Prospects for measuring dark matter microphysics with observations of dwarf spheroidal galaxies
银河系附近矮球状（dSph）星系中的暗物质湮灭有可能产生可探测的伽马射线特征。这个信号的幅度取决于dSph中的暗物质密度、暗物质粒子质量、湮灭中产生的光子数以及可能与速度相关的暗物质湮灭截面。我们认为，如果从多个dSphs的湮灭信号的幅度可以测量，它是可能的，以确定速度依赖性的湮灭截面。然而，我们表明，这样做将需要改进的dSph密度分布的约束，包括控制系统的不确定性的可能来源。对未来的改进做出合理的假设，我们对当前和未来的实验--包括费米、CTA和AMEGO --约束暗物质湮灭速度依赖性的能力进行了预测。
2021-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A General Analysis of Direct Dark Matter Detection: From Microphysics to Observational Signatures
从一组简化的模型自旋0，自旋$\half$，自旋1暗物质候选人使用完全通用的洛伦兹不变和可重整化的拉格朗日，我们推导出全套的非相对论运营商和核矩阵元素直接检测的暗物质，并使用这些计算率和反冲光谱散射在各种目标核。这使我们能够探索哪些高能物理约束可能是从直接检测实验中获得的，存在哪些简并，哪些算子是普遍存在的，哪些是不太可能的或次主导的。我们发现，有运营商是共同的所有自旋以及运营商是唯一的自旋- $\half$和自旋-1，阐明了两个新的运营商，以前没有考虑。此外，我们演示了如何反冲能谱可以区分基本的微观物理，如果使用多个目标核。我们的工作提供了一个完整的路线图，采取通用的基本暗物质理论和计算率的直接检测实验。这为实验学家设计实验和理论家开发新的暗物质模型提供了有用的指导。
2015-05-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Underdetermination of dark energy
本文论证了即使宇宙学巡天精度不断提高，也无法精确确定暗能量的微观物理模型，最多只能获得唯象描述，且现有唯象方案不足以揭示其基本理论。
2024-10-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Microphysical manifestations of viscosity and consequences for anisotropies in the very early universe
已经知道，考虑耗散粘性效应的非完美流体可以避免高度各向异性的混沌混合器方法的奇点。在这种情况下，粘度通常只是简单地参数化，因此尚不清楚各向同性是否真的可以在物理驱动的情况下发生。我们提出了几个例子，相互作用的流体中的粘度的微物理表现，无论是重力或，例如，通过自耦合项的潜在的标量场。在每种情况下，我们推导出的粘性系数和评论的适用性时，涉及的近似处理耗散非完美流体。在宇宙学的背景下嵌入的流体，然后，我们显示在何种程度上，这些模型允许各向同性的宇宙在接近一个奇点。我们首先只在膨胀各向异性的背景下这样做，即，在比安奇I型宇宙的情况下。然后，我们包括各向异性的3曲率模拟的Bianchi类型IX度量。据发现，一个自相互作用的标量场在有限温度下允许有效的各向同性，无论是在比安基I型或IX型时空，虽然该模型是不听话的所有方式的奇点。Mixmaster混沌行为，这是众所周知的出现在各向异性模型，包括各向异性3-曲率，被发现在后者的情况下，以及被抑制。我们发现，唯一允许各向同性奇点的模型是一个稠密的气体的黑洞。
2022-01-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark halo microphysics and massive black hole scaling relations in galaxies
我们研究了星系中的黑洞（BH）的标度关系，在这个模型中，星系晕和中心BH是一个具有各向同性绝热状态方程的自引力暗物质（DM）球。当逃逸速度接近光速时的等势线定义了黑洞的视界。我们发现，BH质量（$m_\bullet$）依赖于DM熵，当指定的有效热自由度（$F$）。BH和星系性质之间的关系自然出现，BH质量和DM速度色散遵循$m_\bullet\proptoσ^{F/2}$（对于由外部宇宙演化确定的全球平均密度）。对$F$施加观测导出的约束提供了对DM微观物理的深入了解。假设DM速度和恒星速度是可比的，那么$m_\bullet$和恒星速度色散$σ_\star$之间的经验相关性意味着$7<F<10$。$m_\bullet$和球状星团性质之间的联系也出现了，因为晕势在大半径处束缚了球状星团群。有趣的是，对于$F>6$，黑洞周围的致密暗包层接近黑洞本身的平均密度，而外晕可以显示出一个几乎均匀的kpc尺度的核心，类似于在星系中观察到的。
2014-09-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on Dark Matter Microphysics from the Milky Way Satellite Population
冷的、无碰撞的暗物质（DM）范式的替代方案，其中DM表现为碰撞流体，通常抑制小尺度结构。在这里，我们使用观测到的银河系（MW）卫星星系的人口来约束DM的碰撞性质，专注于DM重子散射。我们首先推导出解析上限的速度无关的DM重子散射截面上的最低质量的晕推断到主机卫星的线性物质功率谱的特征截止尺度的上限。然后，我们确认和改进这些结果通过详细的概率推断MW卫星人口边缘化相关的天体物理学的不确定性。这就产生了DM粒子质量$m_χ$为~ $10\ \rm{keV}$（$10\ \rm{GeV}$）的DM重子散射截面$2\times10^{-29}\ \rm{cm}^2$（$6\times 10^{-27}\ \rm{cm}^2$）的$95\%$置信上限;这些极限的尺度为$m_χ\ll 1\ \rm{GeV}$的$m_χ^{1/4}$和~ $m_χ\gg 1\ \rm{GeV}$的$m_χ$。这种分析改进了宇宙学边界来自宇宙微波背景各向异性测量的多个数量级的DM质量范围很广，不包括以前未探索的其他方法，包括直接检测实验的参数空间的区域。我们的工作揭示了DM重子散射和其他替代DM模型之间的映射，我们讨论了我们的结果温暖和模糊DM方案的影响。
2020-06-16 astro-ph.CO hep-ph
A microphysically inspired approach to dark matter-dark energy interactions: first bounds on dark-sector scattering cross sections
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Universidade Estadual Paulista (UNESP)（圣保罗州立大学）；Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；Federal University of Paraíba（帕拉伊巴联邦大学）；Paraíba State University（帕拉伊巴州立大学）
针对哈勃常数张力，提出基于玻尔兹曼方程的“自下而上”暗物质-暗能量相互作用模型（Q∝ρ²），利用背景宇宙学数据约束相互作用率系数，首次给出暗扇区湮灭截面上限。
2026-06-26 astro-ph.CO
Dark Energy in the $w-c_s^2$ Plane
Department of Physics and Astronomy, Vanderbilt University（范德堡大学物理与天文学系）
本研究提出基于$w-c_s^2$相空间的暗能量诊断统一框架，定义微物理流动参数$F$，推导其与$H_0$、$σ_8$的关联，可通过一致性检验缩窄暗能量理论范围、区分简并模型，为暗能量研究提供新判别工具。
2026-09-02 astro-ph.CO gr-qc
Optimal parameterizations for observational constraints on thawing dark energy
本研究针对解冻暗能量，比较了十九种通用与针对性参数化捕捉 quintessence 理论动力学的精度，发现基于 Padé 展开的参数化能最可靠地重构状态方程、膨胀历史及宇宙学参数。
2025-06-25 astro-ph.CO gr-qc
Breaking the UV Luminosity Function Degeneracy:Self-Interacting Dark Matter Constraints from Reionization Topology
University of Oxford（牛津大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文通过再电离拓扑证明自相互作用暗物质约束不再退化，利用JWST和SKA1-Low数据排除或检测特定暗物质参数。
2026-04-21 astro-ph.CO
Thermal Misalignment of Scalar Dark Matter
标量暗物质的传统失调机制取决于初始场值，这决定了振荡幅度和现今丰度。我们提出了一种机制，通过这种机制，一个微弱的（普朗克抑制）耦合的暗物质的费米子在热平衡驱动器的标量对它的高温潜在的最小值在大的字段值，动态产生振荡开始前的错位。与传统的错位生产不同，暗物质丰度是由微观物理决定的，而不是由初始条件决定的。作为通用机制的应用，我们讨论了一个现实的情况下，暗物质耦合到μ子。
2021-09-09 astro-ph.CO hep-ph
ETHOS - An Effective Theory of Structure Formation: From dark particle physics to the matter distribution of the Universe
我们制定了一个有效的结构形成理论（ETHOS），使宇宙学结构的形成计算在几乎任何微物理模型的暗物质物理。该框架将粒子暗物质相互作用的详细微物理理论映射到塑造线性物质功率谱和非相对论性暗物质自相互作用转移截面的物理有效参数中。这些是结构形成模拟的输入，它遵循宇宙学和星系暗物质分布的演变。在ETHOS中具有相似有效参数但具有不同暗粒子物理学的模型仍然会导致相似的暗物质分布。我们提出了一种将低能暗物质物理的紫外完全或有效场论映射为影响线性物质功率谱的参数的通用方法，并对几个代表性的粒子模型进行了这种映射。我们进一步提出了一个简单但有用的选择，用于表征暗物质自相互作用转移截面，该截面在结构形成模拟中参数化自散射。总而言之，ETHOS中的这些有效参数允许根据其结构形成特性而不是其固有的粒子特性对暗物质理论进行分类，为未来的模拟铺平了道路，以跨越与结构形成相关的可行暗物质物理空间。
2017-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Gravitational waves from the sound shell model: direct and inverse phase transitions in the early Universe
Instituto de Física Teórica IFT-UAM/CSIC（理论物理研究所）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
研究早期宇宙中直接和反向相变产生的引力波特征，通过声壳模型比较两种相变的引力波谱，揭示可观测特征及区分不同流体解的潜力。
2026-03-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Imprint of Early Dark Energy in Stochastic Gravitational Wave Background
早期缓解哈勃张力的暗能量在起源于宇宙弦网络的原始随机引力波（GW）背景中留下了指纹。该信号不仅可以通过未来计划的GW实验检测到，而且可以与GW频谱中的其他天体物理和宇宙学信号区分开来。我们发现宇宙弦GW谱可以探测到大爆炸后核合成中影响宇宙的其他新物理，这扩展了GW宇宙考古学的研究范围。
2021-11-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Disformal interactions in the Dark Sector: From driving Early Dark Energy to confronting cosmological tensions
Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）；Indian Institute of Science Education and Research Mohali（莫哈里印度科学教育与研究学院）
本文提出了一种基于不规则耦合的暗能量与暗物质相互作用模型，通过抑制哈勃摩擦和暗物质稀释，解决宇宙学矛盾并解释低ℓ异常。
2025-12-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Unifying Early and Late Dark Energy: Dynamical Requirements and Obstructions
University of Hawai‘i（夏威夷大学）
本文研究单个标量场能否同时解释早期暗能量（缓解哈勃张力）和晚期宇宙加速，通过自下而上和自上而下分析，发现需要具有陡-更陡-浅三级斜率势的动力学要求，并对统一模型构建施加严格约束。
2026-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB spectral distortions as a novel way to probe the small-scale structure problems
在这项工作中，我们考虑CMB光谱畸变作为早期宇宙中的暗物质微观物理的探针。我们表明，未来的实验，如PRISM有可能区分的情况下，提供解决方案的CDM宇宙学的小规模问题。
2017-10-09 astro-ph.CO hep-ph
The Spectre of Underdetermination in Modern Cosmology
本文结合近几十年宇宙学进展，重新审视20世纪50年代关于其科学地位的辩论，分析其向现代物理学基石的转变，指出奇异能量成分微观本质的永久性不确定性是当前深层挑战，并探讨未来解决该问题的前景。
2025-07-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Early Dark Energy and Dark Photon Dark Matter from Waterfall Symmetry Breaking
本研究提出一种辐射主导时期发生瀑布对称性破缺的宇宙学模型，通过陈-西蒙斯相互作用产生暗光子，构建早期暗能量新场景并解释暗物质起源，可同时解决$H_0$张力与暗物质来源问题。
2023-12-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Robustness of dark energy phenomenology across different parameterizations
本文通过CPL、JBP、BA和EXP四种双参数参数化，证明最小与非最小耦合精质模型的可行性结论不依赖于暗能量参数化选择。
2025-05-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Early dark energy from massive neutrinos -- a natural resolution of the Hubble tension
如果暗能量的早期成分在物质辐射相等的时候变得活跃，那么哈勃的张力就可以得到显著的缓解。早期的暗能量模型存在一个巧合问题--物质辐射相等的物理学和早期的暗能量是完全不相关的，因此需要某种程度的微调才能使它们几乎同时发生。在本文中，我们提出了一个自然的解释这种巧合。如果早期的暗能量标量与中微子耦合，那么在中微子变得非相对论性的时候，它会收到大量的能量注入。这正是当它们的温度与它们的质量相当时，巧合的是，这发生在物质辐射相等的时候。因此，中微子退耦提供了一个自然的触发早期暗能量的位移场从它的最小值之前，物质辐射平等。我们讨论了这一建议的各个理论方面，潜在的观测签名，以及未来的研究方向。
2020-04-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Early dark energy and its interaction with dark matter
本文研究了一类早期暗能量模型，它在宇宙的早期具有大量的暗能量。在线性近似下，我们研究了早期暗能量涨落对结构生长和CMB功率谱的影响。进一步研究了早期暗能量与暗物质的相互作用对结构生长和CMB的影响。最后，通过对不同观测结果的分析，我们对早期的暗能量模型参数和暗扇区之间的耦合进行了约束。
2015-11-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark matter and the early Universe: a review
暗物质是目前宇宙学和粒子物理学中的一个突出问题。在这篇综述中，我们讨论了可能的解释暗物质和实验观测值，最终可以导致发现的暗物质及其性质，并证明早期宇宙的宇宙学性质和观测值之间的密切相互作用，用于约束暗物质模型的背景下，新的物理学超越标准模型。
2021-04-23 astro-ph.CO hep-ph
Probing Dark Energy on the Moon
Vanderbilt University（范德堡大学）
利用月球激光干涉仪探测暗能量EFT的动能部分，以约束其微物理参数和声速。
2026-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Measuring the Speed of Dark: Detecting Dark Energy Perturbations
暗能量的性质不仅可以通过它的状态方程来探测，还可以通过它的微观物理来探测，其特征在于对暗能量密度和压力的扰动的声速。当声速降到光速以下时，暗能量的不均匀性增加，影响到CMB和物质的功率谱。我们表明，当前的数据可以把没有显着的限制值的声速时，暗能量纯粹是一个最近的现象，但可以开始显示更有趣的结果，早期的暗能量模型。例如，当前数据的最佳拟合模型对动力学（w（a）\ne-1）、与quintessence不同的自由度（c_s \ne 1）和暗能量的早期存在（Omega_ de（a<<1）\ne 0）具有轻微偏好。未来的数据可能会通过测量其空间和时间变化来打开一扇关于暗能量的新窗口。
2010-02-08 astro-ph.CO
How early is early dark energy?
我们调查的约束早期暗能量（EDE）从宇宙微波背景（CMB）各向异性，考虑到从WMAP 9的数据结合最新的小尺度测量从南极望远镜（SPT）。对于一个恒定的EDE分数，我们提出了一个新的参数化少一个参数，但仍然足以提供类似的结果，以前在文献中研究。然而，我们分析的主要重点是比较一组新的不同的EDE参数化，揭示了CMB约束如何依赖于红移时期，在该时期暗能量是不可忽略的。我们发现，如果暗能量开始变得不可忽略，那么EDE的界限就会变得相当弱，如果EDE的开始发生在z < 100时，那么早期的暗能量分数Omega_e在2 sigma时会自由上升到约5%。当暗能量在最后一次散射时出现时，即使它的影响在之后关闭，也会得到大约1-2%的紧边界。我们发现，CMB主要限制了暗能量的存在，在其发射的时候，而随后的结构增长的EDE修改是不太重要的。
2013-01-22 astro-ph.CO hep-ph
Disorder in the Early Universe
我们对导致宇宙膨胀的微观物理学知之甚少。我们有很多理由怀疑，这种基本描述是否需要对各种成分进行仔细的安排，或者通货膨胀是否是一个基本随机过程的结果。在技术层面上，暴胀微观物理中的随机性与固体中的无序密切相关。我们发展了暴胀无序的形式，并研究了淬火无序的观测结果。我们发现，一个共同的预测是在功率谱或双谱中存在额外的噪声。在现象学的水平上，这些结果可以在调制场方面进行重铸，使我们能够写出这种噪声的二次极大似然估计。对疾病的初步限制可以从现有的分析中得出，但通过专门的治疗应该可以取得显着的改善。
2015-03-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Effects of a Geometrically Realized Early Dark Energy Era on the Spectrum of Primordial Gravitational Waves
在这项工作中，我们调查的几何产生的早期暗能量时代的原始引力波的能谱的影响。早期的暗能量时代，我们选择它有一个恒定的状态方程参数$w$，是协同产生的适当的$f(R)$重力的存在下的物质和辐射完美的流体。正如我们所证明的，预测信号的$f(R)$原始引力波的能谱放大，可以检测到，对于各种再加热温度，特别是对于大的再加热温度。信号幅度取决于早期暗能量时代的持续时间和状态参数的暗能量方程的值，后者对放大的影响更为关键。具体地，当状态方程参数接近de Sitter值$w=-1$时，发生放大。关于早期的暗能量时代的持续时间，我们发现，最大的放大发生在早期的暗能量时代开始在温度$T=0.85\,$ eV，直到$T=7.8\,$ eV。此外，我们研究了一个类似的情况下，发生放大，早期的暗能量时代开始在$T=0.29\,$电子伏特，并持续到温度增加$ΔT\sim 1.7\,$电子伏特。
2022-06-01 astro-ph.CO gr-qc
Direct detection of dark matter in universal bound states
我们研究了在非对称自相互作用暗物质的背景下，在直接探测实验中的暗物质的内部结构的签名。两个暗物质粒子在低能量下的自相互作用截面被假定为接近饱和的S波么正性边界，这需要在它们的散射阈值附近存在共振。S波近阈值共振的普遍性意味着，暗物质粒子的两体束缚态的低能散射特性完全由其结合能决定，而与底层的微观物理无关。束缚态从原子核弹性散射的形状因子和束缚态分裂的可能性在核反冲能谱中产生新的特征。如果在实验中观察到这些特征，它将为暗物质的内部结构提供确凿的证据。
2014-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Non-thermal Dark Matter from Modified Early Matter Domination
在早期物质占主导地位的时期，热冻结或冻结可以产生正确的暗物质丰度为$\langle σ_{\rm ann} v \rangle_{\rm f} < 3 \times 10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$。在标准的场景中，一个表现得像物质的单一场驱动了早期的物质主导时代。然而，在现实模型中，这个时期可能涉及一个以上的领域。在本文中，我们研究的影响，这种修改的生产暗物质在早期的物质统治。我们表明，即使是一个次主导的第二场，衰减速度远远快于主导的，可以大大提高宇宙的温度在早期的物质占主导地位的阶段。这反过来又影响了暗物质通过冻结/冻结的生产，并打开了允许的参数空间，朝向显着更大的暗物质质量。因此，人们可以轻松地获得正确的遗迹丰度PeV规模的暗物质的再加热温度在10 GeV或以下。
2018-12-26 astro-ph.CO hep-ph
Inflaton-driven early dark energy
通过调整控制参数，我们考察了能使暴胀理论与现今的暗能量统一起来的质量变化中微子模型PRD 103，063540（2021）是否能用来产生早期的暗能量.该模型以如下方式工作。在大爆炸的早期阶段，被困在$ϕ= 0$的最小值中的暴胀子由于与中微子的相互作用而被抬升，并开始滚到有效势的简并最小值之一，过了一段时间，它被锚定在这个最小值，这反过来又随着时间的推移非常缓慢。相应地，由于这种动力学对称性破缺而产生的早期暗能量也随时间变化得非常缓慢。然而，在复合时期之前不久，对称性恢复，早期的暗能量消失。变质量中微子模型的一个典型问题是，由于中微子质量太小，它们很难提供所需的树能级早期暗能量。然而，在暴胀能量尺度为$1$ \，TeV量级的假设下，$ϕ$的量子涨落可以提供足够的早期暗能量。辐射以及热修正来自中微子部门不影响模型显着。至于重力引起的对有效势的修正，它们可以安全地忽略。
2021-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Early formation of supermassive black holes via dark matter self-interactions
在标准的天体物理方案中，很难容纳高红移（$z\sim7$）的超大质量黑洞的存在。研究表明，具有次主导自相互作用分量的暗物质模型能够通过重力热灾变产生超大质量黑洞的早期种子。以前的研究使用流体方程的方法，需要一些限制性的假设。在这里，我们重新考虑的问题，使用$N$体引力模拟从最初的暗物质晕的形成。我们认为弹性和耗散散射，并阐明暗物质的微观物理和随后的吸积的黑洞需要匹配所观察到的高红移超大质量黑洞的属性之间的相互作用。我们发现了一个参数空间区域，在这个区域中，一小部分自相互作用的暗物质可以产生观测到的高红移超大质量黑洞。
2019-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Ultralight dark photon as a model for early universe dark matter
暗光子是一个有质量的矢量场，它只与物理光子通过动力学混合相互作用。这种耦合被认为是弱的，因此暗光子在与基本粒子的过程中几乎不可观测，但可以作为暗物质粒子。我们认为，在非常早期的宇宙（$z>3000$）这个矢量场可能有辐射状态方程（$w=1/3$），但后来的行为作为冷暗物质（$w=0$）。这可能会使宇宙早期的膨胀率略有变化，并使重子声学振荡（标准标尺）的声视界值减小。结果，在这个模型中的哈勃常数的值似乎比在标准的$Λ$ CDM模型中的大。特别是，只要有$m\sim 10^{-27}-10^{-25}$ eV量级的暗光子质量，就足以使哈勃常数的值与$H_0 = 73$ km $\cdot$ s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$拟合，从而解决哈勃张力。
2019-08-26 astro-ph.CO hep-ph
Probing the Sound Speed of Dark Energy with a Lunar Laser Interferometer
Vanderbilt University（范德堡大学）
本文提出利用月球激光干涉仪探测暗能量声速，通过测量宇宙学尺度引力势的实时演化，揭示暗能量微物理特性，建立声速与可观测应变信号的联系。
2026-01-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark Energy Scaling from Dark Matter to Acceleration
宇宙的暗区不需要完全分离为不同的暗物质和暗能量成分。我们考虑一个早期暗能量的模型，其中暗能量在早期的演化和扰动中都模仿了暗物质成分。正压以太暗能量的尺度是暗物质密度的一个固定的分数，可能大于1，并且在经历转变之前的早期具有消失的声速。这不仅给出了宇宙膨胀的特征，还给出了声速和不均匀性以及有效中微子种类的数量。模型参数描述了时间，转变的尖锐性，以及早期的相对丰度。与目前的数据比较后，我们发现可行的制度，其中的暗能量的行为像暗物质在早期：为过渡前重组的暗能量，暗物质的分数可以等于或超过1，而近重组的过渡的比例只能是百分之几。在跃迁之后，暗能量将分道扬镳，最终推动宇宙加速，并在这种情况下接近宇宙学常数。
2014-09-04 astro-ph.CO gr-qc
Dark Matter from Evaporating Primordial Black Holes in the Early Universe
本文研究早期宇宙中占主导的原初黑洞在核合成前蒸发产生暗物质的冻结机制，考虑两种形成机制下的连续质量谱，并给出该场景解释极早期暗物质产生的条件。
2024-06-10 astro-ph.CO hep-ph
Early dark energy by dark Higgs, and axion-induced non-thermal trapping
我们提出了一个新的方案，早期暗能量（EDE）与暗希格斯被困在原点。为了保持这种暗希格斯粒子被捕获，直到物质辐射相等，我们使用由轴子相干振荡产生的非热暗光子，其捕获效果比热质量强得多。当捕获结束时，暗希格斯玻色子迅速衰变为暗光子，然后作为辐射红移。对于普通的墨西哥帽势，暗希格斯粒子的EDE方案非常适用，并且暗希格斯粒子自然从一开始就位于原点，因为它是能量增强点。因此，与轴子EDE不同，不需要精心设计势或相对于初始条件进行微调。有趣的是，轴子不仅产生暗光子，还解释了暗物质。我们发现可行的参数区域的轴子衰变常数和轴子质量的暗物质和$H_0$张力可以同时解释。我们还讨论了轴子-光子耦合时轴子的可探测性，并证明了轴子可以是QCD轴子。
2022-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter and the early Universe
大爆炸核合成（BBN）是最早的现象之一，可以导致早期宇宙性质的观测约束。众所周知，在BBN之前，发生了许多重要的机制和相变。我们讨论了通过宇宙学、天体粒子物理学和对撞机对暗物质的研究来深入了解原始宇宙的可能性。为了这个目的，我们假设暗物质是一个热遗迹，并表明，结合对撞机搜索与暗物质可观的可以导致强有力的限制冻结期前BBN。
2018-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Coupled Early Dark Energy
早期的暗能量已经成为解决哈勃张力的更有希望的方法之一--哈勃张力是利用宇宙历史上不同时期的数据测量的哈勃常数之间的统计学显著差异。然而，这一想法并非没有自己的一系列挑战，既来自数据，它对其他测量的影响，如大尺度结构张力，也来自理论问题，如技术自然性和宇宙学中新的巧合问题的引入。在这篇简短的笔记中，作为在{ \it第15届基础物理前沿会议}上的特邀全体演讲，我讨论了早期暗能量的一些微调问题如何通过使用与宇宙学中已经存在的其他场的耦合来改善，并且物质辐射平等的时代已经是一个特殊的时代。由此产生的模型--中微子辅助的早期暗能量和变色龙早期暗能量--为这一总体思想提供了可测试的、理论上可靠的实现。我将讨论这种方法的制定和宇宙学，包括从观测和理论考虑所产生的一些限制。
2022-09-29 astro-ph.CO hep-ph
Trapped early dark energy
本文提出暗物质捕获的早期暗能量机制，通过放宽EDE势斜率约束来缓解巧合问题，并探讨暴胀后EDE稳定到观测所需初始条件的可能性。
2024-01-16 astro-ph.CO gr-qc
An Attractive Proposal for Resolving the Hubble Tension: Dynamical Attractors that Unify Early and Late Dark Energy
针对早期暗能量需精细调节初始条件的问题，本文提出以动力学鞍点和晚期吸引子统一早期与晚期暗能量的单标量框架，并通过基准模型揭示其与宇宙学数据的冲突及建模启示。
2024-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Observational constraints on early time non-phantom behaviour of dynamical dark energy
Jamia Millia Islamia（贾米阿米利娅伊斯兰大学）
研究早期非幻象行为的动力学暗能量模型，利用宇宙学观测发现晚期背景参数稳定，但早期标度行为受数据强烈排斥，不能缓解哈勃张力。
2026-06-19 astro-ph.CO gr-qc
Neutrino-Assisted Early Dark Energy is a Natural Resolution of the Hubble Tension
最近有人声称，中微子辅助的早期暗能量模型-一个有希望的哈勃张力的解决方案，可以改善困扰其他理论的理论微调和巧合问题-并没有提供自然的或宇宙学上有趣的结果。在这篇简短的论文中，我们表明这些结论是不正确的，原因有三。首先，我们要找出计算中的错误。第二，我们争论的定义是什么构成了一个“有趣的”和“自然的”模型。最后，我们证明了的结论是在没有充分探索模型的完整参数空间的情况下得出的。中微子辅助的早期暗能量仍然是哈勃张力的自然和有趣的潜在解决方案，值得进一步研究。
2023-02-17 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation as a probe for phase transition in the early universe
早期宇宙中的宇宙学常数不一定很小。如果标量场在相变后达到真空期望值，那么在相变前可能存在一个很大的宇宙学常数。早期的宇宙学常数（ECC）和PT过程在今天的暗辐射（DR）中是可以探测到的，例如在宇宙轴子背景中。我们发现，对于广泛的一类DR模型，DR密度和频谱显着修改的ECC的存在。从今天DR的密度和光谱，我们可以推断出PT的温度和强度。
2022-07-17 astro-ph.CO hep-ph
Effective field theories for dark matter pairs in the early universe: cross sections and widths
本文在有限温度非相对论有效场论框架下计算了早期宇宙热环境中暗物质费米子对的跃迁宽度及湮灭、束缚态形成和解离截面，重现并扩展了暗费米子耦合暗规范玻色子的已知结果，明确了其适用范围与一致性。
2024-02-20 astro-ph.CO hep-ph
Early dark energy constraints on growing neutrino quintessence cosmologies
我们研究宇宙学模型，其中动态暗能量由一个标量场，其现今的价值是由耦合到中微子部门控制。标量场的行为取决于三个函数：动力学函数、标量场势和标量场-中微子耦合函数。我们提出了一个分析处理的背景演化过程中的辐射和物质占主导地位的指数和逆幂律的潜力，并找到一个放松的限制相比，以前的工作量的早期暗能量的指数的情况下。然后，我们进行了数值分析的背景宇宙学的两种类型的潜在的和各种说明性的选择的动力学和耦合功能。通过应用普朗克对早期暗能量的限制，我们能够限制早期动力学函数的大小。
2019-07-31 astro-ph.CO gr-qc
Constraining early and interacting dark energy with gravitational wave standard sirens: the potential of the eLISA mission
我们执行的eLISA天基干涉仪的能力，以约束早期和相互作用的暗能量模型使用引力波标准警报器的预测分析。我们采用模拟目录的标准警报器合并大规模的黑洞双星可见的eLISA，与电磁对应的未来望远镜检测。我们考虑三臂任务设计，臂长为100万公里，200万公里和500万公里，任务持续时间为5年，最佳水平的低频噪声，最近由LISA探路者测试。具有eLISA的标准警报器可以获得中等范围的红移$1\lesssim z \lesssim 8$，因此可以对模型提供竞争性约束，其中$Λ$ CDM的偏离（即早期暗能量开始不可忽略的时期，或者当与暗物质的相互作用开始时）发生相对较晚，在$z\lesssim 6$。相反，如果早期或相互作用的暗能量已经在预复合时代相关，那么当前的宇宙学探测（特别是宇宙微波背景）在约束这些模型方面比eLISA更有效，除非在相互作用的暗能量模型中，如果能量交换与暗能量的能量密度成正比。
2017-03-08 astro-ph.CO gr-qc
Dark Radiation and Superheavy Dark Matter from Black Hole Domination
即使在早期宇宙中产生了相对较少的黑洞，随着空间的膨胀，它们在总能量密度中所占的比例也会越来越大。因此，我们有充分的动机去考虑这样一种情形，即早期宇宙包括一个原始黑洞主导总能量密度的时代。在此背景下，我们认为霍金辐射作为一种机制，产生暗辐射和暗物质。如果早期宇宙包括一个黑洞主导的时代，我们发现霍金辐射将产生暗辐射的水平$ΔN_{\rm eff} \sim 0.03-0.2$为每个轻和去耦自旋0，1/2，或1。这个范围非常适合于缓解后期和早期哈勃测定之间的紧张关系，并且在即将到来的CMB实验范围内。暗物质也可能起源于黑洞主导的早期宇宙中的霍金辐射，尽管这样的暗物质候选者必须非常重（$m_{\rm DM} >10^{11}$ GeV），如果他们要避免超过测量的丰度。
2019-05-03 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter dilution scenarios in the early universe
当标准模型中的希格斯势的真空能量经历电弱相变时，熵流入原始等离子体可以导致在相变开始之前已经存在的冻结的暗物质密度的显著稀释。如果早期宇宙由小质量的原始黑洞主导，在大爆炸核合成之前蒸发，同样的效果也会发生。在本文中，我们计算上述情况下的稀释因子。
2021-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Constraining early dark energy with gravitational waves before recombination
本文研究超轻标量衰变为阿贝尔规范玻色子产生的随机引力波背景，通过模拟共振暗光子产生的非线性动力学，发现其信号在全部参数空间内超过宇宙微波背景约束，为早期暗能量模型提供了独特探测途径。
2021-05-04 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino-Assisted Early Dark Energy: Theory and Cosmology
在不同的红移下获得的哈勃常数测量值之间的张力可能提供了一个在相对早期的宇宙中活跃的新物理学的暗示，大约在物质辐射平等的时代。解决这种紧张关系的一个主要范例是早期暗能量的时期，在这个时期，一个标量场贡献了宇宙能量预算的一个次要部分。这种情况下面临着重大的微调问题，可以改善的非平凡耦合的标量的标准模型中微子。在接近物质辐射相等的时间，这些能量变成非相对论性的，导致能量注入标量，启动早期的暗能量阶段，解释了它与这个看似无关的时代的巧合。我们提出了一个最小版本的中微子辅助的早期暗能量模型，并对其预测和理论约束进行了详细的分析。我们认为粒子物理学的约束-该模型构成一个良好的行为有效场论的量子校正是在控制之下，使相关的预测是在其制度的有效性-和所提供的约束，需要一个一致的宇宙演化从早期到晚期。我们的工作为使用宇宙学数据集测试这种情况铺平了道路。
2020-11-19 astro-ph.CO hep-ph
The $H_0$ and $S_8$ tensions necessitate early and late time changes to $Λ$CDM
对$Λ$ CDM的仅早期或仅晚期时间改变不足以同时解决$H_0$和$S_8$张力;然而，对$Λ$ CDM的早期和晚期时间改变的组合可以提供对两种张力的解决方案。作为一个例子，我们研究了一个组合的早期暗能量-衰变暗物质模型。虽然早期暗能量有能力解决$H_0$张力，但它导致了$S_8$测量的差异。我们发现，增加衰变暗物质有助于解决$S_8$差异，否则将在早期的暗能量模型中得到增强，而后者能够缓解$H_0$不一致的第95百分位数的间隔。我们的研究结果表明，$Λ$ CDM与$Δ\rm{AIC} = -6.72$的组合模型的偏好，暗示早期和晚期的宇宙修改可能是必要的，以解决宇宙学的紧张局势。
2021-10-18 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Early Dark Energy from the Axion Weak Gravity Conjecture
解决哈勃张力的一个流行的建议涉及暗能量的早期阶段，由具有周期性势的轴子场驱动。在本文中，我们认为，这些模型是严格限制的轴子弱引力猜想：对于典型的参数值，轴子衰减常数必须满足$f < 0.008 M_{\textrm{Pl}}$，这是小于轴子衰减常数出现在绝大多数早期的暗能量模型。我们讨论了可能的方法来逃避或放松这一约束，认为它的漏洞很小，难以线程。这表明，在量子引力的紫外完备理论中实现早期的暗能量模型可能是具有挑战性的。
2022-03-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Hot New Early Dark Energy: Towards a Unified Dark Sector of Neutrinos, Dark Energy and Dark Matter
热的新早期暗能量描述了一个过冷的，一阶相变，发生在亚电子伏的温度在黑暗的部门。它降低了声音视界，这为哈勃张力提供了一个可能的解决方案，同时，它可以通过使一组无菌的马约拉纳费米子具有质量的反向跷跷板机制来解释中微子质量。首先，我们认为，这种情况下加强现有的宇宙学界限上最重的中微子质量。这反过来又限制了暗区的温度，这为我们提供了两个可证伪的预测。在第二步中，我们讨论的现象学后果嵌入热的新早期暗能量在一个更大的规范组，部分打破以上的TeV规模。这个新的理论，甚至可以独立于哈勃张力，完成了反跷跷板机制的高能角落，并解释了暗物质候选者的质量，它可以通过高能量的引力相互作用产生。
2022-11-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
