The role of CMB spectral distortions in the Hubble tension: a proof of principle
虽然$Λ$ CDM模型的早期和晚期修正都被提出来解决哈勃张力，但令人信服的论点表明，要想成功解决这个问题，它需要修改宇宙在重组之前的膨胀历史。这大大增加了精确的CMB观测的重要性，在这封信中，我们提出了CMB光谱失真的论点，强调了它们在约束模型中的潜在作用，这些模型在标准$Λ$ CDM参数中引入了显着的变化，例如标量光谱指数，试图解决哈勃张力。
2020-09-17 astro-ph.CO
CMB Spectral $μ$-Distortion of Multiple Inflation Scenario
在多重暴胀的情况下，有两个通货膨胀与中间物质占主导地位的阶段，功率谱估计将被增强的规模小于地平线的大小在开始的第二次通货膨胀，$k > k_{\rm b}$。我们要求$k_{\rm b} > 10 {\rm Mpc}^{-1}$确保增强的功率谱与宇宙微波背景辐射（CMB）的大尺度观测相一致。我们考虑由声波耗散产生的CMB谱失真来约束功率谱。$μ$失真值可以是对于$ k_{\rm b} \lesssim 10^3 {\rm Mpc}^{-1}$的标准$Λ$ CDM模型（$μ_{Λ\mathrm{CDM}} \simeq 2 \times 10^{-8}$）的期望值的$10$倍，而$y$失真几乎不受功率谱的增强的影响。
2018-05-07 astro-ph.CO
Primordial B-mode Diagnostics and Self Calibrating the CMB Polarization
原始宇宙微波背景（CMB）沿视线方向的畸变可以用11个场来模拟和描述。这些畸变场对应于各种宇宙学信号，例如由大尺度结构引起的CMB的弱引力透镜，屏蔽斑片状再电离，由于磁场或宇称违反物理引起的偏振面旋转。各种仪器系统，如增益波动，像素旋转，微分增益，指向，微分椭圆率也描述了相同的失真模型。所有这些失真产生污染原始张量B模式信号的B模式。在本文中，我们表明，除了产生B-模式，每个失真唯一耦合不同的模式$(\bfl_1\ne \bfl_2)$的CMB各向异性，产生$<EB>$相关性的原始CMB为零。我们描述并实现了无偏最小方差二次估计器，它使用CMB中的非对角相关性来提取失真图。我们进行蒙特卡罗模拟的估计器的特点，并说明了失真的水平，可以检测到与当前和未来的实验。估计器可用于寻找宇宙学信号，或检查数据中的任何残留系统学。作为原始张量B模式诊断的一个具体例子，我们比较了使用我们的方法的最小可检测失真的水平与B模式检测的最大允许失真水平。我们表明，对于任何实验，失真将被检测到在高的意义上使用相关性之前，他们会出现在功率谱中的伪B模式。
2009-12-18 astro-ph.CO
Stokes parameters spectral distortions due to the Sunyaev-Zel'dovich effect and an independent estimation of the CMB low multipoles
考虑了各向异性宇宙微波背景（CMB）辐射对星系团的康普顿散射（Sunyaev-Zel' dovich效应，SZ）引起的Stokes参数频谱畸变。我们挑出一种非常特殊的扭曲类型，并找到简单的分析公式。我们表明，这种失真有一个非常独特的光谱形状，可以从其他种类的污染物分离。我们证明，这种效果给我们一个机会，独立估计的低多极角CMB各向异性，如偶极，四极和八极。我们还表明，使用扭曲的信号从附近和遥远的集群，可以区分萨克斯-沃尔夫和综合萨克斯-沃尔夫效应。通过高角分辨率和高灵敏度的空间任务，如即将进行的毫米波空间观测实验，可以探测到这种畸变。
2020-06-28 astro-ph.CO
Calibrating the BAO scale using the CMB: Lifting the degeneracy between geometric and dynamic distortions using the sound horizon from the CMB
星系分布的几何畸变（Alcock-Paczynski）和动力畸变（红移空间）之间的简并性一直是宇宙大尺度结构研究中的一个长期存在的问题。我们用重子声学振荡（BAO）标度作为已知物理尺度（声视界r_s ~ 150 Mpc）的一个特征，研究了提升这种简并度和限制宇宙学参数的可能性。我们用宇宙微波背景（CMB）中的等效特征标度了这个标度。首先，我们构建了一个玩具模型的功率谱，其中包括BAO以及几何和动态失真。通过在约1%的声视界上增加一个先验，我们用Fisher矩阵分析表明，对于20（Gpc/h）^3的包含散粒噪声的类DESpec/BigBOSS星系巡天，视线和切向畸变参数的误差椭圆缩小了2倍。这种改善在较小的调查中更为明显。我们还对我们的参数空间进行了Monte Carlo嵌套抽样分析。我们发现，蒙特卡罗和费舍尔方法可以同意相当不错的调查量大，但差异很大，小批量的调查。
2011-11-10 astro-ph.CO
Disentangling CMB $μ$ and $y$ spectral distortions from foregrounds with poorly defined spectral shapes
提出最小响应法（LRM）线性分离CMB $\mu$ 和 $y$ 谱畸变与谱形不佳的前景，优于mILC方法，并确定望远镜光学系统最佳温度。
2025-09-24 astro-ph.CO
CMB spectral distortions from the decay of causally generated magnetic fields
我们改进了以前的计算由于原始磁场衰减的CMB频谱失真。我们的研究重点是在电弱和QCD相变中因果产生的磁场。我们还考虑了螺旋磁场的衰减。我们表明，在电弱或QCD尺度产生的非螺旋磁场的衰减产生$μ$和$y$型失真低于$10^{-8}$这可能是无法检测到的未来PIXIE类实验。我们表明，在电弱尺度产生的磁场必须有一个螺旋度分数$f_*>10^{-4}$，以产生可检测的$μ$型扭曲。因此，来自磁场衰减的正检测将排除非螺旋原始磁场，并提供磁螺旋度的下限。
2015-08-07 astro-ph.CO
Spectral Distortion of the CMB by the Cumulative CO Emission from Galaxies throughout Cosmic History
我们发现，在整个宇宙历史中，星系的累积CO排放扭曲了宇宙微波背景（CMB）的光谱，其水平远高于未来仪器的检测限，如原始膨胀探测器（PIXIE）。建模的CO信号在100-200 GHz的频率间隔中具有显著的凸起，具有~ 2 $\times$ 10 $^{-23}$ W m $^{-2}$ Hz $^{-1}$ sr $^{-1}$的特征峰值强度。大部分的CO前景来源于适度的红移，z ~ 2-5，并且需要有效地去除来自早期宇宙的更微妙的扭曲。
2016-02-16 astro-ph.CO
Heliosheath Synchrotron Radiation As A Possible Source For The Arcade 2 CMB Distortions
这份简短的笔记推测，最近报道的残留CMB信号[Seiffert et al 2009]可能起源于太阳的日鞘。导出了一个与Seiffert等人的拟合函数具有相同幂律形式的温度谱函数。特别地，隐含了+2的谱指数。厚度约为1AU的光学薄辐射壳可以匹配所需的1K度幂律振幅。基于Alfven的日球电流模型，以相对论电子的嵌入双层为能量源，讨论了日鞘磁场的可能机制。
2009-02-02 astro-ph.CO
Future Steps in Cosmology using Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
自从90年代中期COBE/FIRAS的测量以来，我们知道在平均温度T0~2.726K范围内，宇宙微波背景（CMB）的能谱非常接近理想黑体的能谱。然而，一些早期宇宙过程预计会造成CMB光谱失真-平均CMB能谱偏离黑体-在当今技术范围内的水平。这为研究CMB光谱失真的物理学提供了强大的动力，并询问这些小信号可能能够告诉我们关于我们所生活的宇宙的信息。在这次演讲中，我将对最近的理论和实验发展进行粗略的概述，解释为什么未来对CMB的光谱测量将为早期宇宙和粒子物理学打开一扇未经探索的新窗口。我将介绍不同类型的扭曲，它们如何演变和热化，并强调一些可能导致它们的物理过程。我希望能够说服你，CMB光谱扭曲可以在CMB宇宙学中开辟一条令人兴奋的新道路，这是对计划和正在进行的原始B模式偏振信号搜索的补充。因此，作为今后几十年活动的一部分，应非常认真地考虑频谱失真问题。
2018-06-07 astro-ph.CO
CMB all-scale blackbody distortions induced by linearizing temperature
宇宙微波背景（CMB）实验，如WMAP和普朗克，测量强度各向异性，并使用线性化公式将其与温度黑体波动联系起来。然而，该过程也在映射中生成y型失真形式的信号，其与热Sunyaev Zel'dovich（tSZ）效应退化。这些都是温度涨落的二级效应，不是来自原始物理学，而是来自制图过程的这种限制。它们构成了测量的污染物：我们特有的速度，tSZ和原始的y-扭曲。然而，它们可以被很好地建模和解释。我们表明，产生的失真从泄漏的CMB偶极子到y-通道耦合到所有的多极，主要影响范围$\ell$ < ~400。这应该在普朗克的y-图中可见，估计信噪比约为12。然而，我们注意到，这样的频率依赖性条款进行CMB偶极子的性质没有新的信息。这意味着普朗克的多普勒耦合测量的真正意义实际上低于合作报告。最后，我们量化了tSZ和原始y型畸变的污染水平，并表明它高于拟议的下一代CMB实验的灵敏度。
2016-08-14 astro-ph.CO
Beyond the Boost: Measuring the intrinsic dipole of the CMB using the spectral distortions of the monopole and quadrupole
我们提出了一个一般的框架，准确的光谱建模的低多极的宇宙微波背景（CMB）中观察到的提升帧。特别是，我们演示了如何频谱测量的低多极子可以用来分离的运动引起的偶极的CMB从一个可能的固有偶极组件。在一个移动的框架中，泄漏的固有偶极矩到CMB的三极和四极诱导频谱失真与不同的频率函数，分别在337 GHz和276 GHz的峰值。四极矩的泄漏也会导致该模式的空间形态的几何畸变。这些效应的组合可以用来提升运动诱导偶极子和CMB可能拥有的任何固有偶极子之间的简并性。假设当前的特殊速度测量，具有$ΔT = 30μ$ K振幅的本征偶极子泄漏到四极矩和四极矩中，将在$\sim 40~$ nK（$2.5σ$）和$\sim 130~$ nK（$11σ$）水平上在它们各自的峰值频率下通过PIXIE类实验检测到。
2017-11-04 astro-ph.CO
Scalar runnings and a test of slow roll from CMB distortions
如果μ> 7.75 E-8，未来通过PIXIE规范的实验测量宇宙微波μ畸变将提供标量扰动谱指数β= dα/dln（k）的运行的等效3-sigma检测，覆盖PIXIE灵敏度范围的大部分。这对应于β> 0.015的分辨率极限，考虑到任何慢滚假设，这是当前CMB尺度对α< 0的严格限制的结果。我们表明，如果原始信号可以与任何暴胀后的污染区分开来，那么在这个水平上检测到β与慢滚条件是相冲突的。
2012-10-05 astro-ph.CO
Kinetic Sunyaev Zeldovich effect in an anisotropic CMB model: measuring low multipoles of the CMB at higher redshifts using intensity and polarization spectral distortions
我们提出了一种新的数学形式主义，可以很容易地计算预期的动力Sunyaev Zeldovich（kSZ）信号的强度和偏振由于各向异性原始宇宙微波背景（CMB）。我们得到了预期的强度和偏振方向的非移动星系团的扭曲，然后我们推广我们的计算为非零的特殊速度。我们发现，在移动集群的方向，低CMB多极施加强度和偏振光谱失真与不同的频率依赖性。极化信号主要探测CMB的四极矩，原始偶极子和八极矩有显著贡献。对于一个典型的1000 km/s的星系团速度，在200-600 GHz之间，对不运动星系团的四极子激发极化的修正大约是2-10%，并且取决于星系团在天空中的位置、速度大小和运动方向。我们还发现，信号的角度依赖性随观察频率而变化。原始偶极子和八极子引起的极化的不同频率和角度依赖性可以用来测量它们，尽管有其他物理效应和前景。与偏振相反，强度畸变受到所有CMB多极子的影响，因此它们不能很容易地用于探测较高红移的低多极子。然而，强度和偏振信号之间的相关性，可以用来提高原始偶极子，四极和八极的测量的信噪比。在这项工作中提出的像差内核的更一般的计算具有超出SZ集群科学在这里解决的应用。例如，它可以被利用到我们的本地帧中观察到的去增强/去畸变CMB多极子。
2016-06-27 astro-ph.CO
E and B modes of the CMB y-type distortions: polarised kinetic Sunyaev-Zeldovich effect from the reionisation and post-reionisation eras
我们研究了再电离和再电离后时期，源自自由电子横向特有速度（微扰论中的二阶）的宇宙微波背景（CMB）的E和B模式极化。有趣的是，这种极化动力学Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应的光谱可以分解为黑体部分和y型失真。y失真部分可与主E和B模式以及透镜B模式区分开。此外，它还可以与其他y型信号区分开，例如热SZ效应，这些信号是非偏振的。我们表明，这个信号是敏感的再电离的历史，特别是如何快速再电离发生。Y型畸变的E和B模式提供了一种击败宇宙主CMB各向异性方差的方法，并且是宇宙学参数的独立探测器。pkSZ效应的黑体分量将是张量标量比$r \lesssim 3\times10^{-5}$的原始张量模式的重要前景。
2022-10-25 astro-ph.CO
Neutrinogenic CMB spectral distortions
该研究提出利用CMB谱畸变缓解有效中微子数无法唯一确定辐射源的简并问题，分析中微子产生的CMB谱畸变机制，指出二者协同可探测以中微子耦合为主的隐藏区，拓展联合实验的参数探测空间。
2025-10-06 astro-ph.CO hep-ph
CMB all-scale blackbody distortions induced by linearizing temperature
宇宙微波背景（CMB）实验，如WMAP和普朗克，测量强度各向异性，并使用\emph{linearized}公式将其与温度黑体波动联系起来。然而，这样的过程也在图中生成y型失真形式的信号，并且因此随着热SZ（tSZ）效应而退化。这些都是温度涨落的二级效应，不是来自原始物理学，而是来自制图过程的这种限制。他们构成了一个污染物的测量：我们特有的速度，tSZ和原始的y-扭曲，但他们仍然可以很好地建模和占。我们表明，最大的失真出现在高ell从泄漏的CMB偶极子到y-通道耦合到所有的多极，但主要影响范围ell <~400。这应该在普朗克的y-图中可见，估计信噪比约为9。然而，我们注意到，这样的频率依赖性条款进行CMB偶极子的性质没有新的信息。这意味着普朗克的多普勒耦合测量的真正意义实际上低于引用。最后，我们量化的相关性，以提高未来的测量tSZ和原始的y型扭曲的去除这种影响。
2016-03-10 astro-ph.CO
Another look to distortions of the CMB spectrum
我们回顾方面的宇宙微波背景（CMB）的光谱失真，似乎没有得到充分的探讨在文献中。特别是，研究了活动星系核反馈对星系际介质（IGM）加热的最新证据的影响。同时考虑到与构造形成有关的IGM加热，我们认为y参数值为几个 *10^（-6），即比COBE/FIRAS上限低几个因子，是可以预期的。再电离等离子体的康普顿散射也重新处理原始扭曲，增加了y型贡献。因此，不可能有纯粹的玻色-爱因斯坦式的扭曲。对银河系和河外前景的评估，考虑到普朗克卫星的最新结果以及来自恒星形成星系的强CII和CO线的贡献，表明前景减法精确到足以充分利用PIXIE灵敏度将是极具挑战性的。出于这一事实，我们还讨论了方法来检测不需要绝对测量的频谱失真，并表明，准确的测定的频谱的CMB偶极子振幅可能会大大提高超过COBE/FIRAS限制失真参数。这样的改进可能在下一代CMB各向异性实验中实现。宇宙红外背景（CIB）偶极子的估计振幅可能是通过仔细分析普朗克地图在最高频率检测。因此，普朗克可能会对CIB强度提供有趣的限制，目前已知的不确定性约为30%。
2016-02-09 astro-ph.CO
Parameterization of temperature and spectral distortions in future CMB experiments
宇宙微波背景辐射的光谱畸变是由康普顿与电子的碰撞引起的。我们回顾了各种计划来表征各向异性CMB与非普朗克谱。我们主张使用几何平均的温度矩作为首选的语言来描述这些光谱失真，无论是理论建模和观测。数值模拟更简单，矩是框架无关的，在散射方面的模式截断是准确的。
2015-01-05 astro-ph.CO gr-qc
FSD: Frequency Space Differential measurement of CMB spectral distortions
虽然宇宙微波背景在目前的实验范围内与一个完美的黑体光谱相一致，但在已知光谱特性的情况下，预计它会表现出一定的光谱失真。本文提出了一种利用亮温的频间差异来测量CMB光谱畸变的新方法--频率空间差分法（FSD）。在不存在任何失真的情况下，在不同频率下观察到的CMB温度之间的差异必须与黑体光谱的频率导数一致。然而，在存在频谱失真的情况下，所测量的频率间差也将表现出与黑体的偏差，这可以针对已知的频谱失真源（如$y\,\&\,μ$）来建模。我们的技术使用CMB黑体、$y$、$μ$或任何其他光谱失真源的FSD信息来对观察到的信号进行建模。在未来的CMB任务中成功应用这种方法可以提供一种提取光谱失真信号的替代方法，并可能使在没有内部黑体校准器的情况下测量光谱失真变得可行。
2018-01-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Least response method to separate CMB spectral distortions from foregrounds
提出最小响应法（LRM）用于CMB谱畸变提取，该方法在保持信号恒定响应的同时最小化对前景和噪声的响应，优于传统内部线性组合法，并可通过迭代分离前景提升精度。
2024-02-15 astro-ph.CO
Teasing bits of information out of the CMB energy spectrum
来自黑体的宇宙微波背景（CMB）频谱图--通常被称为频谱失真--编码了早期宇宙（红移z <几x 10 ^6）的热历史信息。虽然信号通常被表征为mu和y型失真，但在中间红移10^4 < z < 3 x 10^5处也可以产生较小的残余（非y/非mu）失真。在这里，我们构造了一组新的观测量，mu_k，它描述了这个残余失真的主要成分。主成分与温度偏移、y型和mu型失真正交，并根据其可检测性进行排名，从而压缩CMB光谱提供的所有有价值的信息。该方法提供了一种有效的方法来分析给定的实验设置的光谱失真，并可以应用到广泛的能量释放的情况。作为一个例子，我们讨论了小尺度声波和衰变/湮灭粒子的PIXIE型实验的耗散所造成的频谱失真签名的分析。我们提供预测的模型参数和检测限在每种情况下的预期测量不确定性。我们还表明，PIXIE型实验原则上可以区分耗散能量释放粒子衰变的一个几乎标度不变的原始功率谱与小运行。因此，未来的CMB光谱学提供了一个独特的探测原始宇宙中的物理过程。
2013-12-20 astro-ph.CO
Gravitational Lensing of the CMB: a Feynman Diagram Approach
本文发展了一种费曼图方法来计算存在畸变时的宇宙微波背景（CMB）的关联。作为一个应用，我们专注于由于大尺度结构（LSS）的引力透镜的CMB失真。我们研究了用于从CMB中提取透镜效应的Hu-Okamoto二次估计，并推导出了透镜效应势$ϕ$中直到${\mathcal O}(ϕ^4)$的估计的噪声。通过重新组织$ϕ$展开，可以显著减少前面提到的大${\mathcal O}(ϕ^4)$项。我们的方法使得它很容易获得基于任何CMB通道的二次估计表达式。我们简要地讨论其他应用宇宙学的这种图解方法，如扭曲的CMB由于补丁再电离，或由于法拉第旋转从原始轴子场。
2014-07-11 astro-ph.CO
Revisiting Constraints on Resonant Axion-Photon Conversions from CMB Spectral Distortions
本文通过改进光子等离子体质量建模并结合解析与CosmoTherm数值模拟，重新分析了CMB光子共振转化为轴子引起的谱畸变，首次处理大畸变区域，发现其可探测此前未探索的轴子参数空间。
2024-11-20 astro-ph.CO
Which spectral distortions does $Λ$CDM actually predict?
不断完善的宇宙学测量已经建立了$Λ$ CDM和谐模型，其关键的宇宙学参数今天被确定为100万级精度。这使我们能够对早期宇宙中发生的各种过程所产生的宇宙微波背景（CMB）的光谱失真做出明确的预测。在这里，我们总结了所有保证CMB失真和评估其总的不确定性内$Λ$ CDM。我们还比较了近似它们的简单方法，突出了一些微妙的方面，当涉及到解释未来的失真测量。在简化的假设下，我们简要地研究了PIXIE类实验可以测量主要失真参数（即，$μ$和$y$）。下一代CMB谱仪有望以极高的显著性检测由再电离和结构形成引起的畸变。它们还将能够通过相关的$μ$失真来约束小尺度功率谱，从而改善对谱指数运行的限制。来自复合时代的扭曲，物质相对于CMB的绝热冷却和暗物质湮灭需要比PIXIE更高的灵敏度。关键的下一步是改进前景和工具方面的建模，正如我们在这里简要讨论的。
2016-05-20 astro-ph.CO
Measuring $μ$-Distortions from the Thermal Sunyaev-Zeldovich effect
本文预测了通过 CMB 巡天测量的星系团 tSZ 频谱畸变对原初 $μ$ 畸变单极子的约束，发现计划实验的灵敏度可达或优于现有约束，但控制前景和系统误差是关键。
2023-05-17 astro-ph.CO
The Distortion of the Cosmic Microwave Background by the Milky Way
银河系可以作为宇宙微波背景（CMB）的大尺度弱引力透镜。我们研究这种效果，使用光子射线跟踪代码和银河系的质量分布与磁盘，凸起和晕组件。对于银河系中位于太阳坐标系的观测者来说，CMB光子路径的弯曲被限制在小于一个角秒，并且仅限于在银河系中心几度范围内通过的光线。然而，整个天空都受到影响，导致CMB在大角度尺度上的全局扭曲。这些失真会导致CMB天空温度球谐展开的低阶多极子泄漏到高阶模中。因此，CMB偶极的分量是由本星系群相对于本星系宇宙静止坐标系的运动产生的，它对太阳系中观测者的高阶矩有贡献。我们的射线跟踪代码，我们表明，这种现象是不敏感的具体选择银河系的潜力。我们还定量排除它作为一个贡献者CMB异常，如功率不对称或相关的排列低阶多极矩。
2014-07-21 astro-ph.CO
Motion induced second order temperature and y-type anisotropies after the subtraction of linear dipole in the CMB maps
宇宙微波背景的y型光谱畸变使我们能够探测星系团和星系群、热气丝和温暖炽热的星系际介质中的不均匀性。几个CMB实验（小面积的天空）和理论组（全天空）最近发表了y型失真图。我们建议在这样的y型图中寻找两个人造热点，这两个热点是由于不完全减去运动诱导偶极子对宇宙微波背景天空的影响而产生的。该偶极子在二阶引入了振幅为几μK的附加温度和y畸变各向异性，这可以通过普朗克HFI和Pixie实验来测量，并且可以用作CMB实验的交叉通道校准源。这种y型失真存在于每个像素中，并且不是平均整个天空的结果。如果需要，可以从最终的y型图中减去根据已知线性偶极子精确计算的这种失真。
2013-02-26 astro-ph.CO
CMB spectral distortions from enhanced primordial perturbations: the role of spectator axions
本研究针对轴子与规范场耦合产生CMB谱畸变的机制，发现标量模式诱导的谱畸变占主导，COBE/FIRAS已限制模型参数，且SU(2)方案下延迟快滚更具挑战，提出了通过耦合调控轴子速度的方法。
2024-09-12 astro-ph.CO
CMB Spectral Distortion Constraints on Thermal Inflation
在典型的能量尺度$V^{1/4} \sim 10^{6 \sim 8} \mathrm{GeV}$上，热膨胀是指数膨胀的第二阶段。如果通常的原始暴胀之后是热暴胀，原始功率谱在大尺度上只有适度的红移，但在小于热暴胀开始时的视界尺寸$k > k_{\rm b} = a_{\rm b} H_{\rm b}$的尺度上受到强烈的抑制。我们计算了在这种情况下，由声波耗散产生的宇宙微波背景的光谱失真。对于$k_{\rm b} \ll 10^3 \mathrm{Mpc}^{-1}$，热膨胀导致$μ$失真幅度的大抑制，预测其远低于$μ\simeq 2\times 10^{-8}$的标准值。因此，未来的光谱失真实验，类似于PIXIE，可以对热膨胀场景设置新的限制，如果发现$μ\simeq 2\times 10^{-8}$，则限制$k_{\rm b} \gtrsim 10^3 \mathrm{Mpc}^{-1}$。
2017-08-07 astro-ph.CO
The Distortion of the Cosmic Microwave Background Spectrum Due to Intergalactic Dust
来自星系际尘埃的红外辐射可能会损害未来实验检测早期宇宙宇宙微波背景（CMB）中细微光谱扭曲的能力。我们提供了第一个估计的前景污染的CMB信号由于弥漫的尘埃排放在星系际介质。我们使用河外背景光的模型来计算星系际尘埃辐射的强度，发现红移z<0.5的星系际尘埃辐射超过计划中的原始暴胀探测器（PIXIE）对CMB光谱畸变的灵敏度1-3个数量级。我们把一个上限为0.23%的远红外背景的星系际尘埃排放的贡献。
2016-03-31 astro-ph.CO
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
Testing dark matter interactions with CMB spectral distortions
利用宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变（SD）可以检验暗物质（DM）与标准模型（SM）粒子可能的相互作用。特别地，与光子、电子或原子核弹性散射的非相对论DM粒子将负化学势$μ$印记到CMB光谱。本文回顾了这种效应的第一项研究，并对DM和SM颗粒之间的热交换进行了准确的处理。我们表明，在原来的研究中所作的瞬时解耦近似系统和显着低估了SD的幅度。因此，我们得到更严格的上限DM质量$m_χ\lesssim 0.1$兆电子伏的DM-SM弹性散射截面，从非检测$μ$ -扭曲FIRAS。我们还表明，未来的仪器，如PIXIE，敏感的$|μ| \sim 10^{-8}$，将能够探测DM-SM横截面比第一次预测的小得多，数量级低于目前的上限从CMB各向异性数据，DM质量的$\sim 1$ GeV。最后，我们研究了SDs对DM的电和磁偶极矩的敏感性。虽然SD可以放置在这些模型上的非平凡的约束，我们发现，即使是未来的SD实验是不太可能改善的最佳当前界限。这篇文章是伴随着公共代码DMDIST，它允许一个通用的粒子DM模型计算CMB SD，指定的截面弹性散射和湮灭到SM粒子。
2021-01-11 astro-ph.CO
Modeling the Radio Foreground for detection of CMB spectral distortions from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
在宇宙黎明和再电离过程中，宇宙重子的演化导致了宇宙微波背景（CMB）的21厘米光谱红移畸变。这些编码信息的性质和时间的第一个来源超过红移30 - 6，并出现在米波长作为一个微小的CMB失真随着银河系和河外无线电天空，这是数量级更明亮。因此，检测需要精确的方法来建模前景。我们提出了一种使用最大平滑（MS）函数的前景拟合方法。我们证明了MS函数的有用性，传统上使用的多项式来分离前景的再电离时代（EoR）信号。我们还研究了使用GMOSS，无线电天空的物理动机模型的合理前景的频谱复杂性的水平，并发现它们确实是平滑的，可以通过MS功能建模到足以辨别EoR信号的香草模型的水平。我们表明，MS功能的损失抵抗和鲁棒性保留EoR信号强度和转折点的残差。最后，我们证明，在使用一个良好的校准光谱辐射计和建模前景与MS功能，全球EoR信号可以检测与贝叶斯方法与90%的置信度在10分钟的积分。
2017-05-03 astro-ph.CO
A Compaction Function Analysis of CMB $μ$ distortion Constraints on Primordial Black Holes
本文利用基于紧致函数的Press-Schechter方法计算发现，受CMB $μ$ 畸变约束的原初黑洞丰度可能高于先前估计，且功率谱形状变化影响可忽略。
2024-08-29 astro-ph.CO
Unlocking the synergy between CMB spectral distortions and anisotropies
对宇宙微波背景（CMB）光谱畸变（SD）的测量将为研究极早期宇宙打开一扇新的窗口，为从CMB温度和偏振各向异性收集到的信息提供新的补充。在本文中，我们研究了它们的协同作用作为所考虑的实验的特性的函数。特别是，我们研究了广泛的灵敏度可能SD测量，从FIRAS到噪声水平比PIXIE好1000倍，并研究其约束力时，结合当前或未来的CMB各向异性实验，如普朗克或LiteBIRD加CMB-S4。我们考虑了一些不同的宇宙学模型，如$Λ$ CDM，以及它的扩展与运行的标量谱指数，衰变或湮灭的暗物质（DM）粒子。虽然即将到来的CMB各向异性实验将能够减少膨胀参数，如$A_s$和$n_s$的不确定性约2倍的$Λ$ CDM的情况下，我们发现，SD实验100倍更敏感比PIXIE（相当于拟议的超级PIXIE卫星）可能进一步有助于限制这些参数。这在标量谱指数的运行的情况下甚至更显著。此外，正如预期的那样，对DM粒子在SD探测的红移处衰变的约束将提高几个数量级，即使实验比PIXIE差10倍，与CMB各向异性或大爆炸核合成边界相比。相反，DM湮没约束将不会显着改善CMB各向异性测量。最后，我们预测可获得的约束与灵敏度可从地面或气球。
2022-01-11 astro-ph.CO
Constraining Primordial Black Holes via p-wave annihilation in light of CMB Spectral Distortion and 21-cm global signal
National Institute of Technology, Meghalaya（梅加拉亚国立技术学院）；Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过CMB光谱畸变和21厘米信号约束原初黑洞，研究p波湮灭对暗物质丰度的影响
2026-01-01 astro-ph.CO
Science with CMB spectral distortions
COBE/FIRAS的测量表明，CMB光谱非常接近于理想黑体。然而，在早期宇宙中有许多过程应该会造成光谱扭曲，其程度在当今技术的范围内。在这次演讲中，我将简要概述最近的理论和实验发展，解释为什么未来对CMB光谱的测量将为早期宇宙和粒子物理打开一扇未探索的窗口，可能会有非标准的惊喜，但也有几个保证的信号在等待着我们。
2014-05-27 astro-ph.CO hep-th
Spectro-spatial evolution of the CMB III: transfer functions, power spectra and Fisher forecasts
在本文中，我们提供的第一个计算的失真传递函数的宇宙微波背景（CMB）在扰动宇宙中，后续的文件I和II在这个系列。我们说明了固有的物理效应的解决方案，讨论和演示各种限制情况下的扰动光子光谱。我们澄清失真传递函数和光子光谱本身之间的关系，提供的机器，然后可以计算约束CMB信号功率谱，包括单能量注入和衰变粒子的情况下的频谱失真。我们的研究结果表明，$μ\times T$和$y\times T$功率谱达到的水平，可以约束与当前和未来的CMB实验，而不违反现有的约束COBE/FIRAS。互相关信号的幅度直接取决于平均失真水平，因此建立了一个新的基本联系之间的状态的原始等离子体的红移$10^3 \lesssim z\lesssim 3\times 10^6$和频率依赖的CMB天空。这为利用CMB成像仪约束平均早期能量释放提供了一种新的方法。作为一个例子，我们推导出单一的能量释放和衰变粒子的情况下的约束。这表明LiteBIRD可能能够将COBE/FIRAS的能量释放限制提高$\simeq 2.5$的因子，而PICO可以将约束收紧一个数量级以上。这里考虑的信号可以进一步提供一个显着的挑战，达到宇宙方差限制约束的原始非高斯性的失真各向异性研究。我们的工作进一步突出了未来CMB测量和分析的协同光谱方法的巨大潜力。
2022-12-06 astro-ph.CO
Spectral Distortion Anisotropy from Inflation for Primordial Black Holes
单场暴胀模型，寻求大大提高小规模的权力，以形成原始的黑洞预测压缩双谱，这是增强了这种小规模的权力和一个潜在的可检测的增强CMB光谱失真。尽管有这种组合，CMB尺度上的谱失真各向异性仍然很小，因为压缩双谱表示尺度的不可观察的调制，而不是耗散并形成$μ$谱失真的短波长声功率的局部振幅。领先的顺序振幅效应来自本地调制的声学耗散在开始的$μ$时代在热化结束时，由一个长波长模式，与CMB各向异性本身。由热化时的同动视界与最小可探测的原始CMB尺度之比的平方引起的抑制的补偿因子（$\sim 0.0005$）和$μ$的最大允许增强（$\sim 5000$）在$μT$交叉频谱中留下的信号由于灵敏度和分辨率仍然远远超出PIXIE或LiteBIRD的能力，同时保持比单场慢滚膨胀大得多，潜在的可观察性。
2021-12-09 astro-ph.CO
Semi-analytical description of clumping factor and CMB free-free distortions from reionization
宇宙的密度对比，用物质功率谱及其方差来参数化，可以放大等离子体中自由-自由过程的信号。尺度小于DM粒子自由流尺度的波动阻尼对应于大波数k的总物质功率谱的抑制。我们推导出的时间演化的各种宇宙模型和参数的物质功率谱的方差通过数值计算的功率谱与玻尔兹曼代码CAMB的修改版本，对于不同的值的截止参数kmax。适当的解析近似的数值结果。然后，我们描述的CMB自由-自由光谱失真占来自聚集因子的放大效应。事实上，与星系际介质密度对比相关的块状物随着红移的减小而增加。选择天体物理学和唯象宇宙学再电离的历史，我们评估的自由自由失真的聚集因子的影响，并讨论预测信号的波长依赖性进行分析。最后，我们解决了与其他类别的不可避免的CMB光谱失真和未来的观测前景的比较。虽然再电离的康普顿化在高频下占主导地位，但在所考虑的模型中预测的自由-自由信号在低于约25 GHz（10 GHz）的频率下以几个（几十个）百分比的水平对失真做出贡献，并且代表低于约4 GHz的主要签名。从HI 21厘米背景的宇宙学信号被发现占上风的自由-自由失真在一个限制，模型依赖的频率窗口之间约0.1和0.2 GHz。
2013-10-23 astro-ph.CO
Forecasts for CMB μ- and i-type spectral distortion constraints on the primordial power spectrum on scales 8 < k < 10^4 Mpc^-1 with the future Pixie-like experiments
红移为1.5 x 10^4 < z < 2 x 10^6的丝绸阻尼消除了对应于同向波数8 < k < 10^4 Mpc^-1（10^5 < \ell < 10^8）尺度上的CMB各向异性。这种耗散的能量被CMB吸收，在μ型和i型CMB光谱中产生黑体畸变。我们研究，使用Fisher矩阵，我们可以从测量这些频谱失真的原始功率谱从未来的实验，如Pixie的约束，以及这些约束如何改变，因为我们改变的频率分辨率和灵敏度的实验。我们表明，额外的信息的形状的$i$型失真，结合μ型失真，使我们能够打破这些尺度上的功率谱的幅度和谱指数之间的简并性，并导致更严格的约束。考虑到y型畸变的部分简并度和CMB黑体部分的温度，我们量化了μ型畸变和i型畸变中包含的信息。我们还计算了原始功率谱的约束时，光谱失真的信息相结合的CMB各向异性测量的WMAP，SPT，ACT和普朗克实验。
2013-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology with the SZ spectrum: measuring the Universe's temperature with galaxy clusters
星系团中的热气体通过Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应在宇宙微波背景（CMB）中产生一种独特的光谱畸变。SZ的光谱特征可用于测量团簇红移处的CMB温度（$T_{\rm CMB}(z)$），并抑制CMB光谱的y型光谱畸变。在这项工作中，我们开始显示的$T_{\rm CMB}(z)$的测量样本提取的第二个目录的星系团由普朗克（PSZ 2）和包含75个集群选择CHEX-MATE。然后，我们通过SZE的频谱展示了未来CMB实验对CMB频谱y型频谱失真单极子约束的预测。
2021-11-05 astro-ph.CO
CMB distortion anisotropies due to the decay of primordial magnetic fields
本文研究了宇宙微波背景辐射（CMB）由于原初磁场衰减而产生的畸变功率谱。我们知道有两种类型的CMB失真，即所谓的μ型和y型，并且我们发现y型失真的信号变得比μ型失真的信号大。我们还讨论了由于原始磁场的存在而自然产生的CMB畸变和CMB温度各向异性之间的互功率谱。我们发现，这样的交叉功率谱有较小的振幅相比，自功率谱的CMB失真，因为丝绸阻尼效应的温度各向异性。我们还研究了在未来的CMB实验中检测到这种信号的可能性，不仅包括绝对校准的实验，如PIXIE，而且还包括相对校准的实验，如LiteBIRD和CMBpol。
2013-10-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on primordial magnetic fields from CMB distortions in the axiverse
自从PIXIE和PRISM被提出以来，测量宇宙微波背景（CMB）的光谱畸变作为宇宙学背景下高能粒子物理的探测器引起了相当大的关注。在本文中，由于CMB光子和轻轴子类粒子（ALPs）之间的共振转换的CMB失真进行了研究，激发弦轴向的情况下，这表明存在着丰富的轻轴子粒子。由于这些共振转换取决于原始磁场的强度，对CMB畸变的约束可以提供光子-ALP耦合常数g和原始磁场B的共动强度的乘积的上限。PIXIE/PRISM的潜在可行约束可以为ALP质量设定g B < 10^{-16} GeV^{-1} nG的极限，m_e < 10^{-14} eV。虽然这个结果不是对g和B的直接约束，但它明显比当前g和B上限的乘积更严格。
2013-09-01 astro-ph.CO hep-ph
CMB Distortions from Damping of Acoustic Waves Produced by Cosmic Strings
研究了宇宙弦对光子重子流体中声波的扩散阻尼，计算了宇宙微波背景的$μ$型和$y$型谱畸变.对于在当前范围内具有张力的宇宙弦，它们对光谱畸变的贡献比原始密度扰动的畸变要小。
2013-08-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Spectro-spatial evolution of the CMB II: generalised Boltzmann hierarchy
在本文中，我们制定了一个广义光子玻尔兹曼层次，使我们能够模拟早期宇宙的光谱失真各向异性的演变和创造。我们直接建立在我们的第一篇论文在本系列中，扩展热化格林函数处理各向异性的情况下。我们表明，这个问题可以用常见的玻尔兹曼层次结构的光子场扩展新的光谱参数-一个步骤，减少了至少两个数量级的计算的复杂性。我们的形式主义描述的影响，i）多普勒和潜在的驱动，ii）频谱演化康普顿散射，iii）扰动热化和iv）各向异性加热的失真各向异性。我们突出了一些主要的物理性质的方程，也概述了计算CMB功率谱，包括失真各向异性的步骤。还简要讨论了制定的限制和扩展。这里给出的新颖玻尔兹曼层次结构是一系列研究畸变各向异性如何在扰动宇宙中演变以及哪些物理过程可以使用未来的CMB成像技术进行约束的同伴论文的基础。
2022-10-27 astro-ph.CO
CMB Distortions from Superconducting Cosmic Strings
我们重新考虑了超导弦的电磁辐射对宇宙微波背景（CMB）的μ-和y-畸变的影响，导出了弦张力μ_s和电流I的当前（COBE-FIRAS）和未来（PIXIE）约束。我们发现PIXIE中CMB的不畸变将对μ s和I施加强约束，留下轻弦（G μ s < 10^{-18}）或相对弱的电流（I < 10 TeV）的可能性.
2012-12-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Tests of the CMB temperature-redshift relation, CMB spectral distortions and why adiabatic photon production is hard
在膨胀的宇宙中，宇宙微波背景（CMB）的平均温度与TCMB~（1+z）一样依赖于红移z。绝热光子的产生（或破坏）或偏离各向同性和均匀性可能会改变这种标度，并已进行了几次观测测试。在这里，我们解释了为什么“绝热”条件是非常困难的，以建立在这些测试所针对的红移范围。因此，不是导致CMB温度的简单重新缩放，而是应该产生光谱失真，这可以使用COBE/FIRAS来约束。对于晚期光子产生的情况，温度-红移关系（TRR）的测试因此应该被重新解释为弱光谱畸变极限，直接探测光子产生过程的能量依赖性。对于非均匀宇宙学，会产生一个平均的y型扭曲，但这种类型的扭曲可以通过其他几种方式产生。在这里，我们简要讨论可能有助于解开失真信号的不同贡献的可能影响，发现这是非常具有挑战性的。我们还认为，测试的TRR，使用SZ效应的适用性有限，并为非重力变化的TRR的CMB各向异性谱应表现出额外的Y型依赖。
2014-07-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
CMB Spectral Distortions: A Multimessenger Probe of the Primordial Universe
本文回顾CMB谱畸变研究的关键科学目标，提出结合下一代实验与引力波、21厘米宇宙学等互补探针，可实现对奇异物理场景的模型区分，为原初宇宙研究提供新的多信使探测路径。
2024-06-18 astro-ph.CO hep-ph
Mixed Inflaton and Spectator Field Models: CMB constraints and $μ$ distortion
我们讨论了混合暴胀和旁观者场模型，这两个领域是负责所观察到的密度波动。我们使用当前的CMB数据来约束一般的混合模型以及一些特定的代表性方案，并将结果与CMB光谱$μ$失真的模型预测进行比较。我们发现后验分布的$μ$使用MCMC链，并表明，标准的单场暴胀子模型通常预测$μ\sim 10^{-8}$与一个相对较窄的分布，而对于混合模型，分布变得更广泛，和$μ$可以大几乎一个数量级。因此，未来的$μ$畸变实验可以为原始扰动混合源模型的临界检验提供工具。
2015-11-30 astro-ph.CO hep-ph
New CMB spectral distortion constraints on decaying dark matter with full evolution of electromagnetic cascades before recombination
当前对在使用CMB谱畸变的复合时期之前以高能粒子形式注入能量的约束假设所有能量进入$y$和$μ$型畸变。我们重新审视这些限制与精确计算的频谱失真，通过不断发展的电磁级联。实际的光谱畸变在形状和幅度上不同于$y$型畸变，并且取决于注入粒子的能量和性质。对诸如暗物质衰变等能量注入过程的约束可以放宽多达5倍。
2019-07-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A Heliosheath Model for the Origin of the CMB Quadrupole Moment
本文提出了CMB四极矩的非宇宙学起源。当CMB辐射通过太阳风和当地星际介质边界处形成的非对称终止激波传播时，对其他各向同性CMB的几何畸变可能会印在CMB辐射上。除了这种边界扭曲，旅行者号宇宙飞船还观测到等离子体特性的突然变化以及磁场和电场的快速波动，因为它们最近穿过了终端激波并进入了日鞘。几种机制进行了讨论，这可能会留下深刻的终止激波上的CMB扭曲。由于太阳风压力风的变化，这种扭曲的时间变化可以体现在CMB的多极矩。推测日鞘辐射和动力学过程对观测到的小尺度角功率谱的CMB的效果。
2009-05-18 astro-ph.CO astro-ph.SR
CMB spectral distortions from continuous large energy release
精确计算宇宙微波背景辐射（CMB）的光谱畸变是约束红移$z\gtrsim 10^3$能量释放的前提。现有的文献集中在对背景黑体光谱的小扰动的失真上。在高红移（$z\gtrsim 10^6$）下，这个假设可能会被打破，CMB光谱至少在其宇宙演化的部分过程中会被显著扭曲。在本文中，我们进行了精确的热化计算，在一般的，完全非线性的方式发展扭曲的CMB光谱，一贯占时间依赖性的注入过程中，修改哈勃膨胀率和相对论性康普顿散射。具体来说，我们研究单能量注入和衰变粒子的情况下，讨论这些情况下的约束。我们解决热化问题，使用两个独立的数值方法，现在可在{ \tt CosmoTherm}作为专用的设置计算CMB频谱失真的大失真制度。新的非线性效应在低频率进一步强调，表明这些值得更严格的研究。这项工作消除了一个长期存在的简化CMB光谱失真的计算，这也开辟了道路，以更严格的治疗引起的扭曲高能粒子级联，软光子注入和原始黑洞附近。
2021-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-th
