Cosmology using Strong Gravitational Lensing
本论文研究结合强引力透镜时间延迟与类星体反响映射的新宇宙描迹方法，通过解析分析证明该方法因时间延迟与视线速度无法唯一确定三维位置而不能恢复宇宙学信息。
2024-05-06 astro-ph.CO
cosmo-numba: B-modes and COSEBIs computations accelerated by Numba
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文提出一种基于Python的软件包，利用Numba加速E/B模式分解计算，提高精度和速度，以应对系统误差限制。
2026-03-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Teraflop per second gravitational lensing ray-shooting using graphics processing units
使用直接逆射线拍摄方法的引力透镜计算是确定放大率图、焦散图案和光变曲线（例如，作为源轮廓和大小的函数）的计算上昂贵的方式。然而，作为一种易于并行化的计算，引力射线拍摄可以使用可编程图形处理单元（GPU）加速。我们提出了我们的实施逆向射线拍摄的NVIDIA G80一代图形处理器使用NVIDIA计算统一设备架构（CUDA）软件开发工具包。我们还将代码扩展到多GPU系统，包括4 GPU NVIDIA S1070 Tesla单元。我们在单个GPU上实现了182 Gflop/s的持续处理性能，并且使用特斯拉单元实现了1.28 Tflop/s的持续处理性能。我们证明，十亿透镜微透镜模拟可以运行在一台计算机上的特斯拉单位的时间尺度，为了一天，而不使用分层树代码。
2009-05-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Parameter Inference for Weak Lensing using Gaussian Processes and MOPED
在本文中，我们提出了一个高斯过程（GP）仿真器计算a）断层扫描弱透镜带功率谱，和b）系数的汇总数据大规模压缩的MOPED算法。在前一种情况下，当应用于KiDS-450弱透镜数据时，与显式调用Boltzmann求解器CLASS相比，宇宙学参数推断被加速了一个因子$\sim 10$ - $30$。更大的增益将来自未来的数据，其中使用MOPED压缩，当使用常见的Limber近似时，速度可以高达$\sim 10^3$的因子。此外，GP开辟了放弃Limber近似的可能性，没有它，理论计算可能会慢得不切实际。GP的一个潜在优势是可以计算仿真函数的误差，并将此不确定性纳入可能性。如果速度是本质，那么可以使用高斯过程的平均值，忽略不确定性。我们计算仿真器似然和类似然之间的Kullback-Leibler散度，并在此基础上，通过分析参数的不确定性，我们发现，在这种情况下，包含GP不确定性并不能证明测试应用中的额外计算费用是合理的。对于未来的弱透镜巡天，如欧几里得巡天和太空望远镜遗产巡天（LSST），汇总统计量的数量将很大，高达$\sim 10^{4}$。MOPED的速度取决于参数的数量，而不是汇总数据的数量，因此增益非常大。在非Limber的情况下，如果有计算理论MOPED系数的快速方法，则加速可以是$\sim 10^5$的因子。这里提出的GP提供了这样一个快速的机制，并使MOPED被采用。
2020-07-15 astro-ph.CO
Gravitational lensing in a universe with matter and a cosmological constant
我们扩展了在\cite{Piattella_2016, mcvittie_2015}和\cite{Park_2008}中得到的关于McVittie度规中引力透镜的结果，包括从宇宙的物质主导时代到$Λ$主导时代的过渡效应。我们推导出一个公式，同意在最低阶的McVittie度量与以前的结果，并比较从史瓦西近似，McVittie模型和高阶修正的McVittie模型得到的透镜角的预测。在这样做时，我们测试，如果超出宇宙加速膨胀的校正，有必要包括在透镜系统中观察到的红移建模透镜系统中的宇宙的物质含量。我们调查是否有必要从这些修正的透镜方程的修改，如果是这样，以何种顺序，它是否是可测量的。我们发现，虽然效果是相同的顺序作为一个先前计算的，有没有显着的贡献，弯曲角度，作为第一阶效应已经是为了$\mathcal{O}(θ_O^4)$在观察到的角度。
2022-12-20 astro-ph.CO gr-qc
Cosmology with cosmic shear observations: a review
宇宙剪切是宇宙中的大尺度结构对遥远星系的弱引力透镜作用所产生的图像畸变。这样的图像被沿着视线的物质不均匀性的潮汐场相干地变形。通过测量星系的形状相关性，我们可以研究大尺度上结构的性质和演化以及宇宙的几何形状。因此，宇宙剪切力已成为探索暗物质本质和当前宇宙加速膨胀起源的有力工具。在过去的几年里，宇宙剪切已经发展成为一种可靠和强大的宇宙学探测器，提供了宇宙膨胀历史及其结构增长的测量。在这里，我们回顾弱引力透镜的原则，并显示如何在宇宙学的背景下解释宇宙剪切。然后，我们给出了弱透镜测量的概述，并介绍了自15年前发现以来的主要观测结果，以及对宇宙学的影响。最后，我们展望了未来的各种调查和任务，其中宇宙剪切是主要的科学驱动力之一，并讨论了有前途的新的弱宇宙透镜技术，为未来的观测。
2015-07-21 astro-ph.CO
Probing dark energy with tomographic weak-lensing aperture mass statistics
我们预测和优化各种弱透镜孔径质量（$M_{\rm ap}$）地图统计未来的宇宙剪切调查，包括峰值，空隙，和像素的完整分布（1D $M_{\rm ap}$）的宇宙学功率。这些替代方法探测物质分布的非高斯区域，在经典的两点估计中加入互补的宇宙学信息。基于SLICS和cosmo-SLICS $N$ -body模拟，我们建立了类似于欧几里得的模拟来探索$S_8 - Ω_{\rm m} - w_0$参数空间。我们开发了一种新的层析成像的形式主义，利用红移片（交叉- $M_{\rm ap}$）之间的交叉信息，除了从个别切片（自动- $M_{\rm ap}$）探测在标准的方法。我们的自动$M_{\rm ap}$预测精度与最近的文献中弱透镜峰统计，并提高了$\sim 50$ %时，包括交叉$M_{\rm ap}$。通过使用1D $M_{\rm ap}$，它的性能优于所有其他估计器，包括剪切两点相关函数（$γ$-2 PCF），进一步提高了它的性能。当考虑所有的断层摄影方面，我们的不确定性范围的结构生长参数$S_8$的$\sim 45$ %（几乎两倍更好）时，结合1D $M_{\rm ap}$和$γ$-2 PCF相比，$γ$-2 PCF单独。我们还测量了暗能量状态方程$w_0$的第一个组合预测，发现与单独的$γ$-2 PCF相比，统计误差减少了三分之一。这表明，非高斯$M_{\rm ap}$地图统计探…
2021-01-13 astro-ph.CO
The Influence of Galaxy Formation Physics on Weak Lensing Tests of General Relativity
即将到来的项目，如DES，JDEM和LSST，旨在以前所未有的精度测量弱透镜剪切相关性。弱透镜观测量对距离-红移关系和宇宙结构的增长都很敏感。如果加速宇宙膨胀的原因是广义相对论（GR）中的暗能量，那么宇宙距离和结构增长都受暗能量的性质控制。因此，人们可以使用透镜检查这种一致性和测试GR。在回顾了这种测试的现象学之后，我们解决了这样一个程序的一个主要挑战。宇宙重子成分的演化是高度不确定的，并且可以影响透镜观测，表现为固定宇宙距离尺度的修改结构增长。使用两种方法，我们可以导致拒绝零假设的GR时，它是真正的理论，如果这种不确定性在重子过程被忽略。最近的模拟表明，我们可以纠正重子效应使用参数化模型，其中的晕质量浓度关系进行了修改。与统计不确定性相比，校正使偏差变小。我们研究未来的弱透镜调查的能力，以约束晕的内部结构和测试GR的零假设的同时。与从小尺度上消除信息以减轻对重子物理学的敏感性相比，这种内部校准程序应该提供对GR偏差的限制，这是几倍的限制。具体来说，我们发现，限制广义相对论的情况下，内部校准的退化只有~30%或更少的非线性结构的完美知识的情况下相比。
2009-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Testing the dark energy with gravitational lensing statistics
我们研究了从122个系统中提取的两个早期引力透镜样品的红移分布，以约束LCDM模型中的宇宙学常数和一组替代暗能量模型（XCDM，Dvali-Gabadadze-Porrati和Ricci暗能量模型）的参数，在空间平坦的宇宙中。当考虑不包括SLACS系统（已知偏向大图像分离透镜）和无演化的样本时，$Ω_Λ= 0.70 \pm 0.09$的可能性最大，当限制图像分离大于2”和无演化的重力透镜时，$Ω_Λ= 0.81\pm 0.05$的可能性最大。在这两种情况下，解释星系演化的结果在1 $σ$内是一致的。本测试通过排除零假设（即，$Ω_Λ= 0 $）在4个以上的$σ$，无论选择的样本和假设的星系演化。通过贝叶斯信息准则对竞争世界模型进行了比较。这表明最简单的宇宙学常数模型--只有一个自由参数--仍然是引力透镜红移分布的可用数据所偏爱的。我们进行了可能的系统效应的分析，发现由于样本不完整性，星系演化和模型的不确定性的系统误差近似等于统计误差，与现今的数据。我们发现，系统误差的最大来源是动态归一化和高速截止因子，其次是速度弥散函数的弱端斜率。
2012-06-26 astro-ph.CO
Synchronize your \textit{chrono-brane}: Testing a variable brane tension model with strong gravitational lensing
本文利用早型星系与 Abell 1689 星系团的强引力透镜联合分析，检验可变膜张力模型，测得指数 n=7.8，偏离宇宙学常数情形，并给出减速参数与过渡红移，支持该模型无需额外流体即可解释晚期宇宙加速。
2024-01-12 astro-ph.CO gr-qc
Breaking degeneracies in modified gravity with higher (than 2nd) order weak-lensing statistics
广义相对论（GR）在太阳系尺度上已经得到了很好的检验，但标准引力是否仍然是最大尺度（即宇宙学尺度）上的准确描述就不那么确定了。对广义相对论的许多扩展已经被研究过，但还没有被数据排除，包括最近的直接引力波探测。标准模型（$Λ$ CDM）和改进的重力（MG）模型之间的退化，以及不同的MG参数之间的退化，必须得到解决，以便最好地利用当前和未来的调查信息，并揭示暗能量的性质。我们提出了各种高阶统计的弱透镜信号作为一组新的观测量能够打破大质量中微子和MG参数之间的简并。我们已经在所谓的$f(R)$模型上测试了我们的方法，这些模型构成了一类可行的模型，可以通过修改基本的引力相互作用来解释加速的宇宙膨胀。我们已经探索了一系列的这些模型，仍然适合当前的观测在背景和线性水平，我们使用数值模拟，其中包括大质量中微子的某些模型能够模仿$Λ$ CDM的物质密度波动的三维功率谱。我们发现，依赖于红移和观测的角度尺度，高阶弱透镜统计访问的非高斯信息可以用来打破之间的简并$f(R)$模型和$Λ$ CDM。特别是，在孔径质量图计算的峰值计数优于三阶和四阶矩。
2018-10-10 astro-ph.CO gr-qc
CSST Strong Lensing Preparation: Fast Modeling of Galaxy-Galaxy Strong Lenses in the Big Data Era
针对大数据时代海量强引力透镜数据，提出GPU加速建模工具TinyLensGPU，结合JAX和神经网络增强采样，实现快速高精度建模，显著提升效率。
2025-08-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
GIGA-Lens: Fast Bayesian Inference for Strong Gravitational Lens Modeling
我们介绍GIGA镜头：一个基于梯度信息的GPU加速贝叶斯框架，用于对强引力透镜系统进行建模，在TensorFlow和JAX中实现。这三个组件，使用多开始梯度下降的优化，变分推理的后验协方差估计，以及通过Hamiltonian Monte Carlo进行采样，都通过自动微分和图形处理单元（GPU）上的大规模并行化利用梯度信息。我们在一个大型的模拟系统上测试了我们的流水线，并详细展示了其高水平的性能。在四个Nvidia A100 GPU上对单个系统建模的平均时间为105秒。该框架所提供的鲁棒性、速度和可扩展性使得对当前调查中发现的大量强透镜进行建模成为可能，并为有望在Vera C时代发现的$\mathcal{O}(10^5)$透镜系统建模提供了非常有前途的前景。鲁宾天文台，欧几里得和南希格雷斯罗马太空望远镜。
2022-02-15 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.AP
El Gordo needs El Anzuelo: Probing the structure of cluster members with multi-band extended arcs in JWST data
本研究利用JWST多波段数据与贝叶斯可微建模框架，分析El Gordo星系团透镜化的五重成像星系，测得两主透镜质量密度斜率陡于等温分布，还发现400秒差距的源星系团块，并提醒延展弧点状特征用于透镜建模需先经延展弧验证。
2024-10-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
JAX-COSMO: An End-to-End Differentiable and GPU Accelerated Cosmology Library
本研究提出基于JAX的可微宇宙学库jax-cosmo，支持多硬件加速与自动微分，实现多种宇宙学计算的可微化，结合概率编程语言可高效执行先进贝叶斯推断，为宇宙学分析提供新工具。
2023-04-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
$\mathbf{12\times2}$pt combined probes: pipeline, neutrino mass, and data compression
本文构建基于UFalconv2与CosmoGridV1的12×2pt CMB-LSS联合分析流程，结合非高斯协方差、数据压缩和神经网络仿真，预测可变中微子质量ΛCDM约束并缓解$A_L$系统误差。
2023-12-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
GIGA-Lens 2.0: Strong-Lens Modeling on Multiple GPU Nodes
University of San Francisco（旧金山大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Complutense University of Madrid（马德里康普顿斯大学）
提出GIGA-Lens 2.0，一种支持多GPU节点的强透镜贝叶斯建模框架，在128节点/512 A100 GPU上运行，显著提升速度，并应用于100个模拟系统和一个真实系统。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
JAXtronomy: A JAX port of lenstronomy
Stony Brook University（石溪大学）；Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, CNRS and Université de Montpellier (UMR-5299)（蒙彼利埃宇宙与粒子实验室，法国国家科学研究中心和蒙彼利埃大学（UMR-5299））；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Kavli Institute for Cosmological Physics（卡弗里宇宙物理学研究所）；Independent University, Bangladesh（孟加拉独立大学）；University of Illinois（伊利诺伊大学）
本文介绍 JAXtronomy，一个基于 JAX 重新实现的引力透镜软件包 lenstronomy，通过即时编译和自动微分等技术提升性能并支持 GPU 加速。
2026-06-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Inhomogeneous Cosmology Redux
另一种解释宇宙加速膨胀所需的暗能量假设是采用非均匀宇宙学模型来解释没有暗能量的超新星数据。我们采用了一个空洞的宇宙学模型，基于爱因斯坦场方程的非齐次Lemaintre-Tolman-Bondi解。该模型可以解决$ΛCDM$模型中观测异常，如哈勃常数$H_0=73.24\pm 1.74\,{\rm km}\,{\rm s}^{-1}\,{\rm Mpc}^{-1}$的本地测量值与普朗克卫星数据和$ΛCDM$模型确定的$H_0=66.93\pm 0.62\,{\rm km}\,{\rm s}^{-1}\,{\rm Mpc}^{-1}$之间的差异，以及锂$^{7}{\rm Li}$问题，这是一个$5σ$之间的理论预测的$^{7}{\rm Li}$从大爆炸核合成和价值，我们观察到当地今天在$z=0$。空洞模型还可以解决普朗克卫星的Sunyaev-Zel'dovich效应所产生的大质量星系团数量与CMB各向异性所预期的数量之间的紧张关系，以及普朗克数据中观察到的CMB弱透镜异常。讨论了宇宙学哥白尼原理以及$ΛCDM$和空洞宇宙学模型中的时间和位置当今重合难题。
2016-08-01 astro-ph.CO gr-qc
Unveiling the Universe with Emerging Cosmological Probes
对宇宙加速膨胀的探测是现代宇宙学的重大突破之一。几个宇宙学探测器（CMB，SNe Ia，BAO）已经被深入研究，以更好地理解驱动这种加速的机制的性质，它们目前正在被推向极限，获得显着的限制，使我们能够塑造标准的宇宙学模型。然而，与此同时，最近实现的精确度百分比显示了不同方法获得的测量结果之间的明显紧张关系。这些要么表明了一些未被考虑的系统效应，要么指向了新的物理学。随着CMB、SNe和BAO宇宙学的发展，扩展我们的宇宙学探测器的选择是至关重要的。新型探针可用于验证结果，控制或减轻系统效应，最重要的是，提高结果的准确性和鲁棒性。这篇评论的目的是提供一个国家的最新进展，新兴的超越标准的宇宙学探测器的最新进展的最先进的基准。我们介绍了几种不同的方法如何成为观测宇宙学的关键资源。特别是，我们审查宇宙计时器，类星体，伽马射线暴，标准警报器，透镜时间延迟与星系和星系团，宇宙空洞，中性氢强度映射，表面亮度波动，恒星年龄的最古老的对象，长期红移漂移，和集群的标准蜡烛。该评论描述了方法，系统学，和结果，每个探头在一个同质的方式，给读者一个清晰的画面，可用的创新方法，近年来已经推出，以及如何应用它们。该评论还讨论了各种探测器之间的潜在协同作用和互补性，探索它们将如何为现代宇宙学的未来做出贡献。
2022-12-19 astro-ph.CO
Cosmology based on $f(R)$ gravity with ${\cal O}(1)$ eV sterile neutrino
我们解决了宇宙学的作用，一个额外的${\cal O}(1)$ eV无菌中微子在修改后的重力模型。我们面对目前的宇宙学数据与预测的FLRW宇宙学模型的基础上$f(R)$修改重力的作者之一以前提出的一个变种。这个可行的宇宙学模型，偏离广义相对论与宇宙学常数$Λ$减少为$R^{-2n}$的大，但不是太大的值的里奇标量$R$提供了一个替代的解释目前的暗能量和宇宙的加速膨胀。利用各种最新的宇宙学数据集包括普朗克CMB各向异性，CMB透镜势，BAO，集群质量函数和哈勃常数测量。我们发现CMB+BAO对中微子质量之和有很强的约束。这不包括$λ\sim 1$值，与$Λ$ CDM模型相比，该模型的独特宇宙学特征最为明显，因为中微子静止质量引起的扰动的自由流动阻尼不足以补偿它们在$f(R)$引力中发生的额外增长。因此，我们得到了具有聚类系统学的$λ>8.2$（PDMATHAMT）和不具有聚类系统学的PDMATHAMU（PDMATHAMT）。在后一种情况下，我们发现对于无菌中微子质量$0.47\,\,\rm{eV}$ $\,<\,$ $m_{ν,\,\rm{sterile}}$ $\,<\,$ $1\,\,\rm{eV}$（$2σ$），假设活性中微子是无质量的，并不明显大于具有相同数据集的标准$Λ$ CDM：$0.45\,\,\rm{eV}$ $\,<\,$ $m_{ν,\,\rm{sterile}}$…
2015-05-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Signatures of Modified Gravity on Linear Scales in a Dynamical Dark Energy Background
Kochi University of Technology（高知工科大学）；Universitat de Barcelona (UB)（巴塞罗那大学）
研究在动态暗能量背景中，通过参数化有效引力耦合偏离牛顿常数的可能偏离，发现为了在低红移处抑制结构增长同时符合CMB约束，修改引力效应必须出现在小于$\lambda_c \sim \mathcal{O}(10)\,\mathrm{Mpc}$的尺度上，且CPL背景在标准引力下较$Λ$CDM更受青睐，但加入修改引力效应后，CPL参数略有变化。
2026-07-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
