于精确宇宙学的力量在于高红移区域,在那里类星体可以观测到高达7.5的红移,这对于区分不同的模型外推是至关重要的。因此,为了在宇宙学中具有竞争力,eROSITA类星体哈勃图必须与已经可用的类星体样本和专门的(深度)大型计划在红移z>3处进行补充。
2020-03-04 astro-ph.CO
Definitive Test of the R_h=ct Universe Using Redshift Drift
在哈勃流中移动的物体的红移漂移已经被提出作为一个强大的模型独立的探测基本宇宙学。一阶和二阶红移导数的测量似乎是在即将到来的调查使用ELT-HIRES和SKA阶段2阵列的范围内。在这里,我们表明,一个明确的预测R_h=ct宇宙学是零漂移在所有的红移,形成鲜明对比,与所有其他模型中的膨胀率是可变的。例如,用ELT-HIRES对红移z=5的源进行多年监测,在普朗克LCDM中,由于红移漂移,预计将显示速度漂移Δ v = -15 cm/s/yr,而在R_h=ct中,Δ v=0 cm/s/yr。5年后ELT-HIRES的测量误差预计为+/-5 cm/s/yr,因此,这些即将到来的红移漂移测量可能能够区分R_h=ct和普朗克LCDM在~3 sigma,假设任何可能的源演化是很好的理解。这样的结果将为R_h=ct宇宙学提供最有力的证据。在20年的基线下,这些观察结果可能有利于其中一个模型优于另一个模型,优于5 sigma。
2016-07-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing the Consistency of Cosmological Contours for Supernova Cosmology
本文提出一种统计上严格的方法,近似Neyman构造以检验超新星宇宙学中Pippin管线轮廓的一致性,发现远离输入宇宙学时差异显著,但对宇宙学张力分析影响可被其他探针缓解。
2023-07-25 astro-ph.CO
New applications of Graph Neural Networks in Cosmology
为充分挖掘宇宙巡天数据的信息,研究提出用图表征大尺度结构数据并结合Graph Neural Networks的分析方法,可高精度区分暗能量模型并约束w₀取值。
2022-10-20 astro-ph.CO
Eliminating the optical depth nuisance from the CMB with 21 cm cosmology
在受宇宙微波背景(CMB)观测约束的标准模型参数中,光学深度$τ$是一个令人讨厌的参数。虽然$τ$对再电离提供了一些粗略的限制,但它也降低了对其他宇宙学参数的限制。在这里,我们探讨如何21厘米宇宙学-作为再电离的直接探针-可以用来独立预测$τ$在努力改善CMB参数的限制。为此,我们制定了两个互补方案。第一个使用21厘米功率谱观测结合半解析模拟预测$τ$。另一种是使用全球21厘米的测量直接约束低红移(后再加热)的贡献,$τ$在一个相对独立的模型的方式。通过对即将到来的氢时代再电离阵列的性能预测,我们发现$τ$的误差可以得到显著的减少。这些结果是特别有效的,在打破CMB简并之间的$τ$和原始波动谱$A_s$的振幅,与错误的$\ln (10^{10} A_s)$减少了高达四个因素。第四阶段CMB对中微子质量和的约束也得到了改进,无论CMB实验是否能精确测量极化功率谱中的再电离凸点,误差都可能减小到$12\,\textrm{meV}$。因此,对21厘米谱线的观测不仅能够提高我们对再电离天体物理学的理解,而且能够提高我们对宇宙学的理解。
2016-01-26 astro-ph.CO
The Atacama Cosmology Telescope: A Test of the Gravitational Force Law on Cosmological Scales Using the Kinematic Sunyaev-Zeldovich Effect
University of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学);Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago(芝加哥大学卡弗里宇宙物理研究所);University of Southern California(南加州大学);Columbia University(哥伦比亚大学);Stanford University(斯坦福大学);Simons Society of Fellows, Simons Foundation(西蒙斯基金会西蒙斯学者协会);Cornell University(康奈尔大学);Sapienza University of Rome(罗马第一大学);Cardiff University(卡迪夫大学);University of California, Riverside(加州大学河滨分校);Pontificia Universidad Católica de Chile(智利天主教 Pontificia 大学);Instituto de Astrofísica, Facultad de Física, Pontificia Universidad Católica de Chile(智利天主教 Pontificia 大学物理学院天体物理研究所);Centro de Astro-Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile(智利天主教 Pontificia 大学天文工程中心)
利用阿塔卡马宇宙望远镜的宇宙微波背景图与斯隆数字天空调查的星系目录,通过运动Sunyaev-Zeldovich效应估计星系团间平均速度,发现引力加速度与1/r^n成正比,n=2.1±0.3,支持标准ΛCDM模型。
2026-04-15 astro-ph.CO
Using Cross-Correlations to Calibrate Lensing Source Redshift Distributions: Improving Cosmological Constraints from Upcoming Weak Lensing Surveys
透镜源样本中星系数密度与重叠光谱样本中星系数密度之间的互相关性原则上可以用来校准透镜源的红移分布。在本文中,我们详细研究在何种程度上这种互相关方法可以减轻宇宙学信息的损失,在即将到来的弱透镜调查(结合CMB前)由于缺乏知识的源分布。我们考虑了一个光度红移可用的情况,发现,除非光度红移分布p(z_{ph}| z)被先验地非常精确地校准(对于,例如,EUCLID),对p(z_{ph})的附加约束|z)在很大程度上恢复了最初由于dn/dz(z)中的不确定性而丢失的宇宙学信息。只考虑到在照片-z精度的增益,而不是额外的宇宙学信息,增强的暗能量的品质因数高达4(40)可以实现的SuMIRe(斯巴鲁测量的图像和红移,组合的超级凸轮透镜调查和总理焦点光谱仪红移调查)的透镜和红移调查(EUCLID类)的组合。然而,该方法的成功是非常敏感的,我们的知识的星系偏置源样本的演变。如果这种偏差是由大量红移仓中的每一个中的自由参数来建模的,我们发现在每个红移切片中b_i \sqrt{Δz}上需要0.01阶的先验(其中Δz是第i个源箱中的箱宽度,b_i是星系偏差的值)以优化来自互相关方法的增益(即,如果精确地知道偏差,则接近可达到的宇宙学约束)。[删节]
2013-07-19 astro-ph.CO
Late-time cosmology with 21cm intensity mapping experiments
我们提出了一个框架,预测宇宙学的约束,从未来的中性氢强度映射实验在低到中等红移。在这个过程中,我们建立了一个简单的方法比较这样的调查与光学星系红移调查。我们探索了广泛的实验配置,并评估了一些宇宙学观测值(膨胀率,增长率和角直径距离)和参数(暗能量和暗物质的密度,空间曲率,暗能量状态方程等)。将通过大量即将进行的实验来衡量。一些潜在的污染物和系统的影响也进行了详细研究。总体情况是令人鼓舞的-如果自相关校准可以控制到足够的水平,SKA的第一阶段应该能够在大致相同的时间范围内将暗能量状态方程限制为与Euclid等DETF第四阶段星系红移调查一样。
2015-05-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology in Painleve-Gullstrand coordinates
宇宙学最典型的分析是使用标准的共同移动坐标,其中星系(平均而言,直到可能的小特殊速度)“静止”,而“空间”正在膨胀。但这仅仅是一个特定的坐标选择;重要的是要认识到,对于某些目的,其他(有时是完全不同的)坐标选择也可能证明是有用的和有信息的,但不会改变基本的物理学。具体来说,在这里我们将考虑k=0空间平坦的FLRW宇宙学,但在Painleve-Gullstrand坐标中-这些坐标非常明确地不共同移动:“空间”现在不再膨胀,尽管星系之间的距离仍然肯定会增加。在这些Painleve-Gullstrand坐标中工作提供了标准宇宙学及其对称性的另一种观点,也使处理宇宙学视界变得更容易。从更长远的角度来看,我们希望研究这些Painleve-Gullstrand坐标可能最终为理解理想FLRW时空的大偏差提供更好的框架。我们说明这些问题,仔细看看科特勒和McVittie时空。
2022-08-14 astro-ph.CO gr-qc
Inverse Galaxy-Galaxy Lensing: Magnification, Intrinsic Alignments and Cosmology
本文提出逆星系-星系透镜(IGGL)方法,利用透镜星系位于源星系之后的新配置,证明其可在不依赖星系偏袒的情况下独立约束宇宙学,并有效探测高红移内禀取向和重子效应。
2024-10-01 astro-ph.CO
Cosmic Shear Covariance Matrix in $w$CDM: Cosmology Matters
我们在这里提出的cosmo-SLICS,一套新的模拟专门设计用于分析当前和即将到来的弱透镜数据超出标准的两点宇宙剪切。我们采样的$[Ω_{\rm m}, σ_8, h, w_0]$参数空间在25个点组织在一个拉丁超立方体,跨越一个范围,包含大部分的$2σ$后验分布正在进行的透镜调查。在这些节点中的每一个,我们发展一对$N$体模拟,其中采样方差被高度抑制,并射线跟踪体积800次,以进一步增加有效的天空覆盖。我们从这些伪独立的光锥中提取出一个透镜协方差矩阵,并表明它与基于800个真正独立的$N$体运行的合奏的蛮力构造密切匹配。更准确地说,Fisher分析表明,这两种方法产生边缘化的二维约束,变化小于6%的面积,结果,持有不同的调查规格,并匹配到15%内的面积从分析协方差计算。扩展与我们的25个$w$ CDM模型的比较,我们直接从数值模拟中探测了透镜协方差的宇宙学依赖性,在大多数宇宙学中,从分析模型中再现了非常好的Fisher结果。我们证明,在第一个地方的协方差矩阵进行评估的宇宙学的变化可能有一个数量级更大的影响的参数约束比不同的协方差估计技术的选择。我们提出了一个测试案例,在该案例中,我们生成快速预测的透镜信号及其相关的方差与灵活的高斯过程回归仿真器,实现了百分之几的精度,前者和后者的10%。
2019-10-24 astro-ph.CO