Why reducing the cosmic sound horizon alone can not fully resolve the Hubble tension
在标准$Λ$ CDM的背景下，普朗克从宇宙微波背景测量中推断出的宇宙膨胀率与当地测量的宇宙膨胀率之间的不匹配，被称为哈勃张力，已成为宇宙学中最紧迫的问题之一。为了解决这一矛盾，人们提出了对$Λ$ CDM模型的大量修正。其中许多都引入了新的物理学，如早期暗能量、标准模型中微子扇区的修改、额外辐射、原始磁场或变化的基本常数，目的是减少复合$r_{\star}$时的声音视界。我们在这里证明，任何模型，只减少$r_{\star}$永远不能完全解决哈勃紧张，同时保持与其他宇宙学数据集一致。我们明确地表明，模型，实现了较高的哈勃常数与较低的物质密度值$Ω_m h^2$运行到紧张的重子声学振荡的观测，而较大的模型$Ω_mh^2$开发紧张的星系弱透镜数据。
2021-05-17 astro-ph.CO hep-ph
Dynamical models for the Sculptor dwarf spheroidal in a Lambda CDM universe
玉夫座矮球状星系包含两个不同的恒星星族：一个富含金属，另一个缺乏金属。几位作者认为，为了使这两个群体处于相同的引力势中，暗物质晕必须有一个类似于恒星计数剖面中观察到的核心。这就排除了仅由暗物质模拟的Lambda冷暗物质（Lambda-CDM）宇宙学模型预测的晕和次晕的尖状Navarro-Frenk-White（NFW）密度分布。我们提出了一个新的理论框架，以自洽的方式分析恒星计数和速度观测，该框架基于平衡球形系统分布函数的可分离模型f（E，J）=g（J）h（E）。我们使用这种机器来分析现有的光度和运动学数据的两个恒星星族在雕塑。我们发现，与以前的一些索赔，数据是一致的人口在NFW暗物质潜力与结构参数的范围内预期在λ-CDM的平衡。我们的解决方案给出了一个最大的圆速度为20和35公里/秒之间的雕塑。我们讨论了为什么以前的一些作者得出了不同的结论。
2016-12-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Why the dark matter of galaxies is clumps of micro-brown-dwarfs and not Cold Dark Matter
Schild在1996年对类星体微透镜现象的观测表明，星系中的重子暗物质BDM是微褐矮星，是在等离子体到气体跃迁10^13秒时形成的原始氢氦行星，形成万亿颗行星的团块，称为原球状星团PGC。当视界尺度L_H = ct与Gibson（1996）的Schwarz粘性尺度L_SV相匹配时，等离子体的大光子粘性ν允许超星系团质量在10^12秒发生引力碎裂。空洞以音速c/ 3^1/2开始膨胀，其中c是光速，t是时间，这解释了10^25米大小的区域被观测到没有任何物质，无论是BDM还是非重子NBDM。大多数NBDM是弱碰撞，强扩散，类中微子粒子。如果假设冷的NBDM（CDM），它必须很快变得温暖和扩散，因为它是弱碰撞的。它不能聚集，它的聚集也不能聚集。Kroupa等人（2010）的本地卫星观测结果以99%的置信度排除了CDM。卫星是PGCs的集群。PGC被银河系重新捕获在一个吸积盘上，因为它们冻结并从其核心扩散，形成BDM晕。恒星是由原始气体行星在原始星系中的粘性合并形成的。恒星因过量摄入mBD而死亡，在200万至800万年时产生了第一批化学物质、海洋和生命。
2011-03-05 astro-ph.CO astro-ph.EP
Cosmological parameters from Planck data in SU(2)$_{\rm CMB}$, their local $Λ$CDM values, and the modified photon Boltzmann equation
本文综述了基于SU(2)规范原理的宇宙学模型SU(2)$_{\rm CMB}$，通过Planck数据对比局部与全局$\Lambda$CDM参数，并分析其辐射异常及对光子Boltzmann方程的修正。
2022-06-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Modified Gravity and Dark Energy models Beyond $w(z)$CDM Testable by LSST
大型综合巡天望远镜（LSST）的主要科学目标之一是揭示宇宙加速的本质。在基础分析中，可能偏离的拉姆达冷暗物质（$Λ$ CDM）的背景演化将通过拟合$w(z)$ CDM模型，这允许红移依赖的暗能量状态方程与$w(z)$，在广义相对论（GR）内探测。然而，由于偏离标准$Λ$ CDM+GR模型，可能会出现大量其他现象，包括对结构和透镜生长速率的修改，以及非线性尺度上的新屏蔽效应。我们需要具体的物理模型来为这些（可能很小的）效应提供一致的预测，以便我们有最好的机会检测它们并将它们从天体物理系统学中分离出来。在过去的几十年里，已经构建了大量复杂的可能模型，但没有一个是特别受欢迎的。本文根据这些模型的观测可行性、理论可行性和理论发展水平，优先考虑这些模型的子集以及进一步研究和纳入LSST暗能量科学合作组织（DESC）数据分析管道的理由。我们提供参考和理论表达式，以帮助这些模型集成到DESC软件和模拟，并给出理由，为什么其他模型没有优先考虑。虽然DESC的努力可以自由地追求其他模型，但我们在这里提供了指导方针，这些理论似乎具有更高的优先级，因为它们具有更大的指导价值。
2019-09-06 astro-ph.CO gr-qc
Concentration, Ellipsoidal Collapse, and the Densest Dark Matter haloes
最小的暗物质晕是冷暗物质（CDM）宇宙学中最早形成的层次结构，被认为是宇宙中CDM结构的最重要和最基本的组成部分。尽管如此，这些晕的物理特征仍然是虚幻的，因为它们仍然远远超出了目前N体模拟的分辨率（在红移为零时）。然而，它们在预期的暗物质湮灭信号的预测（和不确定性）中占主导地位，以及其他天体物理学观测值。利用总能量守恒和椭球坍缩框架，我们可以解析地求出不同维里质量$M_{200}$的晕的浓度$c$和一维速度色散$σ_{\rm 1d}$的平均值和离散度。$c$和$σ_{\rm 1d}/M_{200}^{1/3}$都与模拟探测的范围内的数值结果吻合良好--在大质量下，质量的函数缓慢下降，接近恒定值。特别是，预测的1-D的速度色散的集群质量晕是令人惊讶的强大的宇宙晕的逆热容量在$M_{200} \sim 10^{14} M_\odot$过零。然而，我们发现，目前从模拟到最小的CDM晕的外推极大地依赖于假设的配置文件（例如NFW与Einasto）和拟合函数，这就是为什么理论上的考虑，如这里提出的，可以显着约束可行的预测范围。
2016-01-04 astro-ph.CO
Hubble tension as a window on the gravitation of the dark matter sector: Exploration of a family of models
本文提出一类暗物质具有额外长程标量相互作用的ΛCDM最小扩展模型，证明其能在不影响原初核合成和局域引力检验的前提下缓解哈勃张力，并通过背景与扰动分析及多数据集拟合展示其改进ΛCDM预言的能力。
2024-05-06 astro-ph.CO
A comparison of Bayesian and frequentist confidence intervals in the presence of a late Universe degeneracy
本文比较贝叶斯MCMC与频率学派轮廓似然方法，揭示晚期宇宙高红移数据中一维后验的非高斯性及MCMC边缘化偏差，并发现高红移宇宙计时器数据在约2σ水平上偏离Planck-ΛCDM。
2025-01-03 astro-ph.CO
Cold dark matter: controversies on small scales
冷暗物质（CDM）宇宙学模型在解释巨大红移范围内的宇宙结构方面非常成功，但它面临着探测暗物质晕最内部区域和银河系矮星系卫星属性的观测的持续挑战。我们回顾了这些“小尺度争论”的观测和理论现状。“宇宙学模拟只包括重力和无碰撞CDM预测具有丰富的子结构和中心密度的晕，这些密度太高，无法匹配星系动力学的约束。解决方案可能在于重子物理学：最近的数值模拟和分析模型表明，与有效的超新星反馈有关的引力势波动可以使大质量星系中晕的中心尖变平，反馈和低恒星形成效率的结合可以解释为什么大多数绕银河系运行的暗物质暗晕没有可见星系。然而，目前尚不清楚这种解决方案是否适用于观测到差异的最低质量星系。或者，小规模的冲突可能是暗区本身更复杂物理学的证据。例如，来自强暗物质自相互作用的弹性散射可以改变预测的晕质量分布，从而与在大范围星系质量中的观测结果保持良好的一致性。引力透镜和恒星晕中潮汐流的动力学扰动为符合CDM预测的大量低质量subhalos提供了证据。这些观测方法将在未来几年变得更加强大。
2013-06-04 astro-ph.CO
Metamorphosis of dwarf halo density profile under dark matter decays
我们研究了衰变暗物质（DDM）宇宙学中矮晕的密度分布，使用一种新的算法，解决晕密度分布的最内层$700$ pc鲁棒与高效率。根据Schwarzschild的基于轨道的方法，我们还开发了一个简化的模型来计算DDM晕密度分布，这与N体模拟的结果非常吻合。放大模拟和简化模型都揭示了暗物质衰变导致矮晕中心密度平坦化和整体密度降低，简化模型很好地解释了其物理机制。DDM矮晕的缓慢上升的标度自转曲线与本星系的观测结果一致。我们的研究结果表明，DDM具有解决冷暗物质（CDM）模型所面临的小尺度问题的巨大潜力。
2020-11-26 astro-ph.CO
Understanding CMB physics through the exploration of exotic cosmological models: a classroom study using CLASS
如今，每一位宇宙学讲师都面临着教授现代宇宙学标准模型$Λ$ CDM的问题，有很多方法可以做到这一点。然而，危险是迫在眉睫的，它被呈现给学生的东西是一成不变的，只是为了被接受为一个事实的基础上，我们有大量的证据。考虑到宇宙学的标准模型让我们面对尚未完全理解的实体，即宇宙学常数$Λ$和冷暗物质，这一点甚至更为关键。在这篇文章中，我们报告了先进的宇宙学课程练习，在计算机实验室进行，这被认为是一种手段，让学生体验第一手的$Λ$ CDM模型已成为如此普遍的解释现代宇宙学数据。为此，我们集中在宇宙微波背景辐射（CMB）和计算的理论温度和物质的功率谱，使用现代玻尔兹曼代码CLASS。通过比较和分析$Λ$ CDM以及其他三个奇异宇宙学模型的结果，学生们能够掌握宇宙学参数对CMB观测值的影响，并以直观的方式理解一些复杂的CMB物理。我们选择的例子并不详尽，可以很容易地修改或扩展，所以我们希望这篇文章将作为有兴趣的学生和讲师的宝贵资源。
2020-02-03 astro-ph.CO physics.ed-ph
Modified theories of Gravity: Why, How and What?
广义相对论（GR）是通过先进的LIGO和先进的处女座探测器直接探测到来自双黑洞和双中子星合并的引力波来证明的。这些探测证实了GR的预测，并提供了恒星质量黑洞（BH）存在的第一个直接证据。然而，在BH中心的奇异性的发生表明，GR是不适用的，因为在奇异性的等效原理的故障。这些奇点存在的事实表明，广义相对论不可能是一个普适的时空理论。在低能极限下，$Λ$ CDM模型所面临的理论和观测挑战也表明，我们可能不得不超越GR作为引力的基础理论。与GR的场方程只包含二阶导数不同，具有高阶导数Ricci/Riemann张量引力模型的修正理论包含高阶导数。因此，人们预期GR和修正理论之间存在显著差异。由于在强引力和宇宙学距离中有许多修改GR的方法，因此每个模型都具有独特的特征。这就引出了以下关键问题：是否有一组独特的签名将GR与修正的引力（MG）理论区分开来？本文从三个方面对MG理论进行了评述：（1）为什么要研究MG理论？(2)如何修改GR？（3）观测结果是什么？这篇评论是以教学风格写的，期望它能为理论家和观察家以及那些有兴趣弥合理论和观察之间鸿沟的人提供有用的参考。
2022-04-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmology from weak lensing alone and implications for the Hubble tension
我们调查的起源$Λ$ CDM参数的限制在弱透镜，重点是哈勃常数。我们解释了为什么目前的宇宙剪切数据是敏感的参数组合$S_8 \propto σ_8 Ω_m^{0.5}$，通过使用晕模型改进以前的研究。出于不断的差异，在测量哈勃常数从高和低的红移，我们解释了为什么宇宙剪切提供几乎没有约束$H_0$的透镜角功率谱取决于物理长度尺度的暗物质分布。我们从KiDS中的星系透镜效应和普朗克和SPTpol中的宇宙微波背景弱透镜效应中分别和联合推导出参数约束，展示了如何打破$σ_8$和$Ω_m$之间的简并。使用透镜和大爆炸核合成来校准重子声学振荡投影中测量的声视界，给出了$H_0 = 67.4 \pm 0.9 \; \mathrm{km} \, \mathrm{s}^{-1} \, \mathrm{Mpc}^{-1}$，与普朗克和暗能量调查的先前结果一致。我们发现，一个玩具欧几里德透镜调查提供了只有弱约束的哈勃常数，由于退化与其他参数，影响透镜关联函数的形状。如果外部先验$n_s$，重子密度和重子反馈的幅度是可用的，那么分百分比$H_0$约束是可以实现的与即将到来的透镜调查。
2021-06-29 astro-ph.CO
The Hubble Tension and Early Dark Energy
在过去的十年中，宇宙膨胀率的值之间的差异直接确定的距离和红移的测量，而不是从标准的$Λ$ CDM宇宙学模型从早期宇宙的测量校准，已经增长到一个重要的水平，需要一个解决方案。拟议的系统误差没有得到现有数据广度的支持（“未知误差”由于缺乏定义而无法检验）。与大多数数据一致的“哈勃张力”的简单理论解释令人惊讶地难以获得，但近年来，注意力越来越多地集中在改变$Λ$ CDM的早期或预重组物理的模型上。在这里，我们描述了这种紧张的性质，强调最近的事态发展的观测方面。然后，我们解释了为什么早期宇宙的解决方案是目前的青睐和任何这样的模型必须满足的约束。我们讨论了一个可行的例子，早期的暗能量，并描述了如何可以测试与未来的测量。鉴于最近对这一问题的具体方面进行了各种各样的更广泛的审查，讨论的目的是相当普遍，使广大听众能够理解。
2022-11-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Right Energy, Wrong Profile: Why the 43 GeV Cluster Line Is Unlikely to Be Dark Matter
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Santa Cruz Institute for Particle Physics（圣克鲁兹粒子物理研究所）
重新分析费米观测中43 GeV谱线，发现其空间分布过宽，与暗物质预期不符，更可能是统计涨落或模型误差所致。
2026-09-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Scale Invariant Dark Energy
本文提出基于诱导引力并添加小$R^2$项的全局尺度不变暗能量模型，解析获得超普朗克频率振荡解，对比ΛCDM加$R^2$解并分析标量场产生效应，为暗能量研究提供新视角。
2025-02-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmic Acceleration from Causal Backreaction in a Smoothly Inhomogeneous Universe
提出了一种唯象形式，即宇宙的视加速度是由大尺度结构的形成产生的，从而消除了协调模型中宇宙学常数的符合和大小微调问题，以及动力学暗能量的潜在不稳定性问题.观察到的加速结果从无数的局部扰动的综合效果，由于个别维里化的系统，重叠在一起，在一个平滑的非均匀调整的FRW度量，在一个过程中，由因果流的不均匀性信息向外从每个聚集的系统。我们讨论了几个参数，从文献中声称放置急剧限制的强度后，backreaction相关的影响，并显示为什么这样的论点是不适用于物理现实的宇宙学分析。一个简单的参数化模型的选择，其中包括几个能够拟合的光度距离数据从Ia型超新星基本上以及最适合的平面$Λ$ CDM模型，而不诉诸于暗能量，任何修改重力，或当地的空白。同时，这些模型可以重现测量的宇宙学参数，如宇宙的年龄，空间平坦度所需的物质密度，现今的减速参数，以及宇宙微波背景的角度尺度，以合理接近其和谐值。最后，我们考虑潜在的观测签名，区分这种宇宙学形式主义从$Λ$ CDM或暗能量，以及可能的长期命运，这样一个宇宙的影响范围不断扩大，其日益叠加的扰动。
2012-06-12 astro-ph.CO gr-qc
Spherical collapse model in dark energy cosmologies
我们研究了几种暗能量场景的球形坍缩模型，使用完全非线性微分方程的密度对比度的演化均匀球形超密度牛顿流体动力学。虽然在数学上等价于基于微扰半径的微分方程的更常见的方法，但这种方法具有实质性的概念和数值优势。其中最重要的是在早期没有奇点出现，这避免了数值问题，特别是在应用于具有动力学和早期暗能量的宇宙学时，并且时间反演对称性的假设可以很容易地在不严格满足的地方被放弃。我们使用这种方法来推导表征球塌缩模型的两个参数，即~的线性密度阈值的崩溃$δ_\mathrm{c}$和维里超密度$Δ_\mathrm{V}$，为各种各样的暗能量模型，并重新考虑这些参数的宇宙学与早期暗能量。我们发现，独立的模型正在调查中，$δ_\mathrm{c}$和$Δ_\mathrm{V}$总是非常接近的标准$Λ$ CDM模型获得的值，认为丰度和非线性结构内的平均密度是相当不敏感的暗能量宇宙学之间的差异。关于早期的暗能量，我们因此得出了一个不同于以前的一些论文的结论，包括我们小组的一篇论文，我们解释了为什么。
2010-05-03 astro-ph.CO
Introduction to the application of the dynamical systems theory in the study of the dynamics of cosmological models of dark energy
动力系统的理论是一个非常复杂的课题，它在最近的过去与混沌和分形理论有关。在宇宙学环境中的动力系统的工具的应用是鲜为人知的，尽管在这个问题上发表的科学论文的数量。在本文中-主要是教学-介绍了宇宙学的动力系统理论的基本工具的应用。它表明，尽管其惊人的简单性，这些允许提取各种各样的宇宙学模型的渐近动力学的基本信息。这些工具的力量被说明的背景下，所谓的$Λ$ CDM和标量场模型的暗能量。本文适用于物理、数学学科的教师、本科生和研究生。
2015-01-20 astro-ph.CO gr-qc math.DS
Matter really does matter, or Why $f(R,{\rm Matter})$ type theories are significant for gravitational physics and cosmology
本研究针对 Lacombe 等人对 $f(R,{\rm Matter})$ 修正引力理论的质疑展开反驳，指出其采用的无质量标量场物质源局限性强，通过理论基础梳理、能标分析及与观测数据、$\Lambda$CDM 范式的对比，证明该质疑并非定论性批评。
2025-03-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
