Testing the cosmic conservation of photon number with type Ia supernovae and ages of old objects
本文利用分布在红移间隔$0.11 < z < 1.84$上的32个年老被动星系的年龄，计算了它们的光度距离，并与Union 2.1汇编中Ia型超新星（SNe Ia）的580个距离模数进行了比较，检验了光子数的宇宙守恒性。我们的分析是基于这样一个事实，即获得星系年龄的方法依赖于星系光谱的详细形状，而不是星系光度。可能偏离宇宙光子数守恒的情况用$τ(z) = 2 εz$和$τ(z) = εz/(1+z)$参数化（对于$ε=0$，光子数守恒被恢复）。我们发现$ε=0.016^{+0.078}_{-0.075}$从第一个参数化和$ε=-0.18^{+0.25}_{-0.24}$从第二个参数化，两个限制在95\% c.l.这样一来，就证实了光子数的宇宙守恒没有显著的偏离。此外，通过考虑从Planck（2015）分析推断的总年龄，我们发现$t_{inc}=1.66\pm0.29$ Gyr和$t_{inc}=1.23\pm0.27$ Gyr的潜伏时间为68\% c. l.对于每个参数化，分别。}
2017-10-14 astro-ph.CO
Indirect Dark Matter Signatures in the Cosmic Dark Ages I. Generalizing the Bound on s-wave Dark Matter Annihilation from Planck
普朗克最近对宇宙微波背景辐射各向异性的测量提供了一个探测宇宙暗时代暗物质湮灭的灵敏探针，并特别限制了湮灭参数$f_\mathrm{eff} \langle σv \rangle/m_χ$。使用新的结果（文件II）的电离产生的粒子注入在任意能量，我们计算并提供$f_\mathrm{eff}$值的光子和$e^+e^-$对注入keV-TeV的能量; $f_\mathrm{eff}$值的任何暗物质模型可以直接通过加权这些结果的湮没产物的光谱。这一结果允许敏感和强大的约束暗物质湮灭提出的普朗克合作被应用到任意暗物质模型与$s$波湮灭。我们证明了这种方法的有效性，使用主成分分析。作为一个例子，我们整合了一系列的标准模型最终状态的湮没产物的光谱，以确定这些模型的CMB边界作为暗物质质量的函数，并证明了新的限制一般排除模型提出解释所观察到的高能上升的宇宙射线正电子分数。我们在http://nebel.rc.fas.harvard.edu/epsilon上公开我们的结果。
2015-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Ages of Type Ia Supernovae Over Cosmic Time
我们推导出经验模型的星系质量大会的历史，并卷积这些理论延迟时间分布（DTD）模型Ia型超新星（SNe Ia），推导出所有SNe Ia发生在一个给定的时代的宇宙时间的祖先年龄的分布。在活跃的恒星形成星系中，恒星形成速率的进展比$t^{-1}$ SN Ia的DTD要浅，所以在宇宙历史的所有时期，所有恒星形成星系的平均SN Ia年龄都在DTD峰值处达到峰值。在被动星系已经停止了恒星形成通过一些淬火过程，超新星Ia年龄分布的峰值在淬火时代，这在被动星系的红移演变跟踪过去的时代的主要恒星形成。我们的模型再现了超新星Ia速率的红移演化，超新星Ia拉伸和主机质量之间的关系，以及超新星Ia主机质量的分布在定性上与观测一致。我们的模型自然地预测，低质量星系往往是积极的恒星形成，而大质量星系一般是被动的，与星系“缩小”的观察一致。因此，超新星Ia的平均年龄经历了一个急剧的过渡，从年轻的年龄在低主机质量的老年龄在高主机质量，定性类似于平均超新星Ia哈勃残差与主机质量的过渡。年龄的差异随着红移的变化而变化，这种变化目前还没有在超新星Ia宇宙学分析中得到解释。因此，我们认为，SNe Ia只选择从积极的恒星形成星系将产生宇宙学上最均匀的样品，由于年轻的SNe Ia祖年龄在所有宇宙学时代的同质性。
2014-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Global signal in the redshifted hydrogen 21-cm line from the Dark Ages and Cosmic Dawn: Dependence on the nature of dark matter and modeling of first light
本文研究黑暗时代与宇宙黎明时期红移21厘米线全局信号对暗物质自湮灭/衰变参数及第一批源光谱能量分布的敏感性，指出需结合十米和米波段兼容观测才能约束暗物质与第一缕光模型。
2025-04-10 astro-ph.CO
Probing the Cosmic Dark Ages with the Lunar Crater Radio Telescope
宇宙黑暗时代代表了宇宙早期演化的时期，从CMB光子与物质脱钩后立即开始，并以第一批恒星和星系的形成结束。来自中性氢原子的HI信号是我们理解宇宙历史中这一关键阶段的唯一机制，也是我们回答关于标准宇宙学模型、暗物质物理学和暴胀有效性的基本问题的唯一机制。由于宇宙学的红移，这个信号现在只能在3-30 MHz的频带内观察到，这是由电离层阻止到达地球表面。在本文中，我们提出了设计的月球陨石坑射电望远镜，打算进行前所未有的测量，通过部署一个反射镜大小的抛物面反射器网内的月球陨石坑在月球的远侧和悬挂在其焦点的接收器的信号。
2022-06-02 astro-ph.CO
The first molecules in the intergalactic medium and halos of the Dark Ages and Cosmic Dawn
我们研究了在黑暗时代和宇宙黎明时期第一批分子的形成和破坏，以评估分子线中原星系团（晕）的光度。宇宙学复合使用有效三能级原子模型来描述，而分子的化学性质则使用相关的基本动力学方程来考察。然后，我们研究了分子的碰撞和辐射激发对分子发射强度的影响，在温暖和热晕。利用普朗克星系际介质在z~6-8处的再电离数据，计算了宇宙黎明期出现的四种热光源的光能量密度上限。假设在晕圈中，光的能量密度可能基本上甚至更高，我们估计了来自第一光源的光对第一分子的形成和破坏的影响。我们表明，分子H2和HD被破坏的光解过程前不久，充分的再电离在中间的晕介质中，在介质中的两种类型的晕和第一光的所有模型。同时，氦氢离子的数密度，HeH+，显示出本质上更复杂的依赖于晕的动力学温度和第一光的模型。此外，我们估计的差分亮度温度的个别晕在旋转线的H2，HD和HeH+分子在红移对应的黑暗时代和宇宙黎明时期。它不超过微开尔文，但它的探测可能是关于在黑暗时代和宇宙黎明时期第一批恒星和星系形成之初发生的物理过程的重要信息来源。
2022-05-08 astro-ph.CO
A smoother end to the dark ages
独立的证据表明，第一批恒星，结束了宇宙的黑暗时代，是成对出现的，而不是单独出现的。这可能会改变早期宇宙具有瑞士奶酪般外观的流行观点。
2011-04-06 astro-ph.CO
On Problems with Cosmography in Cosmic Dark Ages
类星体在Ia型超新星之外的高红移窗口中显示出相当大的希望作为标准烛光。最近，Risaliti，Lusso \&合作者\cite{Risaliti:2018reu, Lusso:2019akb, Lusso:2020pdb}已经成功地产生了一个高红移哈勃图（$ z \lesssim 7$），支持“一种趋势，即标准平坦$Λ$ CDM模型可以很好地再现类星体的哈勃图，直到$z \sim 1.5-2$，但在更高的红移出现强烈的偏差”。这个结论取决于光度距离的对数多项式展开。在本说明中，我们证明了这种扩展（或其“改进”）通常只能信任到$z \sim 1.5-2$。因此，扩展有效性的故障可能被误解为与平坦$Λ$ CDM的（幻影）偏差。我们通过模拟数据的例子进一步说明了这个问题。
2021-05-28 astro-ph.CO
Primordial black holes and the velocity acoustic oscillations features in 21 cm signals from the cosmic Dark Ages
National Astronomical Observatories, CAS（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Stellenbosch University（斯坦伦布什大学）
研究原初黑洞在宇宙黑暗时期通过吸积气体释放辐射，影响宇宙辐射场和星际介质热状态，通过速度声学振荡特征探测原初黑洞。
2026-04-02 astro-ph.CO
Testing the growth of cosmic structures during the Dark Ages
本文研究未来地球与月球背面21厘米谱线强度映射巡天在红移30到200范围内约束宇宙结构增长的能力，表明月球背面观测在前景处理稳健时可达到亚百分比精度，从而为早期暗能量和nDGP等偏离ΛCDM的模型提供严格检验。
2025-09-19 astro-ph.CO
Revisiting constraints on superconducting cosmic strings in light of Dark Ages global 21-cm signal
National Institute of Technology Meghalaya（梅加拉亚邦国家技术学院）；Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学杭州高等研究院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）
本文同时考虑衰变超导宇宙弦的电离与射电辐射，利用黑暗时代全球21厘米信号在$z\sim89$处偏离ΛCDM的变化，给出衰变效率参数上限。
2025-10-21 astro-ph.CO
The Dark Ages of the Universe and Hydrogen Reionization
宇宙历史上的里程碑之一是第一个发光物体的形成和氢的再电离。宇宙结构形成的标准理论预测，第一代恒星在大爆炸后大约几亿年诞生。然后，黑暗的宇宙再次被点亮，最终充满了从恒星、星系和类星体发出的紫外光子。宇宙再电离的确切时期和过程的细节，甚至主要来源，除了宇宙早期被再电离的事实外，还不知道。再电离的特征预计会在宇宙微波背景辐射中留下印记，特别是在它的大尺度极化中。未来的CMB实验，连同其他探测器，如21厘米的调查，将提供丰富的信息，再电离过程。我们回顾了最近关于再电离的研究。从现有的观测在很宽的波长范围内的影响进行了讨论。最先进的计算机模拟的结果。最后，我们讨论了探索宇宙历史最初几亿年的前景。
2014-04-28 astro-ph.CO
Detecting the 21 cm Signal of the Cosmic Dark Ages
本文通过21cmSense模拟月球背面射电阵列设计，提出基于FarView修改的基准方案，证明短基线是实现黑暗时代21厘米功率谱高灵敏度探测的关键因素。
2025-04-11 astro-ph.CO
Formation of the hydrogen line 21-cm in Dark Ages and Cosmic Dawn: dependences on cosmology and first light
本文计算黑暗时代、宇宙黎明和再电离时期氢21厘米全球差分亮温，揭示其对宇宙学参数、非标准物理及首批光源光谱能量分布的依赖。
2023-09-26 astro-ph.CO
Beacons into the Cosmic Dark Ages: Boosted transmission of Ly$α$ from UV bright galaxies at $z \gtrsim 7$
最近探测到来自$z>7.5$星系的Lyman alpha（Ly $α$）发射有点出乎意料，因为在这个星系际介质（IGM）仍然高度中性的时代，以前没有探测到。但这些检测来自UV明亮的星系，它们优先生活在早期的过密度中，并且具有显着的多普勒频移Ly $α$线轮廓，从它们的星际介质（ISM）中出现，使它们受全球IGM状态的影响较小。再电离模拟和经验ISM模型相结合，我们表明，由于这两种效果，紫外明亮的星系在overdensities有$>2\times$更高的传输通过$z\sim7$ IGM比典型的场星系，这种增强的传输增强的中性分数的增加。增强的透射率不足以解释观测到的$M_\mathrm{UV} \lesssim -22$星系的高Ly $α$分数（Stark et al. 2017），这表明由于增强的生产和/或选择效应，这些星系发射的Ly $α$必须比预期的更强。尽管偏紫外明亮的星系居住在overdensities，我们显示LY $α$观测这些星系可以准确地测量全球中性氢分数，特别是当LY $α$从紫外暗淡的星系熄灭，使它们成为理想的候选人光谱后续到宇宙黑暗时代。
2018-04-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining Gravitational Waves from Superconducting Cosmic Strings with the Dark Ages $21$-cm Signal
Joint Institute for Nuclear Research（杜布纳联合核子研究所）
该研究采用CVOS模型计算超导宇宙弦的SGWB，发现黑暗时代21厘米信号可约束其参数空间，排除大量可行参数，凸显月球21厘米实验与引力波观测台的互补性。
2026-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing self-interacting ultrahigh-energy neutrinos with the cosmic 21-cm signal
本研究通过分析宇宙黑暗时期和黎明的21厘米信号，限制超高能中微子的自相互作用散射截面，得出耦合常数范围，其限制优于现有实验，为暗物质和中微子物理提供新见解。
2024-12-25 astro-ph.CO hep-ph
Illuminating the dark ages: Cosmic backgrounds from accretion onto primordial black hole dark matter
冷暗物质作为不同质量的原始黑洞（PBH）的总和，可以解释许多未解的天体物理之谜。在这里，我假设一个广泛的PBH质量分布提供了大部分的暗物质，符合所有的限制和估计的重子吸积到PBH有助于宇宙背景辐射，主要是宇宙X射线和宇宙红外背景波动之间的相关信号深钱德拉和斯皮策调查。我假设Bondi捕获和平流占主导地位的磁盘吸积与合理的重子密度和有效的相对速度之间的重子和PBH，以及适当的吸积和辐射效率，并整合在PBH质谱和宇宙时间。X射线贡献确实与残余X射线背景信号和X射线/红外波动一致。通量峰值在z~17-30处，与要求信号来自高红移的约束一致。PBH对红外背景涨落的贡献仅为1%左右。磁场是邦迪捕获过程中的一个基本要素，而PBH可以在放大早期种子场并维持它们直到银河发电机过程开始的过程中发挥作用。假定的PBH粒子数对宇宙再电离历史的贡献与普朗克电离极限并不冲突。来自PBH的X射线加热可以对星系群的熵底做出贡献。EDGES红移的21厘米吸收线特征可以与宇宙背景辐射的无线电贡献联系起来。最后，中等质量黑洞的数量和银河系中心弥漫的X射线辐射与假设的PBH暗物质是一致的。在钱德拉对银河脊最深处的观测中，一些离散源确实可能是吸积的PBH。
2020-05-12 astro-ph.CO
Halo Shape and Relic Density Exclusions of Sommerfeld-Enhanced Dark Matter Explanations of Cosmic Ray Excesses
暗物质与索末菲增强湮灭已被提出来解释观测到的宇宙射线正电子过剩在10 GeV至TeV的能量范围。我们表明，所需的增强意味着热遗迹密度太小，是所有的暗物质。我们还表明，暗物质是足够的自我相互作用，椭圆星系暗物质晕的观测排除大索末菲增强轻力载体。共振索末菲增强并没有改变这些结论，解决这些差异所需的天体物理学的提升是不利的，特别是当显着的自相互作用抑制晕子结构。
2010-03-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Ionization from Cosmic Strings at Cosmic Dawn
宇宙弦产生带电粒子，这些带电粒子通过发射电磁辐射，在黑暗时代部分地吸收中性氢。对宇宙弦引起的中性氢电离分数的修正可能会导致新的观测效应和/或对$Gμ\sim 10^{-16} - 10^{-22}$周围的弦张力的新约束，其原始磁场值在$B_0 \sim 10^{-11}-10^{-9}$高斯范围内。
2019-07-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The magnitude of the dark ages 21-cm signal in the context of existing early and late time constraints on $Λ$CDM
Kavli Institute of Cosmology Cambridge, University of Cambridge（剑桥大学卡弗里宇宙学研究所）
本文基于现有早期和晚期宇宙学约束，研究暗年代21厘米信号的幅度，确定其深度和中心频率的精度。
2026-02-24 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
Probing Cosmic Dawn : Ages and Star Formation Histories of Candidate $z\geq$9 Galaxies
我们讨论了六个星系的光谱能量分布和物理性质，它们的光度红移表明它们的红移超过了$z\simeq$ 9。每一个都是因为在斯皮策/IRAC 4.5 $μ$ m波段中观察到的显著过量，对于高于$z=9.0$的红移，可能表明存在静止框架巴耳末破裂和比红移$z\simeq10$更早形成的恒星成分。除了约束早期的恒星形成活动的基础上，适合使用恒星星族模型与袋管，我们已经进行了必要的，但具有挑战性的，后续的光谱每个候选人使用各种组合的凯克/MOSFIRE，VLT/X-射手，双子座/FLAMINGOS 2和ALMA。基于$α$或[OIII] 88 $μ$ m的发射，我们确定了GN-z-10-3的令人信服的红移为$z$ =8.78，透镜星系MACS 0416-JD的可能红移为$z$ =9.28。对于GN-z9-1，我们得出结论，对于$z\simeq$ 9以外的源，情况仍然是有希望的。结合MACS 1149-JD 1早期的光谱数据，我们对这个放大样本的分析为宇宙恒星形成历史提供了进一步的支持，该历史超过了红移$z\simeq$ 10。我们使用我们的最佳拟合的恒星星族模型来重建我们的源过去的休息帧紫外线光度和讨论的影响，跟踪早期的祖先这样的系统与詹姆斯韦伯太空望远镜。
2021-11-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
High-precision nuclear chronometer for the cosmos
核计时器通过比较长寿命放射性核素的现在和初始丰度来预测最古老恒星的年龄，为宇宙提供了一种独立的测年技术。提出了一种新的核计时器--Th-U-X计时器，它通过同步Th/X、U/X和Th/U计时器，对$r$过程模拟中的天体物理条件施加了严格的约束。利用Th-U-X天文钟，核天文钟的天体物理不确定度从超过$\pm2$十亿年显著降低到0：3十亿年以内。利用该精密时计估算了6颗贫金属星的年龄，其结果与宇宙微波背景辐射估算的宇宙年龄138亿年一致，但与引力透镜测量的宇宙年龄114亿年不一致。
2021-08-13 astro-ph.CO astro-ph.IM nucl-ex
The Impact of Foregrounds on Dark Ages Measurements with the Highly Redshifted 21 cm Line
本研究分析高红移下21 cm宇宙学中的前景楔形效应，发现其比再电离纪元更显著，前景规避会损失一个量级灵敏度，指出需前景减除才能用近期可行的实验开展黑暗时代21 cm宇宙学研究。
2025-07-30 astro-ph.CO
The halo mass function through the cosmic ages
In this paper we investigate how the halo mass function evolves with redshift, based on a suite of very large (with N_p = 3072^3 - 6000^3 particles) cosmological N-body simulations. Our halo catalogue data spans a redshift range of z = 0-30, allowing us to probe the mass function from the dark ages to the present. We utilise both the Friends-of-Friends (FOF) and Spherical Overdensity (SO) halofinding methods to directly compare the mass function derived using these commonly used halo definitions. The mass function from SO haloes exhibits a clear evolution with redshift, especially during the r…
2013-11-09 astro-ph.CO
Cosmic mysteries and the hydrogen 21-cm line: bridging the gap with lunar observations
本文探讨了月球观测氢21厘米信号的科学价值，指出其相较于地面观测能更精确地探测黑暗时代和宇宙黎明，从而检验宇宙学、暗物质及第一代恒星与黑洞的性质。
2024-01-17 astro-ph.CO
Constraining exotic dark matter models with the dark ages 21-cm signal
本研究利用黑暗时代21厘米信号约束ERB和mDM两种奇异暗物质模型，分析了全球信号及功率谱的探测与区分显著性，论证了相关实验的科学价值。
2023-11-08 astro-ph.CO
Impact of inhomogeneous CMB heating of gas on the HI 21-cm signal during dark ages
中性氢（HI）红移21厘米信号的观测似乎是宇宙暗时代最有希望的探测。该信号携带有关星系际介质（IGM）热状态和密度分布的信息。宇宙微波背景辐射（CMBR）通过与带电粒子的相互作用，在决定IGM中HI气体的动力学和自旋温度方面起着重要作用。空间波动的电离分数，这是由不均匀的重组，导致从CMBR到IGM气体的热传递不均匀。我们重新审视这种不均匀的热传递的空间波动的影响，在所观察到的HI 21厘米信号在一个大的红移范围内，在黑暗时代。我们的研究表明，这种效应对HI自旋温度的波动产生负面影响，并导致HI 21-cm功率谱的增强。我们发现，在气体动力学温度耦合到CMBR以完全与其解耦的过渡期间，即，在红移范围$30 \lesssim z \lesssim 300$。发现在HI功率谱的平均值上，$P_{T_b}(k, z)$分别在红移$60$，$90$，$140$和$200$处被$\sim 4\%$，$\sim10 \%$，$\sim 20\%$和$\sim 30 \%$增强，在$k=0.1 \, {\rm Mpc}^{-1}$处被$200$增强。在较低的$k_{\parallel}^2/k^2$值下，由于特有速度的优势降低，该效应变得更加显著。观察到$\sim 49\%$和$\sim 93\%$分别在$k_{\parallel}^2/k^2=0$的$k=0.1 \, {\rm Mpc}^{-…
2018-11-09 astro-ph.CO
Time to Sparkler. Accurate ages of lensed globular clusters at $z=1.4$ with JWST photometry
本研究利用 JWST/NIRCam 测光数据与贝叶斯推断，测定了 Sparkler 星系中红移 z=1.378 的透镜球状星团年龄，证实其作为宇宙钟可有效约束宇宙总年龄，与 Planck18 的 ΛCDM 模型高度吻合。
2024-12-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulated differential observations of the Sunyaev-Zel'dovich Effect: Probing the Dark Ages and Epoch of Reionization
本工作提出了一种分析方法来研究宇宙学21厘米背景信号从黑暗时代（DA）和随后的时代的再电离（EoR）。我们模拟了一个星系团的差分观测，以演示如何用一种称为SZE-21 cm的特殊形式的Sunyaev-Zel'dovich效应来研究这些时代。这项工作产生了SZE-21 cm的模拟地图，并表明SZE-21 cm可以从未来的观测中提取，如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA）。为了模拟接近现实的场景，我们研究宇宙方差噪声，纳入并考虑前景，热噪声和角分辨率的影响，为我们的模拟观测。我们进一步扩展这种探索平均超过一个样本的星系团，以减轻宇宙方差和仪器噪声的影响。点源污染的影响也进行了研究。最后，我们将这种技术应用于EDGES合作的结果，该合作在2018年报告了以78 MHz为中心的全球21 cm背景信号的吸收特征。为了实现这项工作的目标，需要解决的挑战包括由于宇宙变化、仪器噪声和点源污染而产生的误差。我们的方法证明了SZE-21 cm作为DA和EoR的间接探测器的潜力，并且我们得出结论，SZE-21 cm的光谱特征从我们的模拟观测中产生的结果接近先前的理论预测，并且SZE-21 cm可以用于测试EDGES探测的有效性。
2020-12-11 astro-ph.CO
Reconstructing Cosmic History with Machine Learning: A Study Using CART, MLPR, and SVR
本研究利用CART、MLPR和SVR三种机器学习方法重建宇宙历史，基于模拟星系年龄，发现SVR性能最优，并估计出与文献一致的物质密度参数和暗能量状态方程参数。
2025-05-22 astro-ph.CO gr-qc
Dark ages reionization & galaxy formation simulation XII: Bubbles at dawn
直接探测电离氢（HII）区域已被认为是宇宙再电离的一种有前途的探测方法。观测来自再电离时代（EoR）的氢的红移21厘米信号是新一代低频无线电干涉仪背后的关键科学驱动力。我们调查的可行性相结合的低频观测与平方公里阵列和近红外测量数据的宽视场红外巡天望远镜探测宇宙再电离成像HII气泡周围的大质量星系在宇宙黎明。虽然个别气泡将太小，无法检测到，我们发现，通过堆叠红移21厘米光谱集中在已知的星系，它将有可能直接检测到EoR在$z \sim 9-12$，并放置定性约束的星系际介质（IGM）的自旋温度的演变在$z \geq 9$。特别地，给定使用该技术检测电离气泡，可以确定它们周围的IGM通常是吸收还是发射。由于HII区域的平均尺寸的简并性，使用这种方法确定IGM的全局平均中性分数将被证明是更加困难的。
2017-07-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
ECHO21: a tool for modelling global 21-cm signal from dark ages to reionization
Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge（剑桥大学卡弗里宇宙学研究所）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院）
ECHO21是一个高效的开源工具，用于快速且真实地推断21厘米数据中的天体物理信息。
2026-02-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
Effects Of The Ionosphere On Ground-Based Detection Of The Global 21 CM Signal From The Cosmic Dawn And The Dark Ages
对来自宇宙黎明和再电离时代的全球HI 21厘米信号的探测是几项正在进行的地基和未来地基/天基实验的关键科学驱动力。全球21厘米信号的关键频谱特征（转折点）出现在低于100兆赫的低射频。除了人类产生的RFI，地球的电离层严重破坏了地面的低频无线电观测。在本文中，我们研究的影响，随时间变化的电离层折射，吸收和热辐射在这些低射频和他们的任何地面全球21厘米实验的综合效果。应当指出，这是首次研究动态电离层对全球21厘米实验的影响。太阳活动对电离层波动的影响具有闪烁噪声的特征。同样的特征也反映在任何通过电离层的无线电信号的电离层破坏中。因此，任何对微弱的全球21厘米信号的地面观测都被闪烁噪声（或"$1/f$"噪声，其中"$f$"是动力学频率）所破坏，在明亮的银河前景（$\propto ν^{-s}$，其中$s$是无线电光谱指数）存在的情况下，闪烁噪声（或"$1/f$"噪声，其中"$f$"是动力学频率）与$ν^{-2}$（其中$ν$是观测频率）成比例。因此，任何此类实验的电离层校准都至关重要。校准电离层效应的任何尝试都将受到当前使用GPS电离层测量、电离层测量、电离层探测等进行的电离层测量的不准确性的影响。（总电子含量）测量，我们的结论是，全球低于100兆赫的21厘米信号的检测最好是从地球大气层以上的月球轨道上进行。
2016-03-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Dark matter-baryon scattering effects on temperature perturbations and implications for cosmic dawn
暗物质的性质仍然未知，但即将到来的探测高红移宇宙的测量可能会提供宝贵的见解。在存在暗物质-重子散射的情况下，物质功率谱的抑制和较冷的平均气体温度有望改变宇宙黎明和再电离的演化。然而，这种相互作用对重子和暗物质温度扰动的贡献迄今为止一直被忽略。在这项工作中，我们得到这些贡献，发展的宇宙学扰动，直到黑暗时代结束，并表明，他们可能有一个显着的影响，在宇宙黎明的开始。特别是，我们发现，在大尺度的温度功率谱的幅度可以改变高达1- 2个数量级，并进一步抑制物质功率谱相对于$Λ$ CDM的$5$ - $10\%$在$k\sim 200\, {\rm Mpc^{-1}}$相比，忽略这些贡献的计算散射截面在当前CMB限制。作为一个例子，我们还计算了HI功率谱的黑暗时代，发现显着差异，由于温度和电离分数功率谱的变化。我们认为，这些新的贡献必须包括在这个暗物质模型依赖于宇宙黎明和再电离观测的研究。
2022-03-30 astro-ph.CO
New Observational $H(z)$ Data from Full-Spectrum Fitting of Cosmic Chronometers in the LEGA-C Survey
本研究对 LEGA-C 巡天中 350 个被动星系进行全谱拟合，推导其恒星年龄并测量差异老化，得到 $H(z=0.8)$ 的新观测值，且验证了与 Lick 指数方法的稳健一致性。
2023-04-07 astro-ph.CO
Cosmological bounds on dark matter annihilation using dark ages 21-cm signal
National Institute of Technology Meghalaya（梅加拉亚邦国立技术学院）
本文研究了暗物质湮灭对黑暗时代21-cm信号的影响，通过评估气体热和电离历史并考虑未来月球实验及宇宙学参数的不确定性，导出了暗物质湮灭截面的保守上限，该约束强于Planck数据对低质量暗物质的限制。
2025-10-31 astro-ph.CO hep-ph
Signature of primordial non-Gaussianity on 21-cm power spectrum from dark ages
我们研究了原始的非高斯印记在黑暗时代的21厘米线差分亮度温度的功率谱的签名。利用引力团簇的微扰处理，我们定量地估计了非高斯和单圈修正对21厘米功率谱的影响。基于Fisher矩阵分析，研究了使用21-cm功率谱对局部型原始非高斯性的约束的潜在影响。结果表明，对于基线为几十公里的阵列，21 cm功率谱对原始非高斯性的抑制作用比宇宙微波背景测量的更强，且其抑制作用强于21 cm双谱，但在极限情况下，21 cm双谱的抑制作用最终会变得更强.
2022-06-23 astro-ph.CO
Sommerfeld-Enhanced Annihilation in Dark Matter Substructure: Consequences for Constraints on Cosmic-Ray Excesses
在暗物质（DM）的模型与Sommerdos增强的湮灭，其中的湮灭率的比例为速度的倒数，DM结构形成的N体模拟表明，当地的湮灭信号可能占主导地位的小，密集，冷的subhalos。这与通常假设的信号来自平滑DM晕形成对比，具有高得多的速度色散。占当地的子结构修改的参数空间，索末菲增强湮灭DM可以解释的PAMELA和费米过剩。来自内星系和宇宙微波背景的限制被削弱，而不会引入新的张力与子结构相关的限制，如矮星系或各向同性伽马射线研究。有了子结构，以前排除的介质质量约1-200 MeV的参数区域现在很容易被允许。对于O（MeV）介质，在特定范围内的主机晕质量的subhalos可能会蒸发，进一步抑制扩散信号，而不影响在银河系的子结构。
2012-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Probing the First Stars and Black Holes in the Early Universe with the Dark Ages Radio Explorer (DARE)
本文提出了一个新的天基宇宙学任务的概念，称为黑暗时代无线电探索（DARE）。DARE的科学目标包括：（1）第一颗恒星是什么时候形成的？(2)第一个吸积黑洞是什么时候形成的？(3)重生是什么时候开始的？(4)黑暗时代的结束有什么惊喜（例如，暗物质衰变）？DARE将使用中性氢的高度红移超精细21厘米跃迁来跟踪第一个发光物体的形成，这些物体是在黑暗时代结束和宇宙黎明期间（红移z=11-35）撞击星系间介质而形成的。它将测量大爆炸后8000万至4.2亿年未探索时期中性氢的天空平均自旋温度，提供最早的恒星和星系照亮宇宙的第一个证据，并测试我们的星系形成模型。DARE的方法是在40-120 MHz的无线电带通上测量天空平均的红移21厘米信号的预期光谱特征。DARE的任务寿命为3年，在月球轨道上运行，并在月球背面上方采集数据，月球背面是太阳系内唯一被证明没有人为射频干扰和任何重要电离层的地方。科学仪器由一个三元件辐射计，包括电短，锥形，双锥形偶极天线，接收器和数字光谱仪组成。天线的平滑频率响应和使用马尔可夫链蒙特卡罗技术的差分光谱校准方法将用于探测在强烈的太阳系和银河前景辐射存在的情况下的微弱宇宙21厘米信号。
2011-06-26 astro-ph.CO
Globular clusters as cosmic clocks: new cosmological hints from their integrated light
本文通过集成光分析77个银河系球状星团，验证了Lick指数和全光谱拟合方法测量年龄、金属丰度与质量的可靠性，并利用24个年老星团将宇宙年龄下限约束转化为H0=70.5 km/s/Mpc，为高红移球状星团宇宙学研究奠定基础。
2024-10-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Chemistry of heavy elements in the Dark Ages
原始分子是在黑暗时代形成的，即在早期宇宙中重组和再电离之间的时间。本文的目的是分析在黑暗时代的重元素的基础上形成的原始分子，元素丰度取自不同的核合成模型。我们提出了计算的完整的非线性方程组的原始化学。我们考虑了45种化学物种的演化，并使用了隐式多步方法的可变阶精度与自适应步长控制。我们发现，最丰富的黑暗时代分子的基础上的重元素是CH和OH。非标准核合成可以导致更高的重元素丰度，同时仍然满足观测到的原始轻丰度。在这种情况下，我们表明，基于C，N，O和F的分子种类的丰度可以提高两个数量级相比，标准的情况下，导致CH的相对丰度高于HD+或H2D+。
2009-06-19 astro-ph.CO
Quantifying Foreground Contamination in the Dark Ages 21 cm Power Spectrum Using an Electromagnetically Simulated Dipole Antenna Atop a Dielectric Surface
Brown University（布朗大学）；National Radio Astronomy Observatory（国家射电天文台）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Lunar Resources, Inc.（月球资源公司）
研究利用电磁模拟偶极天线量化黑暗时代21厘米功率谱中的前景污染问题。通过模拟可见度测量值，考虑天线波束、天空模型等，研究月球风化层变化影响，发现风化层特性影响前景功率抑制，强调准确建模前景和风化层的重要性。
2026-07-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Enhanced global signal of neutral hydrogen due to excess radiation at cosmic dawn
我们重新审视了全球21厘米信号的计算，在早期加入了可能的无线电背景，发现全球21厘米信号显示出更强的吸收特征，这可能会增强未来21厘米实验的探测前景。根据最近的报告，一个可能的低频过剩的无线电背景，我们建议，详细的21厘米计算应包括一个可能的早期无线电背景。
2018-02-21 astro-ph.CO
Bounds on Ultra-Light Hidden-Photon Dark Matter from 21cm at Cosmic Dawn
超轻隐藏光子暗物质在早期宇宙等离子体中产生振荡电场，这反过来又在其电离成分中感应出电流，其耗散导致热量从暗物质传递到等离子体。这将影响来自黑暗时代和宇宙黎明的全球21厘米信号。在这项工作中，我们专注于后者，在光的吸收信号的频率对应于红移z~17的EDGES合作的报告检测。通过测量21 cm的全局信号，可以限制气体加热的量，从而可以限制隐藏光子和普通光子之间的动力学混合强度$\varepsilon$。在质量范围$10^{-23}\,{\rm eV}\lesssim m_χ\lesssim10^{-13}\,{\rm eV}$中，我们推断的$\varepsilon$的21 cm边界是迄今为止最强的。
2018-09-04 astro-ph.CO hep-ph
Primordial non-gaussianity from the bispectrum of 21-cm fluctuations in the dark ages
原始非高斯性的测量对于区分不同的暴胀模型至关重要。宇宙微波背景（CMB）的各向异性观测对非高斯参数f_NL设定了前所未有的界限，但令人感兴趣的区域f_NL <~ 1是他们无法达到的。在黑暗时代（z ~ 30-100）的21厘米线的亮度-温度波动是一个有前途的继承CMB研究，使访问到更多的模式。然而，它们本质上是非线性的，这导致次级非高斯性的数量级大于所追求的原始信号。在本文中，我们仔细计算的初级和次级双谱的21厘米波动的小尺度。我们使用平天形式主义，这大大简化了分析，同时在小角度尺度上仍然非常准确。我们表明，二次双谱是高度退化的原始的，并认为，即使是在前一个振幅的10-水平的不确定性导致的偏差的顺序Δ f_NL ~ 10。为了解决这个问题，我们进行了详细的Fisher分析，边缘化的幅度的一些光滑红移相关系数特征的二次双谱。我们发现，一个单一的红移切片的信噪比减少了约5倍的情况下，没有二次非高斯。撇开前景污染，我们预测，在0.1 MHz带宽和0.1弧分角分辨率下观测30 < z < 100的21 cm涨落的宇宙方差限制实验可以实现f_NL[局部] ~ 0.03，f_NL[等边] ~ 0.04和f_NL[正交] ~ 0.03的灵敏度。
2015-10-08 astro-ph.CO
Primordial Black Holes Formation Beyond the Standard Cosmic QCD Transition
Institute of Nuclear and Particle Physics, Technical University Dresden（德累斯顿工业大学核与粒子物理研究所）；Institute of Theoretical Physics, University of Wroclaw（弗罗茨瓦夫大学理论物理研究所）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（高级系统理解中心）
本文探讨了原初黑洞在宇宙黑暗时代和暗物质候选中的作用，分析了QCD相变对黑洞形成的影响，并研究了超出标准模型的物理对宇宙方程状态和黑洞形成概率分布的影响。
2026-04-14 astro-ph.CO hep-ph
Distortion of the CMB spectrum by the first molecules of the Dark Ages
本文通过166个化学反应和振转能级跃迁动力学，计算了黑暗时代首批分子H$_2$、HD和HeH$^+$对CMB谱的吸收畸变，并给出各分子的频率、强度和红移范围。
2025-03-31 astro-ph.CO
hyprfine: simulating the 21-cm signal from the Dark Ages through to the Epoch of Reionization on a GPU
Imperial College London（帝国理工学院）；I-X Centre for AI in Science, Translation and Innovation Hub (I-HUB), Imperial College London（帝国理工学院 I-X 科学翻译与创新中心（I-HUB））
hyprfine是首个基于JAX和Python的解析性GPU原生模拟，用于快速计算从黑暗时代到再电离纪元的21-cm信号，并支持微分。
2026-10-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmography with DESI-DR1 Cosmic Chronometers: Direct H(z) measurements from Luminous Red Galaxy ages
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)（国际高等研究院）；Facultad de Ciencias, Universidad de Oviedo（奥维耶多大学理学院）；Institute for Fundamental Physics of the Universe (IFPU)（宇宙基础物理研究所）；Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”–Università di Bologna（博洛尼塔大学物理与天文学系）；INAF - Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna（博洛尼亚天文物理与空间科学国家研究所）；IRA-INAF（意大利国家天体物理研究所）；Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；Universitat Heidelberg, Zentrum fur Astronomie, Institut fur theoretische Astrophysik（海德堡大学天文学中心理论天体物理研究所）
本研究利用DESI-DR1的亮红星系数据，通过宇宙计时仪方法，采用两种独立方式推导0.3<z<1.2的H(z)约束，得到H(z≈0.61)的测量值及相关不确定性。
2026-11-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Recovering 21cm Monopole Signals Without Smoothness
本文提出放弃光谱平滑性假设，利用全天前景涨落和归一化流建模前景形状分布，从而无监督检测低频21厘米单极信号。
2024-07-02 astro-ph.CO
The Big Bang Was Not That Bright
最近的一份arXiv手稿，arXiv：1801.03278，声称一种黑体温度为$T_{\rm BB}$ ~ 500 K（440 F）的宇宙背景辐射对人眼几乎不可见，因此将黑暗时代的开始固定在复合后约500万年。这一说法提出了一个无法克服的生物物理挑战，因为即使是更热的物体，如450 F的比萨饼，在黑暗中似乎也不会发光。作为志愿裁判，我们表明，这种说法是一个不正确的假设的结果。通过一个正确的分析，我们发现黑暗时代必须有一个显着更早的开始。第二个更具描述性的说法是，$T_{\rm BB}$为1545 K的宇宙背景辐射与我们自己的太阳一样对人类致盲，这是基于相同的假设，可能必须加以修正。
2018-03-28 astro-ph.CO physics.pop-ph
Cosmic String in Abelian-Higgs Model with Enhanced Symmetry -- Implication to the Axion Domain-Wall Problem --
在我们以前的工作中，我们在具有增强的$U(1)$整体对称性的阿贝尔-希格斯模型中发现了新类型的宇宙弦解。我们把这些解称为补偿/非补偿弦。补偿弦类似于Abrikosov-Nielsen-Olesen（ANO）弦中的常规宇宙弦，只有可能的Nambu-Goldstone（NG）玻色子缠绕在其周围。另一方面，物理NG玻色子也缠绕在未补偿的弦周围，其中物理NG玻色子与增强对称性的自发破缺有关。我们以前在2+1维时空中的模拟证实了补偿弦和未补偿弦都是在对称性破缺的相变形成的。物理NG玻色子在弦周围的非平凡缠绕可能会导致所谓的轴子畴壁问题，当模型应用于轴子模型时。本文在3+1维时空中进行模拟，讨论了未补偿弦的命运。我们观察到，在3+1维模拟中的弦网络的演变是非常复杂的，在以前的模拟相比。尽管有这样的复杂性，我们发现，未补偿的字符串，这可能会导致的数量可以高度抑制在晚些时候。我们的观察表明，目前的设置可以适用于轴子模型，而不会遭受轴子畴壁问题。
2020-09-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
