WFIRST: The Essential Cosmology Space Observatory for the Coming Decade
在发现宇宙加速的20年后，它仍然是宇宙学中最深奥的谜团，也可以说是所有物理学中最深奥的谜团。要么宇宙是由一种具有标准模型物理学无法预测的奇异物理性质的暗能量形式所主导，要么广义相对论并不能充分描述宇宙距离上的引力。WFIRST成为Astro 2010的首要任务，部分原因是它能够通过高精度测量宇宙膨胀历史和宇宙结构的增长来解决宇宙加速的奥秘。我们在本白皮书中说明了自Astro 2010以来任务设计的变化如何使WFIRST成为更强大的暗能量设施，并提高了WFIRST响应实验环境变化的能力。WFIRST是社区在2020年代中期需要的DE的天基探测器。
2019-04-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Big Bang Nucleosynthesis and Neutrino Cosmology
在未来十年中，大爆炸核合成（BBN）存在一系列令人兴奋的科学机会。BBN是几十年来粒子天体物理学的一个关键“工具”，它准备承担新的能力，以探测超越标准模型（BSM）物理学的东西。中微子性质的实验测定、新的核反应实验、先进的超级计算/模拟能力、下一代高精度宇宙微波背景观测的前景以及30米级望远镜的出现，都是推动这一发展的动力。
2019-07-22 astro-ph.CO
Hubble and Shapley - Two Early Giants of Observational Cosmology
20世纪头几十年的观测宇宙学由两个巨人主导：埃德温·哈勃和哈洛·沙普利。哈勃的主要贡献是用大型望远镜对单个星系进行研究和分类，而沙普利最为人所知的是他用更小口径的望远镜对星系群和星系团的研究。
2011-10-11 astro-ph.CO physics.hist-ph
Cosmology Intertwined I: Perspectives for the Next Decade
标准的$Λ$冷暗物质宇宙学模型提供了一个惊人的描述广泛的天体物理和天文数据。然而，有几个大的开放问题，使标准模型看起来像一个更现实的情况下，仍然需要充分理解的一阶近似。在这封兴趣信中，我们将列出未来十年需要解决的几个重要目标，同时考虑到目前不同宇宙学探测器之间存在的不一致性，如哈勃常数$H_0$值，$σ_8 - S_8$张力和普朗克结果中存在的异常。最后，我们将概述升级的实验和下一代空间任务和地球上的设施，这对解决所有这些问题至关重要。
2020-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology and Fundamental Physics and their Laboratory Astrophysics Connections
天文学和天体物理学十年调查创建了五个小组，以确定未来十年将定义该领域研究前沿的科学主题。我将描述其中之一，宇宙学和基础物理学小组的结论，并评论它们与NASA实验室天体物理学界本次会议讨论的相关性。
2011-01-14 astro-ph.CO nucl-th
"SZ spectroscopy" in the coming decade: Galaxy cluster cosmology and astrophysics in the submillimeter
Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应在20世纪70年代首次被提出，作为识别大质量星系团内部X射线发射热气体的工具，并获得它们相对于宇宙微波背景（CMB）的速度。然而，直到最近十年，它们才开始对天文学研究产生重大影响。由于宇宙微波背景辐射仪器的迅速发展，测量SZ效应的主要热特征已成为一种常规工具，用于发现和表征星系团的大样本，并通过对许多目标的高分辨率成像研究，寻求对几个重要天体物理过程的更深入理解。除了普朗克卫星和一些地面观测站的组合之外，这种“SZ革命”大部分都是在测光模式下发生的，在这种模式下，观测是在毫米波段的一个或两个频率上进行的，以最大限度地提高星团探测的意义，并最大限度地减少前景。尽管如此，从多个波长的SZ光谱的详细和系统分析中，特别是在亚毫米（>300 GHz）域中，还有更多的东西要学。本科学白皮书的目标是突出SZ研究的这一特定方面，指出从这些研究中可以获得哪些新的和潜在的突破性见解，并强调为什么未来十年可以成为SZ光谱测量的黄金时代。
2019-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmology with SKA Radio Continuum Surveys
在过去，射电连续谱巡天在宇宙学中的应用受到限制。大多数研究都集中在与宇宙微波背景的互相关上，以探测综合的萨克斯-沃尔夫效应，因为可以测量的天空区域很大。随着我们进入SKA时代，射电连续谱巡天将有足够的源密度和天空面积，在最大尺度的宇宙学中发挥重要作用。在这一章中，我们总结了SKA在未来十年内建立起来的实验。我们发现SKA可以在将非高斯参数限制为σ（fNL）~ 1方面发挥独特的作用，并提供了一个独特的处理抑制弱透镜巡天的系统学。SKA还将提供必要的数据，以检验宇宙在单位阶红移下的各向同性，从而评估宇宙学原理的稳健性。因此，SKA连续巡天将使射电观测成为未来几十年宇宙学研究的中心探测器。
2015-01-15 astro-ph.CO
Dark energy two decades after: Observables, probes, consistency tests
20世纪90年代末加速宇宙的发现是现代宇宙学的一个分水岭，因为它表明存在一种对宇宙能量收支起主导作用的全新贡献。暗能量是导致加速的新成分，由于对宇宙膨胀历史和结构增长的各种越来越精确的测量，这种证据已经变得非常强大。尽管如此，现代宇宙学的核心挑战之一是揭示加速宇宙背后的物理机制。在这篇综述中，我们简要地总结了导致暗能量发现的发展。接下来，我们讨论暗能量的参数描述和宇宙学测试，使我们能够更好地了解它的性质。然后，我们回顾了宇宙学探测的暗能量。对于每一个探测器，我们简要地讨论了它背后的物理和它的前景测量暗能量属性。最后，我们总结了暗能量的研究现状。
2018-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Probing new physics in the era of precision cosmology
本博士论文探讨如何利用宇宙微波背景、大尺度结构和遥远星系等宇宙观测量，约束超越标准$Λ$-冷暗物质模型的新物理。
2024-12-23 astro-ph.CO
Snowmass2021 Theory Frontier White Paper: Data-Driven Cosmology
在过去的几十年里，天文学和宇宙学的数据集通过为暗物质、暗能量和非零中微子质量的存在提供强有力的证据，坚定地建立了粒子物理学标准模型之外的物理学的存在。此外，原始扰动的产生很可能也依赖于粒子物理学的标准模型之外的物理学。理论工作，从导致新的现象学预言的弦论早期宇宙模型，到有效场论的发展，再到包括星系演化物理学在内的大尺度宇宙学模拟，在分析和解释这些数据集以及提出新的前进道路以分离这种新物理学的起源方面发挥了关键作用。在接下来的十年里，甚至更敏感的调查也开始收集数据，并正在计划中。在本白皮书中，我们描述了从这些新的观测机会中优化物理学投资回报所需的理论计划的关键领域。
2022-03-15 astro-ph.CO
Modelling baryonic feedback for survey cosmology
未来十年的观测宇宙学将依赖于探测在$0<z<3$之间的红移范围内的物质分布，以阐明暗物质和暗能量的性质。在这个红移范围内，已知星系形成对观测量有显著影响，例如星系形状和位置的两点相关性，改变它们的振幅和尺度依赖性，超出了即将进行的实验在10 Mpc以下的分离的预期统计不确定性。因此，在这样一个制度下成功地提取信息，至少需要无偏的模型，星系形成对物质分布的影响，并可以受益于互补的观测先验。这项工作回顾了目前的艺术状态的重子宇宙学建模，从数值方法近似分析处方，并提出建议，在未来十年的研究，包括讨论潜在的探针组合，可以帮助限制重子在宇宙学研究中的作用。我们专注于，特别是在建模的物质功率谱，$P(k,z)$，作为一个功能的规模和红移，并从这个数量的观测值。这项工作是2018年11月在牛津大学举行的研讨会的结果。
2019-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational-wave cosmology across 29 decades in frequency
早期宇宙中引力场的量子涨落被暴胀放大，产生了一个跨越宽频带的原始引力波背景。我们得出的限制，这种引力辐射的频谱，因此对早期宇宙的理论，结合实验，覆盖29个数量级的频率。其中包括普朗克观测宇宙微波背景温度和偏振功率谱和透镜效应，以及重子声学振荡和大爆炸核合成测量，以及新的脉冲星定时阵列和地基干涉仪极限。虽然个别实验限制了特定频段的引力波能量密度，但实验的组合使我们能够限制宇宙学参数，包括暴胀光谱指数$n_t$和张量标量比$r$。从个别实验的结果包括最严格的纳赫兹限制的原始背景迄今从帕克斯脉冲星定时阵列，$Ω_{\rm gw}(f)<2.3\times10^{-10}$。仅宇宙微波背景的观测就将95%置信度的引力波指数限制为$n_t\lesssim5$，张量标量比为$r = 0.11$。然而，所有上述实验的组合限制了$n_t<0.36$。预计到2020年，未来的高级LIGO观测将进一步限制$n_t<0.34$。当宇宙微波背景实验检测到一个非零的$r$时，我们的结果将意味着对$n_t$和早期宇宙理论的更严格的约束。
2016-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology from the Highly-Redshifted 21 cm Line
未来十年最令人兴奋的前景之一是探索宇宙“黑暗时代”，在此期间，宇宙中的第一批恒星形成，中性氢的21厘米线。在z>6时，这种光红移到低频无线电区域，可以用新一代的宽场阵列观察到。这些实验有可能观测到巨大的体积，并大大改善宇宙学和天体物理学的约束。在本白皮书中，我们描述了未来十年将如何看到释放这种潜力的第一步，使我们能够回答关于我们宇宙和星系际介质的基本物理学的两个关键问题：标准宇宙学模型是否描述了“黑暗时代”的宇宙？“在这个重要的时期，星系际介质是如何演变的，以氢的再电离结束的？
2009-02-18 astro-ph.CO
A Critique of Supernova Data Analysis in Cosmology
观测天文学在过去的十年中取得了显著的发展，并对宇宙学做出了重要贡献。Ia型超新星的观测给宇宙学带来了重大的范式转变。宇宙正在加速膨胀的观点引发了一些理论上的挑战。不幸的是，虽然正在制作高质量的超新星数据集，但它们的统计分析仍有许多不足之处。一些研究似乎集中在假设模型是正确的，而不是使用数据来直接测试模型，并将自己限制在估计模型参数和内部误差上。正如这里所示，检验宇宙学理论的重要目的因此而变得无效。
2010-11-16 astro-ph.CO physics.gen-ph
The supernova cosmology cookbook: Bayesian numerical recipes
在过去的二十年里，理论和观测宇宙学取得了许多重大成就。来自威尔金森微波各向异性探测器和普朗克的宇宙微波背景测量，以及大尺度结构和超新星（SN）搜索，对宇宙学参数提出了非常严格的限制。Ia型超新星（SNIa）在宇宙加速膨胀的发现中发挥了核心作用，并于2011年获得诺贝尔物理学奖。在过去的十年中，高质量的SN观测数量大幅增加，SN目录现在包含数百个物体。随着暗能量巡天和大型综合巡天望远镜等下一代任务的数据可用，这一数字预计将在未来几年内增加到数千。为了利用大量即将到来的高质量数据，开发强大而有效的统计分析方法来回答宇宙学问题是非常重要的，最重要的是确定暗能量的性质。为了解决这些问题，我的工作是基于嵌套采样方法的参数估计和模型选择和神经网络的机器学习。使用先进的贝叶斯技术，我约束暗物质晕沿SN的视线，通过其弱引力透镜效应的属性，开发方法分类SNe光度从他们的光变曲线，并提出结果更一般的问题与约束宇宙学参数和测试不同的SN汇编的一致性。
2015-03-12 astro-ph.CO
Gravitational wave cosmology and astrophysics with large spectroscopic galaxy surveys
在接下来的十年里，人们将从数百个双星螺旋事件中观测到引力波。当宿主星系的红移已知时，这些事件可以被用作“标准警报器”，对宇宙的膨胀率敏感。从标准塞壬测量哈勃常数$H_0$可以独立于其他宇宙学探测器进行，并且在$z<0.1$发生的事件将允许我们独立于宇宙学模型推断$H_0$。下一代分光星系巡天将在减少$H_0$与标准塞壬的系统不确定性方面发挥关键作用，特别是对于许多没有电磁对应物的“暗塞壬”。结合大型光谱数据集，标准警报器与EM对应物预计将在未来十年内将$H_0$限制为$\sim 1-2\%$精度。这与迄今为止获得的$H_0$的最佳估计值具有竞争力，并将有助于阐明现有测量之间的当前紧张关系。关于发生引力波事件的星系的信息也将揭示致密天体双星的起源和演化。
2019-03-12 astro-ph.CO
Machine Learning for Observational Cosmology
本文综述了机器学习在观测宇宙学中的应用进展，并探讨了处理未来艾字节级巡天数据所需的高性能计算关键问题。
2023-05-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Mirror dark matter: Cosmology, galaxy structure and direct detection
容纳暗物质的一个简单方法是假设存在一个隐藏的扇区。也就是说，一组新的粒子和力主要通过引力与已知粒子相互作用。一般来说，这会导致大量的未知参数，然而，如果隐藏扇区是标准模型扇区的精确副本，则会出现增强的对称性。这种对称性可以解释为时空宇称，它将每个普通粒子（$e, \ ν, \ p, \ n, \ γ, ....)$）与一个镜像伙伴（$e', \ ν', \ p', \ n', \ γ', ...)$）联系起来。如果这种对称性是完全不破缺的，那么镜像粒子与它们的普通粒子对应物是简并的，并且它们之间的相互作用与控制普通粒子相互作用的动力学完全相同。唯一新的相互作用假设是光子镜像光子动力学混合，其强度$ε$，是唯一的新的基本（拉格朗日）参数相关的天体物理学和宇宙学。事实证明，这样一个理论，与适当选择的初始条件有效的非常早期的宇宙，可以提供一个充分的描述暗物质现象，只要$ε\sim 10^{-9}$。本文着重介绍了镜像暗物质理论在过去十年中的三个主要发展：早期宇宙学、星系结构和在直接探测实验中的应用。
2014-04-22 astro-ph.CO hep-ph
Supernovae and Cosmology with Future European Facilities
未来超新星调查的前景进行了讨论，重点是欧空局的欧几里得任务和欧洲极大望远镜（E-ELT），都预计将在十年之交的操作。欧几里德是一个1.2米的空间观测望远镜，将在可见光和近红外波长下工作，并有可能发现和获得数千颗遥远超新星的多波段光变曲线。E-ELT是一个计划中的通用地面40米级光学红外望远镜，内置自适应光学，能够获得Ia型超新星的光谱，红移至少为4。这些设施对超新星宇宙学的贡献将在其他未来超新星计划的背景下进行讨论，如DES，JWST，LSST和WFIRST。
2012-11-28 astro-ph.CO
Cosmological parameter measurement and neutral hydrogen 21 cm sky survey with the Square Kilometre Array
为了精确测量宇宙学参数并回答宇宙学中的基本问题，除了拟议的下一代光学巡天项目之外，还需要开发新的、强大的宇宙学探测器。中性氢21厘米巡天将为研究宇宙晚期演化提供一个有前途的工具，有助于揭示暗能量的本质。平方公里阵列是世界上最大的射电望远镜，将在不久的将来建成，它将把21厘米宇宙学推向一个新的时代，极大地促进宇宙学在未来几十年的发展。
2020-04-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Hubble tension: A decade review
Ningbo University（宁波大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院理论物理研究所）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP)（亚太理论物理中心）
综述哈勃常数张力的现状，探讨早期与晚期宇宙观测差异的起源，并评述通过修改声视界、超新星绝对星等或相互作用暗能量模型等解决方案。
2026-07-15 astro-ph.CO
Supernova cosmology: legacy and future
第一代高红移超新星巡天发现了暗能量，引起了宇宙学之外的巨大兴趣，对基础物理学有着戏剧性的影响。利用超新星爆炸进行的距离测量是对宇宙膨胀历史的最直接的探测，使其成为研究宇宙结构和最大尺度引力性质的非常有用的工具。过去十年证实了最初的结果。Ia型超新星是获得高精度测量暗能量状态方程参数的领先技术之一，在不久的将来，它的时间依赖性。这些努力的成功取决于我们理解大量影响地球观测通量的效应的能力，这些效应主要是天体物理性质的。现在的前沿在于理解观察到的现象是否是由于真空能量，尽管它的密度不自然，或者一些奇异的新物理学。未来的调查将通过改进的校准程序解决系统性影响，并提供数千颗超新星进行详细研究。
2011-02-07 astro-ph.CO
Exploring Bouncing Cosmologies with Cosmological Surveys
根据最近来自天空的观测数据，我们最近在理论宇宙学领域有两个重要的方向。首先，我们现在能够利用目前的观测，如普朗克和BICEP 2数据，来检验几十年前标准暴胀$Λ$ CDM的理论预测。其次，我们可以寻找新的宇宙学特征，作为探索标准宇宙范式之外的物理学的一种方式。特别是，早期宇宙模型的一个子集承认一个非奇异的反弹解决方案，试图解决大爆炸奇点的问题。近年来，这些模型取得了一系列重大发展，特别是在微扰框架方面，这些框架对当前和未来观测中可能可见的宇宙学特征做出了全新的预测。在这篇文章中，我们提出了两个非常早期的宇宙物理学的代表性范例。第一种是所谓的新物质（或物质爆炸）反弹场景，在这种场景中，宇宙从物质主导的收缩阶段开始，并过渡到爆炸阶段。在这种范式的背景下，我们提出了一些可能的机制，产生一个红色倾斜的原始曲率微扰，并面对它的一般预测与最近的宇宙学观测。第二种是物质反弹暴胀，它可以被看作是暴胀宇宙学的延伸，在暴胀之前物质会收缩。我们提出了一类可能的模型构造，并审查其对当前CMB实验的影响。最后，我们回顾了这些范式的显着成就以外的通货膨胀$Λ$ CDM模型，我们希望在未来十年的观测宇宙学的方向，新的光。
2014-06-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Type Ia Supernovae and the discovery of the Cosmic Acceleration
我提出了一个审查的研究和分析路径，收敛，使Ia型SNe目前最成熟的宇宙学距离估计。叙述从20世纪早期的第一批作品开始，以最近的成果结束。这篇评论是由高Z超新星搜索小组的一名成员撰写的，该小组是一个国际天文学家小组，于1998年发现了宇宙加速。这一结果在1999年被超新星宇宙学项目证实，并获得了一系列令人印象深刻的认可，最终获得了诺贝尔物理学奖。这篇评论是对宇宙学有浓厚兴趣的物理学家的思考，他们可能会思考为什么在几十年来无法就宇宙膨胀的速度达成一致之后，天文学家如此迅速地同意宇宙加速。
2011-12-04 astro-ph.CO physics.space-ph
Probing cosmology with bright sirens from the CosmoDC2_BCO LSST synthetic catalog
Universidade Federal do Espírito Santo（圣埃斯皮里图联邦大学）；Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia（跨机构电子天文学实验室）；INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的的里雅斯特天文台）；IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）
利用第三代探测器网络与罗马超新星样本，通过联合分析缓解H_0张力并提升宇宙学精度。
2026-01-31 astro-ph.CO
`Standard' Cosmological model & beyond with CMB
观测宇宙学在过去十年中确实取得了非常迅速的进展。由于来自结构形成的观测限制，量化宇宙的能力得到了很大的提高，CMB各向异性的测量以及最近的极化起了非常重要的作用。除了精确确定“标准”宇宙学模型的各种参数外，观测还确立了构成宇宙学模型和宇宙结构形成基础的一些重要基本原则-平坦的、统计各向同性的宇宙中“因果”相关的初始扰动，原始密度扰动的绝热性质。这与暴胀范式的期望和早期宇宙暴胀最简单实现的一般预测是一致的。此外，引力不稳定性是这些初始扰动形成结构的既定机制。宇宙微波背景辐射的各向异性和极化是早期宇宙中新的、可能是基本的物理学最令人信服的证据。该社区现在正在超越宇宙学工作“标准”模型参数的估计，寻找早期宇宙物理学的微妙、特征特征信号。
2011-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
AtLAST -- Cosmology with submillimetre galaxies magnification bias
Universidad de Oviedo（奥维耶多大学）；Instituto Universitario de Ciencias y Tecnologías Espaciales de Asturias (ICTEA)（阿斯图里亚斯宇宙科学与技术大学研究所）；Institute of Space Sciences (ICE, CSIC)（空间科学研究所）；Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo（奥斯陆大学理论天体物理研究所）；Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学物理系）；INFN Sezione di Roma2, Università di Roma Tor Vergata（罗马第二国立核物理研究所，罗马托尔维加塔大学）；ESO（欧洲南方天文台）；Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)（加那利群岛天体物理研究所）；Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna（拉古纳大学天体物理学系）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）；Joint ALMA Observatory（ALMA联合天文台）
AtLAST通过亚毫米波段观测提升放大偏倚在宇宙学研究中的应用，利用其高精度数据克服现有限制，推动高精度宇宙学发展。
2025-12-15 astro-ph.CO
Cosmology and Astrophysics without Dark Energy and Dark Matter
我们表明，没有必要的假设暗能量（DE）和暗物质（DM）来解释归因于他们的现象。与过去十年的共识相反，我们证明了宇宙尺度因子的时间导数是一个常数。我们推导出哈勃参数H（z）作为红移z的函数。基于H（z），我们推导出距离模量与log（z）的曲线。这条曲线拟合超新星观测数据，没有任何自由参数。这种拟合与当前宇宙学所获得的拟合一样好，后者需要自由参数Omega_M和Omega_Lambda。利用哈勃球（HS）中的全球引力能量密度等于宇宙微波背景（CMB）能量密度这一迄今未被注意的事实，我们得到了这些结果。我们推导出了支配星系内和星系周围天体运动的动力学和运动学关系。这个推导不需要任何引力物质超过观察到的重子物质。由这些关系得到的理论旋转曲线（RC）与实测RC相吻合。我们通过研究星系周围的局部引力能量密度和宇宙微波背景能量密度之间的相互作用得到这些结果。这种相互作用导致星系周围的空间膨胀不均匀和各向异性。
2009-09-14 astro-ph.CO
The era of precision cosmology with voids
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；ICTP, International Centre for Theoretical Physics（国际理论物理中心）
利用空洞进行精确宇宙学研究，通过统计工具和理论模型分析空洞特性，以约束宇宙学参数并推动基础科学的发展。
2026-01-20 astro-ph.CO
Cosmology with Peculiar Velocity Surveys
本综述系统阐述本动速度的物理起源、测量与统计分析方法，并介绍当前及未来巡天如何通过精确约束大尺度结构增长率来检验引力与标准宇宙学模型。
2025-02-18 astro-ph.CO
The DECADE cosmic shear project III: validation of analysis pipeline using spatially inhomogeneous data
本文验证了DECADE弱透镜宇宙切变分析流程对空间不均匀数据的鲁棒性，通过模拟和四十六个子集的一致性检验，证明现有方法可有效处理不均匀数据集。
2025-10-20 astro-ph.CO
Overview: Cosmology with the SKAO
Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）；University of the Western Cape（西开普敦大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
介绍利用SKAO开展宇宙学研究，其能与其他波长协同改变射电波段宇宙学研究能力。通过不同巡天数据组合校准系统误差，结合多种探测器精确测试ΛCDM模型，还能测量宇宙膨胀历史等，概述了前期巡天成果及向SKA宇宙学的进展。
2026-07-15 astro-ph.CO
Lectures on Open Effective Field Theories
针对传统有效场论难以适配有噪声、耗散的现实环境的局限，本讲义介绍可系统可控地建模引力与宇宙学中耗散与噪声的开放有效场论工具，支持无模型依赖地评估未知环境对观测探测的影响。
2025-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Near-Field Cosmology with the Lowest-Mass Galaxies
“近场宇宙学”的前提是，在逐星基础上研究附近的低质量星系，其影响远远超出了本地宇宙，包括暗物质的性质，第一颗恒星的生命和死亡，宇宙再电离，以及整个宇宙时间的星系形成。为了响应Astro 2020对科学白皮书的呼吁，我们提供了近场宇宙学中几个主要问题的高层次概要，未来十年及以后变革性进展的潜力，以及实现这些目标的机制。我们的建议包括：㈠从单个恒星的视线和横向速度的大样本中以及从附近矮星系的空间分辨气体观测中获得运动学信息，以直接为我们了解深度非线性区域中的暗物质相互作用提供信息;和（ii）低质量星系中已分辨恒星的光学成像和紫外线及光学光谱学的密集计划，包括低金属量的大质量恒星和HII区域（这是理解所有早期时期微弱星系的核心）。要实现这些目标，就需要有一个大口径（$\gtrsim 9$ m）紫外/光学空间望远镜，社区通过ELT对地基光学光谱学进行双重投资，并在一个10米级望远镜上进行专门的宽视场光谱学调查，还需要有无线电设施，能够测量低质量星系的高精度、空间分辨的旋转曲线。最后，我们建议应认真探讨将HST寿命延长到2025年以后的维修任务。
2019-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
The DECADE cosmic shear project I: A new weak lensing shape catalog of 107 million galaxies
本文构建了基于DECam数据的1.07亿星系弱透镜形状星表，经Metacalibration校准后覆盖5412平方度，有效数密度4.59每平方角分，并验证其可用于宇宙学分析。
2025-10-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Astrophysics, cosmology, and fundamental physics with compact binary coalescence and the Einstein Telescope
目前正在建造的第二代干涉引力波探测器预计将在本十年内进行首次探测。这将坚定地确立引力波物理学作为一门经验科学的地位，并将开辟天体物理学、宇宙学和基础物理学的新纪元。通过第一次探测，我们将能够确定短硬伽马射线暴的性质，明确证实黑洞的存在，以完全独立的方式测量哈勃常数，并首次获得真正的引力强场动力学。因此，现在是时候考虑这个新领域的长期未来了。爱因斯坦望远镜（ET）是第三代引力波天文台的具体概念性提议，它在应变方面的灵敏度将是第二代探测器的10倍。这将使人们能够接触到宇宙学距离上的辐射源，并相应地提高探测率。我给出了ET的科学案例的概述，重点是从合并紧凑二进制文件发出的信号中可以学到什么。第三代天文台将使我们能够将合并率映射到红移z ~ 3，确定中子星和黑洞的质量函数，并对中子星状态方程进行精确测量。ET将使我们能够研究宇宙的大尺度结构和演化，而无需借助宇宙距离阶梯。最后，我将讨论它如何实现强场动态重力的高精度测量。
2013-03-29 astro-ph.CO gr-qc
Unveiling the Galaxy Cluster - Cosmic Web Connection with X-ray observations in the Next Decade
近年来，星系团外围已成为研究宇宙大尺度结构生长的新前沿和独特实验室之一。现代宇宙学流体动力学模拟对发射X射线的星系团内介质的热力学和化学演化做出了可靠和可检验的预测。然而，最近的X射线和Sunyaev-Zeldovich效应观测揭示了与理论预测的神秘分歧，这激发了对在星团外围的Virialization区域运行的大量天体物理过程的更深入研究。星系团外围的许多物理性质与核心有着本质的不同，核心是过去几十年来X射线星系团科学研究的主要焦点。为了揭示星系团和宇宙网成长的全部情况及其在宇宙学中的应用，需要下一代X射线望远镜，该望远镜应在大视场上具有亚弧秒空间分辨率，并具有低而稳定的仪器背景。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmology with dropout selection: Straw-man surveys and CMB lensing
我们试图证明2 < z < 5 dropout星系形成大尺度结构的手段、动机和机会。与低z示踪剂一起，这些样品将映射几乎所有的线性模式，并促进在前所未有的体积上对CMB透镜内核进行层析成像分解，从而产生物质密度波动（的时间演化）的代理，为水平尺度广义相对论、中微子质量和暴胀提供令人信服的测试-即，曲率，运行的光谱指数和规模依赖晕偏置（本地）原始非高斯。专注于颜色的选择，我们估计的完整性，污染，和光谱调查的速度定制莱曼break星系（LBG）的样本。我们预测的潜力CMB透镜互相关，集群红移和红移空间失真（RSD）分析。特别是，我们估计：的深度依赖性的闯入者的基础上CFHTLS数据和传播这在宇宙学的偏见;新的推论（非线性）晕偏见在这些红移和深度使用遗留数据;详细的预测LBG光谱将观察到的DESI，PFS，和他们的继任者。我们进一步评估潜在的光谱设施的相对竞争力的基础上，一个直观的数字的优点，并定义一个现代化的传统选择的光度系统LSST在必要的。我们确认这些科学案例是引人注目的可实现的设施，在未来十年内，通过定义一个LBG样本的增加莱曼α等效宽度与红移，这提供了两个高Z和测量CMB透镜互相关的增长率在z=3和4的显著性测量在数百个水平的RSD约束。最后，我们讨论的局限性和途径的改进超出了这个初步的探索（删节）。
2019-08-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
A path to precision cosmology: synergy between four promising late-universe cosmological probes
本研究提出四种晚期宇宙学探针（21厘米IM、FRB、GW标准汽笛、SGL）的协同可同时精确约束哈勃常数和暗能量状态方程，联合数据约束精度优于1%，优于CMB+BAO+SN，前景广阔。
2023-06-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cold dark matter haloes in the Planck era: evolution of structural parameters for Einasto and NFW profiles
本文从普朗克卫星出发，讨论了宇宙学中弛豫冷暗物质晕结构的演化。我们的模拟涵盖了50年的晕质量，从矮星系到星系团。由于物质密度和功率谱归一化的增加，普朗克宇宙学中的浓度质量关系在红移z=0处的归一化比WMAP宇宙学高20%。我们证实，CDM晕更好地描述了Einasto配置文件，例如，在星系半光半径附近的尺度CDM晕有显着陡峭的密度分布比暗示NFW拟合。在固定的晕质量下，Einasto形状参数的分散度为0.2 dex，进一步增加了CDM晕轮廓的多样性。在我们的模拟中的浓度质量关系的演变是没有重现的任何分析模型在文献中。因此，我们提供了一个简单的拟合公式，准确地描述了红移z=5到z=0之间的演化NFW和Einasto拟合。最后，观测到的浓度和晕质量的旋涡星系，集团和星系团在低红移与我们的模拟吻合得很好，表明只有温和的晕反应星系形成在这些尺度上。
2014-04-29 astro-ph.CO
The Intrinsic Alignment of Galaxies and its Impact on Weak Gravitational Lensing in an Era of Precision Cosmology
即将到来的和未来的宇宙学观测的财富将使我们能够以前所未有的精度绘制出可观测宇宙的结构和演化。在这些观测中，星系的弱引力透镜，例如，宇宙剪切，测量背景星系图像因宇宙结构介入而产生的微小扭曲。弱透镜和宇宙剪切有望成为天体物理学和宇宙学的强有力的探索，限制暗能量的模型，测量宇宙结构的演化，并在宇宙尺度上测试引力理论。然而，星系的内在排列-它们在被透镜化之前的形状和方向-可能对弱引力透镜作为精确的宇宙学探针的使用构成巨大挑战，并且已被确定为宇宙剪切研究中的主要物理系统偏差之一。即使对于大的物理分离，这种内在对准和透镜效应信号之间的相关性也可以持续存在，并且将内在对准的效果与弱透镜效应隔离开来并非微不足道。在过去的二十年里，大量的工作一直致力于理解和表征这种内在的对齐，这也是一个直接的和互补的结构形成和演化本身的探测。在这篇评论中，我们报告了我们的理解的星系的内在排列的状态，特别强调其大规模的影响弱透镜测量和方法，其隔离或缓解。（节录）
2014-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Listening Across the Cosmic Time: Standard Sirens from Ground- and Space-Based Missions in the Next Decade
本研究预测了未来十年结合地基LVK网络与空基LISA的标准汽笛观测，联合电磁对应体红移测量可在多红移段实现高精度哈勃参数约束，同时指出无电磁对应体的标准汽笛贡献有限且需注意质量分布演化的系统误差。
2025-10-03 astro-ph.CO
Towards Precision Photometric Type Ia Supernova Cosmology with Machine Learning
本论文面向大规模测光巡天时代，提出SCONE超新星测光分类、Photo-zSNthesis纯测光红移估计及通用机器学习鲁棒性改进方法，为精确测光Ia型超新星宇宙学提供关键技术支持。
2024-06-06 astro-ph.CO
Cosmology from HI galaxy surveys with the SKA
平方公里阵列（SKA）有可能产生星系红移调查，这将是竞争的其他国家的最先进的宇宙学实验在未来十年。在本章中，我们总结了SKA第一和第二阶段在其当前设计状态下能够实现的能力。我们总结了不同的宇宙学实验，这些实验在本书的其他章节中有更详细的描述。SKA将能够在其两个阶段产生具有竞争力的重子振荡（BAO）测量。SKA的第一阶段将提供与光学和红外实验类似的测量，具有完全不同的系统效应，而第二阶段在统计能力方面是转型的。SKA将产生非常精确的红移空间失真（RSD）测量，由于星系数量众多，在较低的红移下优于其他实验。来自SKA的星系红移数据与射电连续谱巡天和光学巡天的交叉相关将提供非常好的光度红移校准以及非常好的重力修正界限。基于主成分分析（PCA）的方法，我们发现，SKA将能够提供竞争性的限制暗能量和修改后的重力模型。由于SKA覆盖的面积很大，这将是一个从最大尺度测量物理学的转型实验，例如从$\textrm{f}_{\textrm{nl}}$测量非高斯信号。最后，SKA可能会产生第一个实时测量的红移漂移。SKA将成为宇宙学的一台转型机器，因为它从早期的第一阶段发展到其全部力量。
2015-01-16 astro-ph.CO
The Dark Energy Camera All Data Everywhere cosmic shear project V: Constraints on cosmology and astrophysics from 270 million galaxies across 13,000 deg$^2$ of the sky
University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
利用DECADE项目南北银盘及DES第3年的宇宙切变数据向量（含2.7亿个星系），对宇宙学和天体物理学模型进行限制，提取ΛCDM宇宙学限制，研究重子影响，指出当前方法不足，该数据集为后续分析提供测试平台。
2026-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
The baryonic Tully-Fisher relation as an independent direct probe of cosmology and of the nature of dark matter
Institute for Fundamental Physics of the Universe (IFPU)（宇宙基础物理研究所）；SISSA - International School for Advanced Studies（SISSA - 国际高等研究院）；INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所 - 的里雅斯特天文台）；INFN – National Institute for Nuclear Physics（意大利国家核物理研究所）
利用模拟推断和深度神经网络，首次证明重子塔利-费舍尔关系可直接敏感于宇宙学参数Ω_m、σ_8、温暗物质粒子质量M_wdm及天体物理反馈，为宇宙学和基础物理提供新探针。
2026-08-20 astro-ph.CO
Understanding the Astrophysics of Galaxy Evolution: the role of spectroscopic surveys in the next decade
在过去的十年中，光学光谱巡天已经描述了低红移星系群的特征，并发现了z ~ 7的恒星形成星系群。这项工作表明，星系的建设和黑洞增长的主要时期发生在红移2至3。一致LCDM宇宙学的建立使星系群体研究的重点从限制宇宙学参数转移到描述星系形成和演化的过程上，在未来的十年里，高红移观测者将试图建立一个将高红移宇宙中的星系与今天的星系联系起来的相干演化图像。为了将不同红移的星系群联系起来，我们不仅要系统地描述它们的演化，还必须确定哪些物理过程是导致星系演化的原因。在理解星系从z ~ 1演化到今天的过程方面已经取得了相当大的进展。大规模的近红外光谱测量需要将这些研究推回到星系形成的主要时期。只有这样，我们才能理解像我们银河系这样的L* 星系形成的全部故事。一个大型的近红外光谱测量也将提供所需的校准，以避免在大型光度计计划提出的研究暗物质和暗能量的性质系统。我们提供了一个多目标的0.4至1.8微米摄谱仪，它可以放置在现有的望远镜，这将允许一个完整的特性的星系人口到z ~ 2的轮廓设计。我们强烈建议进行认真的进一步研究，以设计一个真正的仪器，这将是星系形成研究所需的，以推进到下一个前沿。
2009-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Precision cosmology with time delay lenses: high resolution imaging requirements
透镜时间延迟是宇宙学的一个强有力的探测器，前提是主偏转器的引力势能够以足够的精度建模。最近的工作表明，这可以通过详细模拟透镜类星体的宿主星系来实现，透镜类星体在高分辨率图像中表现为“爱因斯坦环”。我们对利用当前和未来十年即将发现的数千个透镜类星体所需的高分辨率成像进行了系统的探索。具体来说，我们模拟现实的镜头系统，由哈勃太空望远镜（HST），詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），和地面为基础的自适应光学图像与凯克或三十米望远镜（TMT）成像。我们比较了这些点观测的性能与欧几里德（VIS），宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）和大型综合巡天望远镜（LSST）的调查所采取的图像。我们使用可以测量主偏转器的总质量密度分布$ρ_{tot}\propto r^{-γ'}$的斜率$γ'$的精度作为我们的度量。理想情况下，我们要求$γ'$上的统计误差小于0.02，这样它相对于其他随机和系统不确定性源是次显性的。我们发现，调查数据将可能有足够的深度和分辨率，以满足目标，只有更明亮的引力透镜系统，可与SDSS调查发现的那些。对于目前和今后的调查将发现的较暗的系统，将需要采取有针对性的后续行动。然而，即将到来的设施，如JWST，凯克下一代自适应光学系统和TMT，所需的曝光时间将只有几分钟的顺序，每个系统，从而使后续的数百个系统的一个实用和有效的宇宙学探测。
2015-09-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
