The LBT $Y_{\rm p}$ Project III: LUCI Spectra of Metal-Poor Nebulae
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；Gonzaga University（冈萨加大学）；Northwestern University（西北大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Indiana University（印第安纳大学）
LBT Y_p项目III利用LUCI光谱研究低金属星云，通过高精度测量HeI λ10830与Paschen-gamma比率，提高氦丰度估计的准确性，从而推断原始氦丰度Y_p。
2026-01-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Determination of the primordial helium abundance based on NGC 346 an HII region of the Small Magellanic Cloud
为了对大爆炸核合成模型施加有意义的约束，原始氦丰度的测定至关重要。低金属丰度HII区域被用来估计它，因为它们的统计不确定性相对较小。我们提出了一个新的测定原始氦丰度，根据长缝光谱的HII区NGC346的小麦哲伦云。我们使用分成97个子集的三个$409'' \times 0.51''$狭缝获得光谱。它们覆盖电磁波谱的范围$λ\lambda3600-7400$。我们使用PyNeb和标准还原程序来确定物理条件和化学组成。我们发现，对于NGC 346：$X=0.7465$，$Y=0.2505$和$Z=0.0030$。通过假设$ΔY / ΔO = 3.3\pm0.7$，我们发现原始氦丰度为$Y_{\rm P}= 0.2451 \pm 0.0026$（1 $σ$）。我们的$Y_{\rm P}$值与中微子族的值$N_ν$和实验室获得的中子半衰期$τ_{n}$一致。
2019-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The LBT $Y_{\rm p}$ Project II: MODS Spectra, Physical Conditions, and Oxygen Abundances in Local Metal-Poor Nebulae
Northwestern University（西北大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Gonzaga University（冈萨加大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Indiana University（印第安纳大学）
LBT Y_p项目II利用MODS光谱研究低金属度星云的物理条件和氧丰度，校准新的温度缩放关系以提高Y_p测量精度。
2026-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
An MCMC determination of the primordial helium abundance
在贫金属氢区的化学丰度的光谱观测提供了一个独立的方法来估计原始氦丰度。H II区由几个物理参数描述，如电子密度，电子温度和红化，除了y，氦与氢的比例。习惯上是自洽地估计或确定这些参数来计算y。频率分析的参数空间已被证明是成功的，在这些确定，和马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）技术已被证明是非常有效的采样这个参数空间。然而，精确测定原始氦丰度的H II区域的观测受到系统和统计不确定性的限制。为了更好地减少后者，并更好地表征前者，我们将MCMC方法应用于Izotov，Thuan和Stasinska（2007）最近编制的大型数据集。为了提高测定的可靠性，需要高质量的数据集。在追求这一点，各种各样的削减进行了探讨。作为一个约束的解决方案的He I 4026发射线的功效首先检查，揭示了通过它的情况下引入系统的偏见。作为对物理解质量的一个明确的度量，χ^2分析被证明有助于选择与理论模型相一致的数据。此外，该方法还允许我们排除参数估计是统计离群值的系统。因此，最终选定的数据集的可靠性和表现出改善的一致性。回归到零金属丰度得到Y_p = 0.2534 \pm 0.0083，与WMAP结果基本一致。纳入更多的观测表明有希望进一步降低不确定性，但需要更多的高质量光谱。
2011-12-16 astro-ph.CO
A 2% determination of $N_{\rm eff}$ from primordial element abundance, cosmic microwave background, and baryon acoustic oscillation measurements
Columbia University（哥伦比亚大学）
结合最新原始氦丰度数据、原始氘丰度、CMB观测和BAO数据，确定$N_{\rm eff}=2.990\pm0.070$，并约束超出三种中微子物种的额外贡献，结果与标准模型预测一致。
2026-03-20 astro-ph.CO hep-ph
Determination of HII region metallicity in the context of estimating the primordial helium abundance
原始$^4$ He丰度（Y $_p$）是大爆炸后最初几分钟内发生的原始核合成过程的关键特征之一。它的值取决于重子/光子比$η\equiv n_b/n_γ$，也对影响辐射主导时代宇宙膨胀速率的相对论自由度敏感。测定Y $_p$最常用的方法是研究位于蓝色致密矮星系（BCD）中的缺金属HII区。本文详细讨论了在Y $_p$分析中确定HII区金属丰度的各种方法。我们发现，在方法中使用的一些程序导致金属丰度估计和低估其不确定性的偏见。我们提出了一种改进的方法，金属丰度的测定，以及一个额外的标准选择对象。我们已经选择了69个对象（26个对象具有高质量的光谱从HeBCD + NIR数据库和43个对象从SDSS目录），我们估计Y和O/H使用所提出的方法。我们估计了Y $_p=0.2470\pm0.0020$，这是迄今为止获得的最准确的估计之一。它与原始核合成数值模拟结果得到的Y值$_p=0.2470\pm0.0002$和从CMB各向异性分析（普朗克任务）中得到的$Ω_b$值进行比较，是研究标准宇宙学模型自洽性的重要工具（这些估计之间可能存在的差异可能是新物理学的指标）。所提出的方法的应用允许人们更正确地估计Y $_p$和斜率$d$ Y/$d$（O/H）。进一步分析SDSS目录中的数据可以显著增加回归分析对象的统计数据，这反过来又可以改进Y $_p$估计值。
2022-01-17 astro-ph.CO
Measurements of 4He in Metal-Poor Extragalactic HII Regions: the Primordial Helium Abundance and the Delta Y / Delta O Ratio
本文根据河外HII区氢氦复合线的研究，对原始氦丰度Yp的测定进行了综述。我们还讨论了观测测定的增加氦增加的氧的质量Δ Y /Δ O，并比较它们与预测的基础上的模型的银河系化学演化。
2009-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Bayesian direct method implementation to fit emission line spectra: Application to the primordial He abundance determination
本文提出了一种贝叶斯算法来拟合年轻星团光电离气体的复合谱和碰撞激发谱。目前的模型包括14个维度：两个电子温度，一个电子密度，消光系数，光学深度的$HeI$复合线和9个离子物种。结果是在非常好的协议与以前发表的使用传统的方法。选择概率编程库PyMC 3通过NUTs采样器探索参数空间。这些机器学习工具提供了出色的收敛质量和速度。用氧、氮和硫进行多变量回归，测得原始氦的丰度为$Y_{P,\,O-N-S}=0.243\pm0.005$，与标准的大爆炸情景一致。
2019-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Primordial Deuterium after LUNA: concordances and error budget
准确评价核反应速率和相应的不确定度是精确测定轻核素原生丰度的必要条件。LUNA合作组最近对D（p，gamma）3 He辐射俘获截面的测量误差约为3%，这是改进早期宇宙中氘产生的理论预测的重要一步。鉴于这一最近的结果，我们在本文中提出了一个全面的分析，其中包括一个新的关键的研究的影响，其他两个主要过程的氘燃烧，即氘-氘转移反应，D（d，p）3 H和D（d，n）3 He。特别是，重点是给实验数据的统计分析方法，定量研究的理论不确定性，并在最近的文献中提出的类似研究的比较。然后，我们讨论了我们的研究的一致性的原始核合成阶段与普朗克实验结果的重子密度Ω H2和中微子参数Neff的有效数的影响，作为假设值的4 He质量分数Yp。在LUNA的结果之后，氘的值被相当精确地固定，并且指向与普朗克结果非常一致的重子密度值，包括氦的组合分析导致了两种可能的情况，对Omegab h2和Neff有不同的预测。我们认为，新的实验结果的系统学和确定的Yp将是非常重要的，在评估的整体一致性的标准宇宙学模型。
2020-11-23 astro-ph.CO hep-ph
A new determination of the primordial helium abundance using the analyses of HII region spectra from SDSS
原始氦丰度$Y_p$的精确测量是对早期宇宙的有力探测。确定$Y_p$最常用的方法是分析在蓝色致密矮星系中发现的贫金属\HII区域的观测结果。本文介绍了从斯隆数字巡天收集的100个\HII区域的光谱样品。最终分析的样本包括我们的样本和Izotov等人2007年的HeBCD数据库。我们使用自洽的程序来确定物理条件，目前的氦丰度，和金属丰度的\HII地区。从回归到零金属丰度，我们得到了$Y_p = 0.2462 \pm 0.0022$，这是迄今为止用这种方法得到的最严格的约束之一，并且与普朗克结果$Y_{\rm p}^{\it {Planck}} = 0.2471 \pm 0.0003$很好地一致。使用从粒子数据组（Zyla et al. 2020）中获得的$Y_p$和原始氘丰度的测定值，我们对中微子物质$N_{\rm eff} = 2.95 \pm 0.16$的有效数量进行了限制，这与普朗克的$N_{\rm eff} = 2.99 \pm 0.17$一致。统计的进一步增加可能使我们能够达到普朗克精度，这反过来又将成为研究标准宇宙学模型和/或物理学的自洽性的强大工具。
2021-02-18 astro-ph.CO
The primordial helium abundance and the number of neutrino families
基于对HII区的观测和Porter等人（2013）对He I线复合系数的新计算，我们获得了原始氦的质量丰度为$Y_P = 0.2446\pm0.0029$。我们考虑了$Y_P$测定的13个误差来源，其中一些主要是由于系统效应，而其余的主要是由于统计效应。我们将我们的结果与文献中存在的其他$Y_P$测定结果进行比较。结合我们的$Y_P$值与原始核合成的计算，我们发现了一些中微子物种$N_{eff} = 2.90\pm0.22$，和中子平均寿命$τ_ν = 872\pm14(s)$。
2016-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
One percent determination of the primordial deuterium abundance
我们报告了一个近原始的吸收系统，位于红移z_abs=2.52564的类星体Q1243+307，根据档案和新的数据相结合的基础上获得的HIRES阶梯光栅光谱仪的凯克望远镜。这个吸收系统的氧丰度[O/H]=-2.769+/-0.028（太阳丰度的约1/600），是目前已知的最低金属丰度的系统之一，可以精确测量氘丰度。基于八条D I吸收线，我们对该系统的详细分析得出结论，该气体云的氘丰度为log_10（D/H）= -4.622+/-0.015，这与Kirkman等人（2003）先前报道的结果非常一致，但该单次测量的精度提高了约3.5倍。结合这个新的估计和我们以前的六个高精度和均匀分析的D/H测量样本，我们推断原始氘丰度为log_10（D/H）_P = -4.5974+/-0.0052，或者，用线性量表示，（D/H）_P =（2.527+/-0.030 x10 ^-5;该值相当于原始氘丰度的1%。将我们的结果与使用最新核物理输入的BBN计算相结合，我们发现来自BBN的重子密度与来自普朗克CMB数据的最新结果在2 σ内一致。
2018-03-26 astro-ph.CO astro-ph.GA nucl-th
Measurement of the primordial helium abundance from the intergalactic medium
宇宙中几乎每一个氦原子都是在大爆炸后几分钟通过通常被称为大爆炸核合成的过程产生的。在大爆炸核合成过程中产生的氦的数量是由粒子物理学和宇宙学的结合决定的。目前，对原始氦丰度（Y_P）的主要测量方法是基于贫金属星系恒星形成区的H I和He I发射线的相对强度。随着这些测量的统计误差的改善，有必要通过开发独立的技术来测试系统学。在这里，我们报告的第一个确定的原始氦丰度的基础上，一个接近原始的星系际气体云，被认为是在吸收对光的背景类星体。这个气体云是在宇宙只有现在年龄的三分之一（z_abs = 1.724）时观测到的，它的金属含量比太阳少约100倍，比目前已知的最缺乏金属的H II区域少约30%，在那里可以确定原始氦的丰度。结果表明，该星系际气体云的氦丰度为Y = 0.250^{+0.033}-0.025}，与标准模型的原始值Y_P = 0.24672 +/- 0.00017相一致。我们对原始氦丰度的测定还不如使用贫金属星系获得的精确，但我们的方法有可能在大爆炸核合成过程中提供一个超越标准模型的有竞争力的物理测试。
2018-10-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
A new determination of the primordial He abundance using the HeI 10830A emission line: cosmological implications
本研究利用HeI 10830Å发射线结合光学光谱数据，更精准地测定低金属性HII区的原初氦丰度，发现其值高于标准大爆炸核合成模型预测，支持存在额外中微子种类的非标准宇宙学模型。
2014-08-29 astro-ph.CO
The primordial helium abundance from updated emissivities
对河外贫金属H Ⅱ区的观测可以确定原始氦丰度Y_p，He Ⅰ发射率是H Ⅱ区发射模型的基础。Porter，Ferland，Storey和Detisch（2012）最近发表了基于改进的光电离截面的He I发射率更新。我们结合这些新的原子数据，并更新我们最近对Izotov，Thuan和Stasinska（2007）发表的数据集的马尔可夫链蒙特卡罗分析。和以前一样，为了提高质量和可靠性，进行了削减，并且只有在95%置信水平内拟合数据的解决方案才用于确定原始He丰度。先前合格的数据集几乎完全保留，并且物理参数之间具有很强的一致性。总体而言，从新的发射率向上的偏差导致Y_p的减少。此外，我们发现一个总的趋势，在个别对象（由于发射率的变化）和增加的方差（由于包括额外的对象）更大的不确定性。从回归到零金属丰度，我们确定Y_p = 0.2465 +/- 0.0097，与普朗克的结果Y_p = 0.2485 +/- 0.0002很好地一致。在未来，更好地理解为什么大部分光谱不能很好地拟合模型将是至关重要的，以实现提高原始氦丰度测定的精度。
2013-08-30 astro-ph.CO
Fifty years of primordial helium abundances: A statistical reanalysis
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali（印度科学教育研究所）；Macquarie University（麦考瑞大学）；International Space Science Institute–Beijing（国际空间科学研究所北京分部）；Università di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；INAF, Rome Astronomical Observatory（意大利国家天体物理研究所罗马天文台）
通过统计再分析1960年代末至2022年间发表的143个原始氦质量分数$Y_\mathrm{p}$测量值，发现长期收敛趋势及两个显著变化点，并揭示多数河外H{\sc ii}区测量并非完全独立，强调了数据依赖性和方法同质性对综合测量的影响。
2026-06-02 astro-ph.CO
Primordial nucleosynthesis constraints on high-z energy releases
宇宙微波背景辐射（CMB）谱提供了对宇宙热历史的严格限制，直到$z \sim 2\times 10^6$。在更高的红移，热化过程变得非常有效，以至于即使是大的能量释放也不会在CMB光谱中留下可见的印记。在本文中，我们表明，在原始核合成和在电子-光子退耦的比熵的准确测定之间的一致性意味着不超过7.8%的今天CMB能量密度可以被释放在后核合成时代。正如先前的研究所指出的，原始核合成补充了CMB谱提供的模型独立约束，将它们在红移上扩展了两个数量级。
2020-10-13 astro-ph.CO
Featuring the primordial power spectrum: new constraints on interrupted slow-roll from CMB and LRG data
利用WMAP，ACT和SPT实验的最新数据，我们更新了标量扰动的原始功率谱中具有振荡特征的模型的约束条件。这种特征可能出现在慢卷被打断的暴胀模型中，比如多场模型。我们还得到的情况下，除了宇宙微波观测的限制，我们还考虑从第七SDSS目录的发光的红色星系的光谱数据，和SNIa联盟汇编2数据。我们发现：（i）考虑具有原始功率谱特征的模型，与无特征的“vanilla”LCDM模型相比，与数据的一致性提高了Delta（chi ^2）~ 7;（ii）当包含特征时，标准参数确定的不确定性没有降低;（iii）特征模型的最佳拟合将原始光谱中的阶跃定位在尺度k ~ 0.005 Mpc^-1处，对应于WMAP 7数据中在ell=22和ell=40处的异常值所在的尺度。(iv)在较小尺度下的似然性中存在一个明显的峰值，尽管统计上不太显著，但其Delta（chi ^2）约为3.5，其存在可能与WMAP 7偏好标量光谱指数参数的负值有关;（v）纳入LRG-7数据不会显著改变最佳拟合模型，但可以更好地限制振荡幅度。
2012-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Toward the primordial black hole formation threshold in a time-dependent equation-of-state background
研究原初黑洞（PBH）引力坍缩过程需要确定一个临界能量密度扰动阈值$δ_\mathrm{c}$，它依赖于PBH形成时宇宙的状态方程。到目前为止，大多数的分析和数值计算技术计算$δ_\mathrm{c}$通过假设一个恒定的状态方程（EoS）参数$w$在PBH形成的时间。在这项工作中，在推广了[1]的用于计算$δ_\mathrm{c}$的常数$w$处方并评论了其局限性之后，我们给出了在时间依赖的$w$背景的情况下PBH阈值的第一估计。特别是，我们适用于我们的形式主义的情况下，QCD相变，EoS参数随时间变化显着，人们期望增强PBH生产由于突然软化的$w$。最后，我们比较了我们的结果与解析和数值方法的确定$δ_\mathrm{c}$假设一个恒定的EoS参数。
2022-08-26 astro-ph.CO gr-qc
A numerical study of the effects of primordial non-Gaussianities on weak lensing statistics
虽然通常宇宙学的初始条件被假设为高斯，但暴胀理论可以预测一定数量的原始非高斯性，这可能会对透镜观测的统计特性产生影响。为了评估这种效果，我们建立了一个大的现实地图的不同的透镜量从光锥提取的大型暗物质只有N体模拟与初始条件对应于不同级别的原始本地非高斯强度$f_{\rm NL}$。考虑到各种统计量（PDF，功率谱，剪切孔径，偏度和双谱），我们发现，由原始非高斯的存在所产生的影响是相对较小的，是百分之几的顺序与目前的CMB约束兼容的$|f_{\rm NL}|$值和达到最多百分之10-15的最极端的情况下，与$|f_{\rm NL}|=1000$。我们还讨论了这种效果的退化与由于功率谱归一化$σ_8$和物质密度参数$Ω_{\rm m}$的不确定性，发现在$σ_8$（$Ω_{\rm m}$）的测定误差约为3（10）%，给出了与非高斯模型具有$f_{\rm NL}=\pm 1000$的差异。这些结果表明，对应于$|f_{\rm NL}|=100$的原始非高斯性的可能存在并不妨碍在当前和未来的弱透镜巡天中对主要宇宙学参数的鲁棒确定，而对高斯假设的偏差的积极检测只有打破与其他宇宙学参数的简并性并使用覆盖大部分天空的深度巡天数据才有可能。
2013-01-16 astro-ph.CO
A New Precise Determination of the Primordial Abundance of Deuterium: Measurement in the metal-poor sub-DLA system at z=3.42 towards quasar J1332+0052
研究利用 VLT/UVES 与 Keck/HIRES 高分辨光谱测量 z=3.42 贫金属亚 DLA 系统的 D/H，更新原初氘丰度并发现其与标准模型预期约 2.2σ 的张力。
2024-01-23 astro-ph.CO
A generic $ω_b$ tension in early-time solutions to the Hubble tension
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）
本文研究了早期时间解对哈勃张力的影响，发现其普遍增加偏好质子密度$ω_b$，与大爆炸核合成矛盾，现有分析与BBN结果冲突，加入氘素likelihood组件后，两种模型无法恢复高$H_0$，且CMB等数据拟合更差。
2026-09-07 astro-ph.CO hep-ph
Primordial 4He abundance: a determination based on the largest sample of HII regions with a methodology tested on model HII regions
本研究验证并改进了4He丰度测定的经验方法，基于迄今最大的低金属性河外HII区样本推导原初4He丰度，发现其高于标准大爆炸核合成预测，暗示可能存在额外中微子，并给出了相关宇宙学参数约束。
2013-08-09 astro-ph.CO
Implications for Primordial Non-Gaussianity (f_NL) from weak lensing masses of high-z galaxy clusters
最近对高红移星系团XMMUJ 2235.3 -2557暗物质质量的弱透镜测量表明，在z=1.4时，如果假设该星系团是暗物质在标准LCDM模型中的原始高斯场中坍缩的结果，那么< 0.002 clusters in the observed area. Here we investigate how to boost the probability of XMMUJ2235.3-2557 in particular resorting to deviations from Gaussian initial conditions. We show that this abundance can be boosted by factors >如果非高斯参数f^local_NL在150-200的范围内，它的丰度应该是3-10。该值与通过CMB的电流约束获得的f_NL的限值相当。我们的结论是，质量测定高红移，大质量的集群可以提供一个补充探针的原始非高斯性。
2009-09-02 astro-ph.CO
A new, precise measurement of the primordial abundance of Deuterium
类星体SDSSJ 1419 +0829中z = 3.04984的贫金属阻尼莱曼α（DLA）系统具有精确测定氘原始丰度的接近理想的性质，（D/H）_p的最佳拟合值。我们用专门设计的软件分析了该物体的高质量光谱，并对影响测定的随机误差和系统误差进行了综合评定。我们发现（D/H）_DLA =（2.535 +/-0.05）× 10^（-5），这意味着Omega_b h^2 = 0.0223 +/-0.0009，与从宇宙微波背景的角功率谱推导出的Omega_b h^2（CMB）= 0.0222 +/-0.0004非常一致。如果这个DLA中的值确实是大爆炸核合成（BBN）产生的真实的（D/H）_p，那么就没有必要调用非标准物理学，也没有必要提前测量D来将Omega_b h^2（BBN）和Omega_b h^2（CMB）结合在一起。文献中报道的（D/H）_p值之间的分散性可能主要是由于未考虑的系统误差和偏差。要在这一领域取得进一步进展，就需要有一套类似于本报告所述的数据，并以自洽的方式加以分析。这样的努力，虽然观测要求，有可能提高我们对BBN物理学的理解，包括相关的核反应，以及随后的处理4 He和7 Li通过恒星。
2012-07-06 astro-ph.CO
EMPRESS. XV. A New Determination of the Primordial Helium Abundance Suggesting a Moderately Low $Y_\mathrm{P}$ Value
Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；Department of Physics, Graduate School of Science, The University of Tokyo（东京大学理学研究科物理学系）；National Astronomical Observatory of Japan, National Institutes of Natural Sciences（日本国立天文台，国立自然科学研究院）；Department of Astronomical Science, SOKENDAI (The Graduate University for Advanced Studies)（SOKENDAI（ advanced studies研究生院）天体科学系）；Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), University of Tokyo（东京大学 Kavli宇宙物理数学研究所 (WPI)）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理学系）
基于Subaru观测，新确定原始氦丰度$Y_P$值可能较低，通过分析29个星系的氦氢比，结合现有光学光谱，得出$Y_P=0.2402^{+0.0040}_{-0.0040}$，显示与标准模型存在轻微矛盾，可能暗示非零轻子不对称性。
2026-07-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial helium-3 redux: The helium isotope ratio of the Orion nebula
我们报告了氦同位素比的第一次直接测量，3 He/4 He，在本地星际云之外，作为科学验证观测的一部分，使用升级后的CRIRES。我们对3 He/4 He的测定是基于猎户座星云中Tet 02 Ori A的亚稳态HeI* 吸收。我们测量到的3 He/4 He值=（1.77+/-0.13 x10 ^{-4}），仅比这些同位素的原始相对丰度高出约40%，假设粒子物理学和宇宙学的标准模型为（3 He/4 He）_p =（1.257+/-0.017 x10 ^{-4}）。我们使用Limongi & Chieffi（2018）对质量范围M=8-100 M_sun的恒星和Lagarde（2011，2012）对M=0.8-8 M_sun的恒星的产额，计算了一套银河系化学演化模拟，以研究这些同位素在银河系中的积累。我们发现，如果计算初始化为原始比率（3 He/4 He）_p=（1.043+/-0.089 x10 ^-4），这些模拟可以同时再现猎户座和原太阳的3 He/4 He值。即使引用的误差不包括模型的不确定性，该测定与标准模型值在~ 2 sigma范围内一致。我们还利用当今银河系氘（D/H）、氦（He/H）和3 He/4 He的丰度来推断原始3 He丰度的经验极限，即（3 He/H）_p <（1.09+/-0.18 x 10 ^-5），这也与标准模型的值一致。我们指出，在不破坏三种原始元素比（D/…
2022-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fundamental physics with ESPRESSO: a new determination of the D/H ratio towards PKS1937-101
利用ESPRESSO高分辨率光谱数据，在红移3.572的类星体吸收系统中精确测定原初氘丰度，得到D/H比值，与现有最精确测量一致，并识别出低柱密度导致的建模不确定性为主要误差来源。
2024-02-08 astro-ph.CO
EMPRESS. VIII. A New Determination of Primordial He Abundance with Extremely Metal-Poor Galaxies: A Suggestion of the Lepton Asymmetry and Implications for the Hubble Tension
原始氦丰度$Y_\mathrm{P}$是宇宙学的有力探测器。目前，$Y_\mathrm{P}$最好是通过对贫金属星系的观测来确定，而只有少数已知的本地极端贫金属（$<0.1 Z_\odot$）星系（EMPGs）具有可靠的He/H测量与HeI $λ$ 10830近红外（NIR）发射。在这里，我们提出了深斯巴鲁近红外光谱的10个EMPG。结合已有的光学数据，用马尔可夫链蒙特卡罗算法可靠地计算了10个EMPG中5个的He/H值。将已有的3个EMPG和51个中等贫金属（$0.1-0.4 Z_\odot$）星系与可靠的He/H估计相加，在$\mathrm{(He/H)}-\mathrm{(O/H)}$平面上通过线性回归得到$Y_\mathrm{P}=0.2370^{+0.0034}_{-0.0033}$，其中我们将EMPG的数目从3个增加到8个，锚定星系中最贫金属气体的He/H。虽然我们的$Y_\mathrm{P}$测量和以前的测量是一致的，但由于我们的EMPG，我们的结果（$\sim 1σ$）略小。通过我们的$Y_\mathrm{P}$和现有的原始氘$D_\mathrm{P}$测量，我们限制了中微子物质$N_\mathrm{eff}$的有效数量和重子与光子的比率$η$，显示了标准模型和普朗克合作组织等人的$\gtrsim 1-2σ$张力。受张力的影响，我们允许电子中微子$ξ_e$的简并参数…
2022-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Inside the Black Box of Big Bang Nucleosynthesis: A Comprehensive Sensitivity Atlas for the Precision Era
Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学宇宙科学研究所）
本文研究了大爆炸核合成中氦-4、氘和锂-7以及N_eff对14个基本粒子物理和宇宙学参数及63个热核反应速率的敏感性，结合最新LBT数据评估理论不确定性。
2026-08-03 astro-ph.CO hep-ph
The primordial abundance of 4He: evidence for non-standard big bang nucleosynthesis
我们提出了一个新的测定的原始氦的质量分数Yp，基于93光谱的86低金属丰度河外HII地区，并考虑到最新的发展有关的系统效应。这些包括碰撞和荧光增强的氦复合线，底层氦恒星吸收线，碰撞和荧光激发的氢线和温度和电离结构的HII区域。用Monte Carlo方法同时求解上述系统效应，我们发现最佳值为Yp=0.2565+/-0.0010（stat.）+/- 0.0050（系统）。这个值在2西格玛水平上高于标准大爆炸核合成（SBBN）给出的值，当中子寿命τ（n）分别为885.4+/-0.9 s和878.5+/-0.9 s时，轻中微子种类的有效数Nnu分别为3.68^+0.80_-0.70（2 σ）和3.80^+0.80_-0.70（2 σ）/-0.8s，即大于实验值2.993+/-0.011。
2010-01-25 astro-ph.CO
Big-Bang Nucleosynthesis
对宇宙核合成的现状进行了评述。在三种相对论中微子的标准模型框架下，重子-光子比$η$对应于氘和氦-4的原始丰度，这与由宇宙微波背景各向异性观测独立确定的$η$是一致的.然而，从观测中推断的锂-7的原始丰度明显低于其预期值。考虑到丰度估计中的系统不确定性，在95% CL（对应于宇宙学重子密度$Ω_B h^2 = 0.021 - 0.025$）的范围$η= (5.7-6.7)\times 10^{-10}$中存在总体一致性。D和He-4丰度与CMB测定的$η$相结合，提供了中微子种类有效数的结合$N_ν=3.28 \pm 0.28$。对新物理学的其他限制也作了简要的讨论。
2014-12-03 astro-ph.CO
Improved BBN Constraints on the Variation of the Gravitational Constant
大爆炸核合成（BBN）对宇宙膨胀率非常敏感。如果引力常量$G$在核合成时期的值与今天不同，那么轻元素的原始丰度就会受到影响。在这项工作中，我们改进了这种变化的界限，使用最近的原始元素丰度的测定，更新的核和弱反应速率和观测的宇宙微波背景（CMB）。当结合测量的丰度和普朗克的CMB观测的重子密度，我们发现$G_\mathrm{BBN}/G_0 = 0.99^{+0.06}_{-0.05}$在$2σ$的置信水平。如果$G$随时间的变化是线性的，我们发现$\dot{G}/G_0 = 0.7^{+3.8}_{-4.3}\times 10^{-12} \, \mathrm{yr}^{-1}$，也是在$2σ$。这些边界是显着强于以前的原始核合成研究，并与CMB，恒星，太阳系，月球激光测距，脉冲星定时和引力波的限制。
2020-02-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Astroparticle Constraints from Cosmic Reionization and Primordial Galaxy Formation
我们推导出不同的暗物质替代冷暗物质（CDM）的方案中的天体粒子约束：热遗迹暖暗物质，WDM;模糊暗物质，$ψ$ DM;自相互作用暗物质，SIDM;无菌中微子暗物质，$ν$ DM。我们的框架是基于更新的确定的高红移紫外光光度函数的原始星系的红移$z\sim 10$，在上述DM方案的数值模拟红移依赖的晕质量函数，和强大的约束宇宙的再电离历史，从最近的天体物理和宇宙学数据集。首先，我们建立了一个宇宙再电离的经验模型，其特征在于由两个参数，即逃逸分数$f_{\rm esc}$的电离光子从原始星系，和极限UV幅度$M_{\rm UV}^{\rm lim}$下，外推的UV光度函数急剧增加。其次，我们执行UV光度函数和晕质量函数的标准丰度匹配，获得UV光度和晕质量之间的关系，其形状取决于每个DM场景特定的天体粒子数量$X$（例如，WDM粒子质量）;我们利用这样的关系，在分析中引入了一个限制，从原始星系形成，在阈值晕质量方面，超过原始星系可以有效地形成恒星。第三，我们实现了顺序更新的Bayesian MCMC技术，对三个参数$f_{\rm esc}$、$M_{\rm UV}^{\rm lim}$、$X$进行联合推断，并比较不同DM场景对再电离历史的结果。最后，我们强调了我们的天体粒子估计的相关性，在预测的行为的高红移紫外光度函数在微弱的，但未探索的幅度，可能会测试的詹姆斯韦伯太空望远镜的出现。
2022-09-12 astro-ph.CO
An analysis of constraints on relativistic species from primordial nucleosynthesis and the cosmic microwave background
我们提出的限制相对论物种的数量从联合分析的宇宙微波背景（CMB）的波动和轻元素丰度（氦和氘）相比，大爆炸核合成（BBN）的预测。我们的BBN计算包括根据最近的实验和理论信息对核速率的更新，其中最显著的变化发生在d（p，gamma）^3He的截面。我们计算BBN理论和观测的似然函数，占观测误差和核速率的不确定性，可以很容易地嵌入宇宙学参数拟合。然后，我们表明，CMB和BBN是在很好的协议，这表明相对论物种的数量没有改变的时间之间的BBN和重组的时间。BBN和CMB之间的一致性水平，以及与粒子物理学标准模型的一致性，在某种程度上取决于原始氦丰度测定之间的系统差异。我们表明，有趣的约束可以得出相结合的CMB和D/H观测与BBN理论，这表明改进的D/H约束将是一个非常有价值的宇宙学探测。
2011-12-12 astro-ph.CO nucl-th
Primordial Helium And the Cosmic Background Radiation
原始核合成的产物和宇宙微波背景（CMB）光子是宇宙早期演化的遗迹，它们的观测探索了宇宙学的标准模型，并为宇宙学和粒子物理学的标准模型之外的新物理学提供了窗口。在标准的热大爆炸宇宙学中，早在任何恒星形成之前，宇宙中重子质量的很大一部分（~25%）就应该是氦-4核的形式。由于目前的4 He观测仅限于恒星核合成发生的低红移区域，因此对高红移的星前4 He的观测将构成对热大爆炸宇宙学的基本测试。在复合时，在大爆炸核合成（BBN）结束很久之后，CMB上的温度各向异性谱取决于4 He丰度，通过其与电子密度的联系以及电子密度对Silk阻尼的影响。由于4 He的残余丰度对重子的普遍密度相对不敏感，但对非标准的早期宇宙膨胀率敏感，因此4 He的原始质量分数Yp提供了对BBN和CMB的标准模型的一致性的测试，并提供了对非标准物理的约束。在这里，WMAP七年的数据（补充其他CMB实验），这导致在高红移Yp的间接测定，进行比较的BBN预测和独立的，直接的观测4 He在低红移，河外HII地区。目前，由于CMB测定的原始4 He丰度（以及从H II区观测推断的氦丰度）存在很大的不确定性，BBN预测和CMB观测之间的任何差异都很小，在< 1.5 sigma的水平。
2010-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Inflationary Freedom and Cosmological Neutrino Constraints
中微子绝对质量尺度上最严格的界限来自宇宙学数据。这些界限之所以成为可能，是因为大量的遗迹中微子影响宇宙的膨胀历史，并导致在小于相关自由流长度的尺度上抑制物质聚集。然而，由此产生的对宇宙学扰动的影响是相对于由暴胀引起的密度扰动的原初功率谱的，因此原初功率谱中的自由度影响中微子质量约束。利用对宇宙微波背景、星系功率谱和哈勃常数的测量，我们约束了中微子的质量和种类数，得到了一个与模型无关的原初功率谱。用一个20节点的样条函数来描述原始功率谱，我们发现，如果只使用CMB数据，中微子质量上限比采用幂律形式时弱三倍。原始功率谱本身在波矢量范围$k \approx 0.01 - 0.25$ Mpc $^{-1}$中被限制为优于10%。星系团数据和哈勃常数的测定在控制暴胀自由度对中微子约束的影响方面起着关键作用。两者的加入消除了中微子质量束缚的暴胀自由退化，给出了中微子质量之和$Σm_ν< 0.18$ eV（在95%置信水平下，普朗克+BOSS+ $H_0$），近似独立于假设的原始功率谱模型。当允许一个自由的有效数量的物种，$N_{eff}$，$Σm_ν$和$N_{eff}$的联合约束放松了因子1.7时，原始功率谱的幂律形式被放弃，有利于样条参数化。
2014-04-04 astro-ph.CO
Exploring Early and Late Cosmology with Next Generation Surveys
暴胀引起的微扰演化为宇宙晚期的大尺度结构，并编码了丰富的宇宙结构形成物理。我们允许自由的原始功率谱，而不是假设幂律尺度依赖，研究其对宇宙学参数测定的影响。结合不同年代的宇宙微波背景（CMB）数据和星系红移巡天数据，研究了重建原初曲率扰动功率谱和晚期宇宙学的约束条件，特别是中微子质量之和.我们量化了CMB和星系巡天中的每一代如何提供显着的改进，通常是几个因素。通过使用CMB偏振信息在一个广泛的角度尺度，和星系的红移数据在许多箱的红移，可以允许膨胀的自由和仍然限制参数的假设幂律依赖。原始功率谱可以在十几个波数箱中以亚百分比水平重建，同时将中微子质量之和拟合为14 meV。
2020-05-09 astro-ph.CO
Galaxy bispectrum, primordial non-Gaussianity and redshift space distortions
对原初密度场的非高斯性的测量有能力大大提高我们对暴胀物理学的理解。事实上，如果我们能将电流测量的精度提高一个数量级，零检测将排除许多类产生原始波动的情况。大规模的星系红移测量代表了有望实现这一目标的实验。因此，我们模拟的星系双谱和预测的精度，它将探测参数$f_{\rm NL}$，这代表了原始本地型非高斯的程度。具体来说，我们解决的问题，包括$f_{\rm NL}$的树级星系双谱的红移空间失真（RSD）建模。我们发现了与RSD相关的新贡献，以及局部型非高斯性引起的特征性大规模放大。这些RSD的影响必须得到适当的考虑，以获得无偏测量$f_{\rm NL}$从星系双谱。我们提出了一个分析模板，可用于适应大规模的数据，扩展模型中使用的最近的测量。最后，我们进行理想化的预测$σ_{f_{\rm NL}}$ -本地非线性参数$f_{\rm NL}$的确定的准确性-从测量的星系双谱。我们的研究结果表明，目前的调查可以在原则上提供$f_{\rm NL}$约束普朗克竞争，未来的调查可以进一步改善他们。
2016-05-31 astro-ph.CO hep-th
Determination of Polarization Angles in CMB Experiments and Application to CMB Component Separation Analyses
新一代CMB偏振实验将达到以前从未达到的灵敏度极限，以检测原始B模式信号。然而，如果我们缺乏对系统学的严格控制，所有这些努力都将是徒劳的。在这里，我们专注于系统的偏振角校准的不确定性所产生的。误校准的偏振角引起E模式和B模式的混合，这模糊了原始B模式信号。本文提出了一种基于迭代角功率谱极大似然的方法来计算多频信号的极化角。该方法的基础是使EB功率谱归零。为了简化似然性，我们假设旋转角度很小（<6度），并且通过应用迭代过程来获得旋转角度的极大似然解，其中协方差矩阵不依赖于每次迭代的角度，即，旋转角度固定到先前迭代中的估计角度。有了这些假设，我们得到一个分析的线性系统，导致一个非常快速的计算实现。我们表明，用这种方法，我们能够确定每个频率的旋转角度具有足够好的精度。为了证明后一点，我们进行组件分离分析，使用参数组件分离方法B-SeCRET与两种不同的方法。在第一种方法中，我们将B-SeCRET流水线应用于利用角度估计进行反旋转的信号，而在第二种方法中，使用角度估计作为先验信息，将旋转角度视为模型参数。我们得到的旋转角度估计后，应用第二种方法，并表明，由于非零校准偏振角的系统残差减轻到1%的顺序在功率谱水平。
2021-10-27 astro-ph.CO
Beyond the Standard cosmological model with CMB
CMB各向异性的测量以及最近的偏振测量在宇宙学中起着非常重要的作用。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-在一个平坦的、统计各向同性的宇宙中存在“因果”相关的、绝热的、原始的扰动。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，重力不稳定性是这些初始扰动形成结构的既定机制。原始微扰观测到的CMB各向异性和极化是最令人信服的证据，新的，可能是基本的，在早期宇宙的物理。目前，科学界正在超越“标准”模型的参数估计，寻找早期宇宙物理学的微妙特征。
2011-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The primordial deuterium abundance of the most metal-poor damped Lyman-alpha system
我们报道了目前已知的最贫金属的阻尼莱曼α（DLA）系统的发现和分析，它也显示中性氘的莱曼系吸收线。该系统的平均[O/H]丰度为[O/H] = -2.804 +/- 0.015，其包括[O/H] = -3.07 +/- 0.03的吸收组分。尽管不幸的混合许多弱的DI吸收线，我们报告一个精确的测量该系统的氘丰度。使用六个最高质量和自洽的分析措施D/H的DLAs，我们报告了一个微妙的D/H减少金属丰度增加的初步证据。这一趋势必须通过未来跨越金属丰度范围的高精度D/H测量来证实。这六个独立测量值的加权平均值提供了我们对氘原始丰度的最佳估计，10^5（D/H）_P = 2.547 +/- 0.033（log_10（D/H）_P = -4.5940 +/- 0.0056）。我们进行了一系列详细的大爆炸核合成（BBN）的Monte Carlo计算，其中包括几个关键的核截面的最新测定，并传播其相关的不确定性。如果我们采用d（p，gamma）3 He反应速率的最新理论测定，将我们对（D/H）_P的测量与这些BBN计算相结合，得到宇宙重子密度的估计值：100 Omega_B，0 h^2（BBN）= 2.156 +/- 0.020。这个Ω_B，0 h^2的测量值与根据普朗克对宇宙微波背景的观测所估算的标准模型值相差约2.3 σ。使用基于最佳实验截面数据的d（p，gamma）3 He反应速率，我们估计10…
2016-07-13 astro-ph.CO astro-ph.GA nucl-th
A robust upper limit on N_eff from BBN, circa 2011
我们在这里推导出一个强大的约束的有效中微子数的原始核合成产率的氘和氦的约束。特别是，我们的结果是基于非常弱的假设上的氦丰度的天体物理测定，即恒星加工的最小影响是保持恒定（而不是增加，如预期）的氦含量的低金属气体。利用最近对河外HII区的分析结果作为上限，我们发现在95% C. L.时Δ Neff<= 1，完全独立于来自宇宙微波背景各向异性数据的重子密度测量和中子寿命输入。在我们的方法中，我们还发现，原始核合成本身没有显着的偏好，有效的中微子数大于标准值。因此，文献中有时报道的~2 σ提示仅由CMB数据驱动和/或由可疑的回归协议推断原始氦丰度的测量结果。
2011-06-10 astro-ph.CO
Constraints from big bang nucleosynthesis and cosmological observations on varying Higgs vacuum expectation value
Beihang University（北京航空航天大学）；Institute for Basic Science（基础科学研究院）；Peking University（北京大学）
该研究通过分析希格斯真空期望值变化对核合成速率的影响，发现提高1.58%可调和轻元素丰度观测与CMB约束，0.2%提升可部分缓解宇宙锂问题。
2026-10-19 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
The Primordial Inflation Explorer (PIXIE): Mission Design and Science Goals
PIXIE任务通过高灵敏度低温傅里叶变换光谱仪测量CMB能谱与偏振，以远超COBE/FIRAS的精度约束宇宙演化、再电离和原初暴胀模型。
2025-03-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Truncated Primordial Power Spectrum and Its Impact on B-Mode Polarization
针对宇宙微波背景大角度温度关联缺失与标准宇宙学模型的矛盾，研究截断原初功率谱对CMB的B模偏振的影响，结合LiteBIRD任务预测不同张标比下的观测效应，为暴胀理论研究提供新判别依据。
2024-04-12 astro-ph.CO
Big Bang Nucleosynthesis and the Helium Isotope Ratio
在大爆炸核合成过程中，寻找偏离物理学标准模型的传统方法包括仔细而微妙地测量由氦组成的重子的质量分数。最近对这个量的测量暂时支持了超越标准模型的新物理学，但从历史上看，这种方法受到了隐藏的系统不确定性的影响。在这封信中，我表明，原始氘丰度和原始氦同位素比的联合测量有可能提供一个新的物理学超越标准模型的补充和可靠的探针。利用最近对原始氘丰度的测定，并假设测得的太阳前3 He/4 He陨石丰度反映了原始值，可以对中微子种类的有效数量设定一个界限，Neff（BBN）= 3.01（+0.95-0.76，95%置信度）。虽然这个Neff值支持标准模型，但目前还不清楚太阳系形成前的3 He/4 He比值是否反映了原始值。在近乎原始的环境中对氦同位素比率进行新的天体物理测量，加上对几个重要核反应（其中一些已经在尝试中）的最新计算和实验值，将大大改善对可能偏离标准模型的限制。为此，我描述了一种分析策略，以测量从附近的低金属丰度H II区域发出的3 He I通量。所提出的技术可以尝试与下一代的大型望远镜，并将更容易实现在金属贫乏的H II区域与静态运动学。
2015-10-09 astro-ph.CO nucl-ex
Effect of primordial non-Gaussianities on the far-UV luminosity function of high-redshift galaxies: implications for cosmic reionization
了解星系际介质（IGM）如何在z > 6时被再电离是当前高红移天文学的重大挑战之一。它需要对第一个天体物理物体（Pop III恒星、第一个星系）的坍缩及其与IGM的相互作用进行建模，同时将当前的观测设施推向极限。过去几年的观测和理论进展导致了一个相干图像的出现，其中氢电离光子的预算主要是由低质量的恒星形成星系，几乎没有来自Pop III恒星和类星体的贡献。因此，宇宙的再电离历史严重依赖于高红移的低质量星系的数密度。在这项工作中，我们将探讨如何在初始密度波动的统计特性的变化影响早期星系的形成。继Habouzit等人（2014）之后，我们运行了5个具有高斯和（尺度依赖）非高斯初始条件的N体模拟，所有这些都与普朗克约束一致。利用一个星系形成模型和一个粒子数合成程序，计算了远紫外星系在红移7 < z < 15时的光度函数，最小值为M_UV = -14。我们发现，具有强原始非高斯性的模型在< Mpc尺度上显示出远紫外光度函数在低质量星系中显着增强。我们采用了一个从最先进的流体动力学模拟校准的再电离模型，并表明这种非高斯性在宇宙再电离历史和电子汤姆逊散射光学深度τ_E上留下了清晰的印记。虽然目前的不确定性在物理的再电离和确定的τ_E仍然占主导地位的签名的非高斯性，我们的研究结果表明，τ_E最终可以用来约束初始密度波动的统计特性。
2014-10-28 astro-ph.CO
Implication of the proton-deuteron radiative capture for Big Bang Nucleosynthesis
用{ \it ab-initio}方法计算了在大爆炸核合成（BBN）感兴趣的能量范围内辐射俘获$d(p,γ)^3$ He的天体物理$S$因子。核哈密顿量保留了两核子和三核子的相互作用--分别是阿贡$v_{18}$和厄巴纳IX。包括对核电流算子的单体和多体贡献。前者第一次保留了$1/m$的首阶贡献（$m$是核子质量），还保留了次首阶项，与$1/m^3$成正比。为了满足电流守恒关系，采用哈密顿模型构造了多体电流。采用超球谐函数法求解了$A=3$的束缚态和散射态。在第二种情况下，为了获得在BBN的能量范围内的天体物理$S$ -因子的不确定性，特别注意$\sim$ 1%以下。然后，在这个能量范围内，发现$\sim$-因子比目前采用的值大10%。这种增加（1- 3%）的一部分是由于$1/m^3$单体算子，而其余的是由于新的更精确的散射波函数。我们研究了这种新的测定方法对$d(p,γ)^3$ He $S$ -因子对氘原始丰度的影响。我们发现，$^2$ H/H的理论预测值与其实验测定，使用普朗克实验的重子密度的最新测定，并与原始核合成过程中的相对论自由度$N_{\rm eff}=3.046$的标准数是非常一致的。
2015-10-27 astro-ph.CO nucl-th
