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
Unavoidable CMB spectral features and blackbody photosphere of our Universe
宇宙微波背景辐射能谱中的光谱特征包含了大量关于宇宙早期物理过程的信息，z < 2 x 10^6。宇宙微波背景辐射的光谱畸变与其他宇宙学探测是互补的。事实上，CMB频谱中包含的大部分信息是无法通过任何其他方式获取的。这篇评论概述了宇宙历史上CMB光谱特征背后的主要物理学，集中在不可避免的扭曲上，并且必须存在于下一代拟议的CMB实验可观察到的水平。这里考虑的光谱畸变包括来自宇宙学复合的光谱特征，再电离过程中CMB被金属共振散射的光谱特征，这使我们能够测量它们的丰度，再电离过程中和之后的y型畸变，以及在红移z > 1.5 x 10^4时产生的μ型和i型（介于μ和y之间）畸变。
2013-06-11 astro-ph.CO hep-ph
Exotic energy injection in the early universe II: CMB spectral distortions and constraints on light dark matter
本文计算了暗物质衰变或湮灭引起的CMB谱畸变，发现残余畸变可被未来实验探测，并改进低能电子处理将衰变DM的CMB各向异性约束扩展至任意低质量，进而转化为轴子样粒子与光子耦合的约束。
2023-10-18 astro-ph.CO hep-ph
Observability of CMB spectrum distortions from dark matter annihilation
本文研究暗物质湮灭造成的CMB光谱畸变，表明$s$波在（Super-）PIXIE灵敏度下不可观测，而$p$波可产生可达$μ≈3×10^{-8}$的原初$μ$畸变，并给出质量、退耦温度及截面上限约束。
2024-06-23 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
Probing Axion-Photon conversion via circular polarization imprints in the CMB $V$-mode observations
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本文提出利用CMB V模式观测中的圆偏振印记来约束轴子类粒子的参数空间，通过研究轴子-光子转换机制在宇宙微波背景中的影响，探讨了磁场对光子圆偏振度的影响，并指出在最优情况下，40 GHz的CLASS观测可以探测到之前未被约束的轴子-光子耦合参数范围。
2026-05-20 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
Constraints on hidden photons from current and future observations of CMB spectral distortions
各种超越标准模型的情形包含非常轻的隐藏扇形U（1）规范玻色子与光子进行动力学混合。由此产生的普通光子和隐藏光子之间的振荡导致了宇宙微波背景的光谱失真。我们更新的混合参数$χ_0$和隐藏的光子$m_{γ'}$的质量上的界限，为未来的实验测量CMB光谱失真，如PIXIE和PRISM/COrE。对于$10^{-14}\;{\rm eV}\lesssim m_{γ'}\lesssim 10^{-13}\;{\rm eV}$，我们发现在95% CL下，动力学混合角$χ_0$必须小于$10^{-8}$。这些界限比COBE/FIRAS数据强一个数量级以上。
2015-07-09 astro-ph.CO hep-ph
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
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
Constraining Viscous Dark Matter in light of CMB Spectral Distortion
本文计算了粘性暗物质与重子相互作用引起的CMB谱畸变，利用COBE/FIRAS和PIXIE观测约束了粘性暗物质的参数空间。
2024-04-20 astro-ph.CO
One $μ$ to rule them all: CMB spectral distortions can probe domain walls, cosmic strings and low scale phase transitions
我们提出了一个新的探测纯引力耦合部门与大的各向异性。这些各向异性通过与重子-光子流体的引力相互作用而衰减，重子-光子流体在此过程中被加热。注入的热量导致宇宙微波背景光谱发生可测量的扭曲。我们给出了分析估计的扭曲的大小，并概述了如何计算它们从第一原理。这些方法适用于各向异性的形式的域壁/宇宙弦网络或所造成的一阶相变或标量场动力学。我们发现，这种方法可以潜在地探测以前不受约束的参数空间的大区域，是非常互补的，即将到来的搜索引力波所造成的这种黑暗的部门。
2023-02-15 astro-ph.CO hep-ph
CMB spectral distortions in generic two-field models
我们研究了两个不相关源对原始扰动有贡献的模型中的CMB $μ$失真。我们通过振幅、倾斜、运行和运行的运行来参数化每个源。我们进行了详细的分析的分布信号作为模型参数的函数，突出的差异相比，单源模型。作为一个具体的例子，我们还研究了混合暴胀曲率的情况。我们发现，$μ$失真可以有效地打破退化的曲率参数，特别是当结合未来的灵敏度探测张量标量比$r$。例如，假设边界为$μ< 0.5 \times 10^{-8}$和$r<0.01$，曲率贡献应该为零，或者曲率应该主导原始扰动，并且其慢滚参数$η_χ$被约束为区间$-0.007 < η_χ< 0.045$。
2017-11-08 astro-ph.CO hep-ph
The synergy between CMB spectral distortions and anisotropies
CMB的光谱畸变和各向异性为研究早期宇宙的能量注入过程提供了独立和互补的探针。在这里，我们讨论了这些观测之间的协同作用，并显示了有前途的未来的光谱失真任务，以约束外来和非外来的能量注入。我们表明，传统的探针，如大爆炸核合成和CMB各向异性可以受益于，甚至超越未来的光谱失真实验。为此，我们在玻尔兹曼代码CLASS中实现了一个统一的框架，以一致地处理光子和重子的热演化。此外，我们给出了一个广泛的和教学的介绍到整个宇宙的热历史的光谱扭曲和能量注入的主题，突出了它们的一些独特的功能和潜力，作为一个新的宇宙学和粒子物理学的探测。
2020-02-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Beyond y and μ: the shape of the CMB spectral distortions in the intermediate epoch, 1.5x10^4 < z < 2x10^5
我们计算中间型光谱失真的数值解和解析近似。在CMB中检测到μ型畸变（饱和康普顿化）将把能量注入的时间限制在红移2x10^6> z > 2x10^5处，而检测到y型畸变（最小康普顿化）将意味着在红移z< 1.5x10^4处有CMB加热。我们指出，在1.5 × 10 ~ 4 < z × 2 × 10 ~ 5的红移范围内产生的部分康普顿化的光谱畸变比纯y型和μ型畸变信息丰富得多。在此期间产生的光谱介于y和μ型畸变之间，并且敏感地依赖于能量注入的红移。这些中间型失真不能在所有频率下通过y和μ型失真的混合来模仿，反之亦然。这些中间型CMB光谱畸变的测量不仅可以精确地限制早期宇宙中能量释放的数量，而且可以精确地限制机制，例如，粒子湮灭和丝绸阻尼可以与粒子衰变区分开来。中间型失真模板和使用这些模板来计算用户定义的能量注入率的CMB频谱失真的软件代码是公开可用的。
2012-09-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Spectral distortions of the CMB dipole
我们考虑了与原始复合辐射（PRR）和原始$y$ -和$μ$ -畸变有关的宇宙微波背景（CMB）偶极子各向异性的畸变。这些信号是由于我们相对于CMB静止坐标系的运动而产生的，并表现为CMB温度偶极子的频率依赖性失真。对于首阶，CMB偶极子的预期相对失真不依赖于特定的观测方向，并且在1 - 700 GHz的频率范围内，对于PRR-和$μ$ -失真达到$10^{-6}$的水平，对于$y$ -失真达到$10^{-5}$的水平。由残余CMB畸变的偶极各向异性引起的温差依赖于观测方向。对于相互相反的方向，共线的CMB偶极轴，温度差，因为PRR-和$μ$ -偶极各向异性达到值$ΔT\simeq 10\,$ nK在考虑的范围内。由$y$ -偶极各向异性引起的温差可达到高达$1\,μ$ K的值。所考虑的效果的关键特征如下：（i）效果的观测不需要绝对校准;（ii）可以选择具有最小前景污染的天空块。因此，未来CMB偶极子失真的测量将提供一种直接检测PRR、$y$和$μ$失真的替代方法。$y$失真偶极子可以用PIXIE在几个标准差下检测到。
2015-09-11 astro-ph.CO
Correlating CMB Spectral Distortions with Temperature: what do we learn on Inflation?
探测短波长和长波长宇宙学波动之间的相关性，对于加深当前在微观物理水平上对暴胀的理解具有决定性意义。宇宙微波背景辐射的光谱畸变可能是由宇宙学扰动在暴胀后重新进入哈勃时的耗散引起的。因此，将光谱失真与温度各向异性相关联将提供机会，大大扩大可以测试压缩极限的尺度范围，打开一个新的通货膨胀窗口，补充目前用CMB和LSS探测的窗口。在本文中，我们讨论了各种暴胀机制，可以有效地约束与扭曲温度的相关性。对于其中的一些实现（代表大类模型），我们得到的压缩极限双谱的定量预测，发现它们的振幅高于实验的灵敏度限制，如建议的PIXIE。
2016-06-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological constraints from CMB distortion
我们研究了宇宙微波背景（CMB）的$μ$型光谱畸变的绝热和等曲率密度起伏的界限。这种失真的研究是补充CMB测量的光谱指数及其运行，并将有助于限制这些参数在显着更小的尺度。我们发现，检测到的顺序$μ\sim 10^{-7}$将强烈不符合标准的宇宙学模型的一个几乎标度不变的光谱的绝热扰动。此外，我们发现，给定当前CMB对等曲率模式振幅的约束，几乎尺度不变的等曲率模式（常见于许多曲率模型）不能产生显著的$μ$失真。最后，我们表明，未来的实验将强烈约束的等曲率模式的振幅与高度蓝色光谱预测某些轴子模型。
2012-07-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Testing the Running of non-Gaussianity through the CMB mu-distortion and the Halo Bias
原始非高斯性参数fNL和tauNL可以是尺度相关的。我们调查的能力，未来的测量的CMB μ失真，这是非常敏感的小尺度，和大规模的晕偏差，以测试运行的本地非高斯。我们表明，对于一个实验，如PIXIE，μ-温度相关性的测量可以牵制的光谱指数n_fNL和n_tauNL的值的顺序为0.3，如果fNL = 20和tauNL = 5000。一个类似的值可以通过一个扩展到红移z ~ 1的全天巡天观测来实现。在两个谱指数相等的特殊情况下，正如在宇宙学扰动是由暴胀子以外的单个场产生的模型中所预测的那样，非线性参数的尺度依赖性的1 σ误差下降到0.2。
2013-03-25 astro-ph.CO hep-ph
A new probe of Axion-Like Particles: CMB polarization distortions due to cluster magnetic fields
我们建议利用即将开展的宇宙微波背景辐射（CMB）地基实验来探测星系团中类轴子粒子（ALP）与磁场相互作用的信号。在星系团磁场存在下，CMB光子和ALP之间的转换会导致星系团周围CMB的偏振光谱畸变。信号的强度取决于星系团的红移，并将表现出一个独特的空间轮廓周围取决于电子密度和磁场的结构。该失真产生与其他已知的频谱失真（如$y$型和$μ$型）不同的形状，因此可与多频CMB观测分离。该频谱接近于运动学Sunyaev-Zeldovich（kSZ）信号，但可以使用偏振信息与其分离。对于未来的地面CMB实验，如西蒙斯天文台和CMB-S4，我们估计在前景污染，仪器噪声和CMB各向异性的存在下，该信号的可测量性。这种新的途径可以探测ALP质量范围从$10^{-13}$ eV到$10^{-12}$ eV的光子-ALP耦合，其精度比CMB-S4的现有边界高两个数量级。
2020-02-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
CMB $μ$ distortion from primordial gravitational waves
提出了一种新的产生宇宙微波背景辐射$μ$畸变的机制，该机制起源于原初引力波。这种$μ$失真是由温度各向异性通过汤姆逊散射的阻尼产生的，即使在比Silk阻尼更大的尺度上也是如此。这种机制与原始曲率（标量）扰动形成鲜明对比，其中温度各向异性主要通过Silk阻尼效应衰减。我们估计的$μ$失真的大小从新的机制，它可以用来限制振幅的原始引力波在较小的尺度上独立于CMB各向异性，给出更宽的范围内的限制其频谱指数的CMB各向异性的振幅相结合。
2014-06-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Spectral Distortions from an Axion-Dark Photon-Photon Interaction
本文研究混合轴子-光子-暗光子相互作用$ϕF \ ilde F_D$，证明其在轴子或暗光子构成暗物质时会使CMB光子转入暗扇区并产生光谱畸变，进而给出比传统轴子-光子耦合更强的宽质量范围约束。
2024-03-11 astro-ph.CO hep-ph
The effects of the small-scale behaviour of dark matter power spectrum on CMB spectral distortion
经过无数的天文和实验研究，暗物质的精确粒子性质仍然是未知的。标准的弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质，尽管成功地解释了宇宙的大尺度特征，但长期存在小尺度问题。在预复合时代，由Silk阻尼引起的宇宙微波背景（CMB）中的光谱失真允许人们访问一系列小尺度$0.3 \, {\rm Mpc} < k < 10^4 \, \rm Mpc^{-1}$的信息，其动力学可以使用线性理论精确描述。在本文中，我们探讨了使用丝绸阻尼引起的CMB频谱失真作为探针的小尺度功率的可能性。我们考虑了四个备选的暗物质候选者-暖暗物质（WDM），晚形成的暗物质，超轻轴子暗物质和带电衰变的暗物质，在所有这些模型中的物质功率偏离$Λ$ CDM模型在小尺度。我们计算这些替代模型的CMB的频谱失真，并比较我们的结果与$Λ$ CDM模型。我们发现，替代模型的主要影响是改变的牛顿势的子视界演化，影响CMB的光谱失真的后期行为。与$Λ$ CDM模型相比，$y$参数减少了几个百分点，这些模型的参数范围为：LFDM用于形成红移$z_f = 10^5$（7\%）; WDM用于质量$m_{\rm wdm} = 1 \, \rm keV$（2\%）; CHDM用于衰变红移$z_{\rm decay} = 10^5$（5\%）; WDM用于质量$m_a = 10^{-24} \, \rm eV$（3\%）。我们还简要讨论了即将到来的CM…
2017-07-07 astro-ph.CO hep-ph
Spectral distortions in CMB by the bulk Comptonization due to Zeldovich pancakes
如果宇宙的大尺度结构是通过Zeldovich煎饼产生的，即使是部分，那么CMB辐射的波动应该是由于收缩煎饼上的黑体光谱的体康普顿化而形成的。得到了体压缩后CMB能谱的近似公式。通过比较这两种情况下的谱图，可以估计由于热和体康普顿化引起的CMB的康普顿化能谱之间的差异。
2019-02-04 astro-ph.CO
Measuring primordial anisotropic correlators with CMB spectral distortions
我们发现，膨胀模型与破碎的旋转不变性产生可测试的非对角签名之间的相关性的$μ$型失真和温度波动的宇宙微波背景。更确切地说，通常由原始矢量场的波动产生的具有四极双谱不对称性的场景，当$|\ell_1-\ell_2|=2$时产生非零的$μ$相关。由于光谱畸变对极小尺度的原始波动很敏感，因此宇宙方差限制的光谱畸变实验可以以高的信噪比检测到这种效应。
2015-10-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on dark matter interactions with standard model particles from CMB spectral distortions
提出了一种新的方法来约束早期宇宙中暗物质（DM）与标准模型粒子之间的弹性散射。非相对论DM与光子的直接或间接热耦合导致后者的热沉。这导致了宇宙微波背景（CMB）的光谱失真，其幅度可以大到DM与光子数比的几倍。我们计算了一般能量依赖的截面和DM质量m_DM >~ 1 keV的DM-质子，DM-电子和DM-光子散射引起的CMB光谱畸变。使用FIRAS测量，我们设置的截面的m_DM <~ 0.1 MeV的约束。特别地，对于能量无关散射，我们得到σ [DM-质子] <~ 10^（-24）cm ^2（keV/m_DM）^（1/2），σ [DM-电子] <~ 10^（-27）cm ^2（keV/m_DM）^（1/2）和σ [DM-光子] <~ 10^（-39）cm ^2（m_DM/keV）。具有PIXIE特性的实验将把灵敏度范围扩展到质量为m_DM ~ 1GeV。
2015-07-29 astro-ph.CO hep-ph
Rich structure of non-thermal relativistic CMB spectral distortions from high energy particle cascades at redshifts $z\lesssim 2\times 10^5$
一般认为，对于复合前的能量注入，所有注入的能量在重子光子等离子体中以热的形式耗散，从而在CMB谱中产生$y$型、$i$型和$μ$型畸变。我们表明，这种假设是不正确的，当能量注入的形式充满活力（即能量远大于背景CMB温度）的粒子。我们进化的电磁级联，从注入的高能粒子，在膨胀的宇宙，并遵循CMB光谱失真的非热分量的电磁簇射与背景光子，电子和离子的相互作用所产生的。在簇射中的粒子的能量已经退化到足够低的能量以使它们可以与背景等离子体热化之前，电磁簇射将其能量的相当大一部分损失到CMB光谱失真。这种光谱畸变是簇射中的非热高能电子与CMB相互作用的结果，因此具有与$y$型或$i$型畸变基本不同的形状。最终的\emph{non-thermal relativistic}（$ntr$型）CMB光谱畸变的形状取决于注入的电子、正电子和光子的初始能谱，因此具有关于能量注入机制的信息，例如衰变或湮灭的暗物质粒子的衰变或湮灭通道。光谱畸变的形状对能量注入的红移也很敏感。我们的计算打开了一个新的窗口，在$z\lesssim 2\times 10^5$的能量注入，这是不简并，并可以区分从低红移热$y$型扭曲。
2019-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining the Initial Primordial Black Hole Clustering with CMB-distortion
原始黑洞的合并速率取决于它们的初始聚集。在缺乏与短尺度和大尺度相关的原初非高斯性的情况下，原初黑洞在其形成时呈泊松分布。然而，局域型的原初非高斯性可能与大尺度上的原初黑洞相关。我们表明，未来的实验寻找CMB $μ$ -失真将测试的假设初始原生黑洞集群引起的本地非高斯性，而现有的限制已经表明，显着的非高斯性是必要的诱导原生黑洞集群。
2021-09-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining dark photons and their connection to 21 cm cosmology with CMB data
在非均匀宇宙中，暗光子到普通光子（反之亦然）的宇宙学转换可能发生在大量共振红移处。这改变了CMB观测到的能谱和小尺度各向异性的程度。我们利用EAGLE模拟的结果来获得沿随机视线的转换概率，以量化这些影响。然后，我们将我们的研究结果的情况下，暗光子来源于暗物质衰变和他们的高红移转换成普通光子修改全球21厘米信号预期从宇宙黎明时代。具体地说，我们表明，转换人口的光子在瑞利-金斯尾巴的CMB解释的吸收强度观察到的EDGES的参数空间的一个重要部分，被排除从COBE/FIRAS的亮度温度测量和CMB各向异性测量普朗克和SPT。
2020-03-05 astro-ph.CO hep-ph
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
Evolution of CMB spectral distortion anisotropies and tests of primordial non-Gaussianity
宇宙微波背景（CMB）频谱畸变的各向异性可以通过早期宇宙中空间变化的加热过程产生。例如，小尺度声学模式的耗散确实会产生失真各向异性，特别是对于非高斯原始扰动。在这项工作中，我们推导出近似，允许描述相关的失真场。我们提供了一个系统的制定使用傅立叶空间窗口函数的问题，澄清和推广以前的近似。我们的表达式突出了这样一个事实，即由非高斯性引起的频谱失真波动的幅度也取决于这些失真的齐次值。因此，需要绝对测量来获得对原始非高斯性的模型无关的失真约束。我们还包括一个简单的描述通过光子扩散的扭曲的演变，表明这些修正通常可以忽略不计。我们的配方提供了一个系统的框架计算高阶关联函数的失真与CMB温度各向异性，并可以扩展到描述相关的偏振各向异性。
2016-12-30 astro-ph.CO
Constraining Primordial Magnetic Fields by CMB Photon-Graviton Conversion
我们重新审视了在外部磁场存在的情况下使用光子-引力子转换机制来探测最后一个散射表面和当前表面之间可能存在的小尺度原始磁场的方法。具体而言，我们调查的转换效率的影响，由于物质的存在，包括等离子体集体效应和原子的极化率。一般来说，这些影响往往会降低转换概率。在这个更符合实际的情况下，根据COBE对宇宙微波背景黑体谱的测量精度，我们找到了复合时原初磁场强度的一个上限，即B <30 G。虽然目前基于光子-引力子转换机制的束缚不如直接利用CMB温度各向异性得到的束缚那么紧，但它仍然提供了对原始磁场和除了复合之外的历元的重要的独立约束。如果CMB黑体光谱测量在未来的实验如PIXIE中变得更精确，则该界限可以显著改善。
2013-09-02 astro-ph.CO
Statistical anisotropy in CMB spectral distortions
宇宙微波背景辐射谱$y$畸变各向异性的测量提供了对$0.01\lesssim k{\rm Mpc}\lesssim 1$原始密度扰动统计各向同性的检验。我们计算1点系综平均值的$y$失真各向异性消失的统计各向同性扰动。对于四极统计各向异性，我们发现$4π\langle y_{2m}\rangle=-6.8A_2\times 10^{-9}Y_{2m}(\mathbf d )$与四重勒让德系数的各向异性功率谱$A_2$和$\ell=2$球谐$Y_{2m}(\mathbf d )$的首选方向$\mathbf d $。此外，我们还讨论了统计各向异性宇宙中$y$ -畸变各向异性的宇宙方差。
2019-01-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
CMB spectral distortions revisited: a new take on $μ$ distortions and primordial non-Gaussianities from FIRAS data
宇宙微波背景辐射的黑体光谱能量分布的偏差是对早期宇宙（如与粒子衰变和膨胀有关的过程）和后期宇宙（如再电离和天体物理发射）中活跃的物理过程的精确探测。1990年代初，COBE卫星上的FIRAS仪器进行了开创性的测量，主要是测量其在天空中的平均幅度，此后，在确定这些光谱畸变的特征方面取得了有限的进展。由于目前没有后续任务计划更新的FIRAS测量，在这项工作中，我们重新分析的FIRAS数据，并产生一个地图的$μ$型光谱失真的天空。我们提供了一个更新的约束$μ$失真的$|\langleμ\rangle|<47\times 10^{-6}$ $|\langleμ\rangle|<47\times 10^{-6}$在95\%的置信水平，锐化了以前的FIRAS估计的一个因子$\sim 2$。我们还约束原始的非高斯曲率扰动尺度$10\lesssim k\lesssim 5\times 10^4$通过交叉相关的$μ$失真各向异性与CMB温度，并首次从普朗克卫星的全套偏振各向异性。我们得到上限的$f_{\rm NL}\lesssim 3.6 \times 10^6$和它的运行$n_{\rm NL}\lesssim 1.4$是有限的FIRAS的灵敏度，但对银河系和河外前景污染鲁棒。我们回顾了以前类似的分析的基础上的数据的普朗克卫星，并表明，尽管他们显着较低的噪音，他们产生类似或更糟的结果，我们一旦所有的…
2022-06-06 astro-ph.CO hep-ph
Phase Transitions in the Early Universe: Impacts on BBN and CMB Observables
本文研究低能标一级相变对BBN和CMB的影响，发现亚MeV相变受Planck 2018严格约束，keV相变致显著CMB畸变，BBN与CMB可互补约束相变参数。
2025-03-25 astro-ph.CO hep-ph
Mixing of blackbodies: Increasing our view of inflation to 17 e-folds with spectral distortions from Silk damping
在复合之前和复合过程中，早期宇宙中的丝绸阻尼消除了小尺度上宇宙微波背景（CMB）的各向异性。这种从各向异性中消失的功率出现在晶体管中，如y型、i型和μ型失真。因此，对CMB频谱畸变的观测将使我们能够获得关于原始功率谱的信息，其尺度对应于同向运动波数$8< k < 10^4 Mpc^{-1}$，当与CMB各向异性相结合时，增加了我们对暴胀的总体看法，跨越17个e折叠。这些畸变可以简单地理解为不同温度的黑体的混合和随后的所产生的畸变的康普顿化。
2013-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Gravitino Decay and the Scale of Inflation using CMB spectral distortions
如果局域超对称性是粒子物理学标准模型的正确延伸，那么在暴胀之后，早期宇宙中的引力子应该是由热等离子体在再加热过程中的散射产生的。它们的丰度与再加热温度的大小直接相关。引力伴子的寿命是固定的，它是质量的函数，对于寿命比宇宙年龄在红移$z\simeq 2\times 10^{6}$（或大致为$6\times 10^6{\rm s}$）的引力伴子，衰变产物会产生宇宙微波背景的光谱失真。目前可用的COBE/FIRAS限制光谱失真，在某些情况下，已经具有竞争力的宇宙学约束从原始核合成的一些引力子衰变的情况。我们展示了如何灵敏度限制$μ$和$y$失真，可以达到与当前的技术将改善约束，并可能排除了一个显着的部分引力子质量和通货膨胀再加热温度的参数空间。
2016-02-03 astro-ph.CO hep-ph
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
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
Patchy Screening of the CMB from Dark Photons
本文研究CMB光子穿越宇宙大尺度结构时共振转换为暗光子所导致的斑块状屏蔽效应，利用晕模型预测其对CMB温度和偏振各向异性的印记，并证明现有及未来CMB与LSS数据可将动力学混合参数的限制提高两到三个数量级。
2024-10-17 astro-ph.CO hep-ph
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
Leverage on small-scale primordial non-Gaussianity through cross-correlations between CMB $E$-mode and $μ$-distortion anisotropies
多场暴胀模型和非Bunch-Davies真空初始条件都预测了宇宙微波背景（CMB）黑体的相当大的非高斯原始扰动和各向异性$μ$型光谱畸变。虽然CMB各向异性允许我们探测波数$k\simeq 0.05\,{\rm Mpc^{-1}}$处的非高斯性，但$μ$失真各向异性与具有大得多的波数$k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}}$的原始扰动模式的非高斯性有关。通过CMB和$μ$ -失真各向异性之间的互相关，人们因此可以阐明上述通货膨胀模型。我们调查的能力，未来的CMB卫星成像仪，如LiteBIRD测量$μT$和$μE$交叉功率谱之间的各向异性$μ$ -失真和CMB温度和$E$模式的偏振各向异性的前景的存在下，并获得LiteBIRD预测${f_{\rm NL}^μ(k\simeq 740\,{\rm Mpc^{-1}})}$。我们发现，在前景的存在下，与CMB偏振的$μE$互相关对$f_{\rm NL}^μ$提供了比$μT$互相关更多的约束力，并且$μT$和$μE$观测量的联合组合进一步增加了对小尺度原始非高斯性检测的杠杆作用。我们发现LiteBIRD在去除前景后能在$5σ$显著性上检测${f_{\rm NL}^μ}=4500$，并通过结合CMB温度和偏振在68% CL下实现最小误差${σ(f_{\rm NL}^μ=0) \simeq 800}$。由于CMB和$μ$失真各向…
2022-02-22 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
Disentangling the primordial nature of stochastic gravitational wave backgrounds with CMB spectral distortions
本研究利用CMB谱畸变与引力波的关联，通过更新的窗口函数和约束映射，区分随机引力波背景的原初或天体物理起源，并强调未来CMB光谱仪的关键作用。
2023-09-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Hydrodynamical Approach to CMB mu-distortions
宇宙微波背景的光谱畸变提供了一个独特的机会，通过进行大尺度测量来探测非常小尺度上的原始扰动。我们讨论了在一个系统的和教学的方式，所有相关的物理现象中涉及的生产和演变的μ型光谱失真。我们的主要结果同意以前的估计（特别是我们表明，最近发现的3/4的因素来自相对论修正波能量）。我们还讨论了绝热冷却、体粘滞效应、重子加载效应和光子热传导效应等几种次主导修正。最后，我们计算了μ-时代结束到现在之间的μ-失真的传递函数。
2012-06-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on $N_{\rm{eff}}$ of high energy non-thermal neutrino injections upto $z\sim 10^8$ from CMB spectral distortions and abundance of light elements
高能中微子和反中微子（$\gtrsim$ 100 GeV）可以通过电弱韧致辐射产生的电弱簇射、与背景电子和核子的非弹性散射以及背景中微子和反中微子对产生标准模型粒子，将高能电磁粒子注入到高红移宇宙的重子-光子等离子体中。本文以暗物质衰变为例，研究了高能非热中微子注入的粒子级联，包括这些中微子与背景粒子的碰撞过程，并考虑了宇宙的膨胀.我们研究了这些非热中微子注入对宇宙微波背景辐射谱形和大爆炸核合成中轻元素丰度的影响。我们发现，CMB光谱扭曲和丰富的轻元素可以约束中微子能量密度的重组，参数化的贡献$N_{\rm{eff}}$，从高能量中微子注入。这些约束比CMB各向异性约束强几个数量级。我们还表明，CMB光谱扭曲可以探测中微子注入显着更高的红移（$z>2\times 10^6$）相比，纯电磁能量注入。
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
Testing Inflation and Curvaton Scenarios with CMB Distortions
在复合之前，Silk阻尼导致声波的能量耗散到宇宙微波背景（CMB）中，导致光谱失真。这些可以用来探测原始标量功率谱在更小的尺度上比它是可能的与CMB各向异性。然而，需要增强这些尺度上的功率，以便通过未来的实验（如PIXIE）检测到所产生的扭曲。本文考察了Martin等人在Encyclopaedia Inflationaris [1]中列出的所有49个单场暴胀模型，发现其中只有一个模型在其参数空间的调谐区域中可能导致可检测到的扭曲，即原始混合模型。三个有效的多场的情况下，也进行了研究：轻轻地，突然转向的轨迹，并与温和的瀑布轨迹。轻微转弯的轨迹不会引起任何可检测水平的失真，而场空间中的突然转弯或温和的瀑布轨迹预测标量功率谱中的峰值（在突然转弯的情况下加上阻尼振荡），这可能导致可观察到的CMB失真量。最后，另一种情况下，导致潜在的可检测的扭曲涉及一个弯曲的蓝色光谱是次主导的CMB角尺度和超越的暴胀子光谱在较小的尺度。然而，在这种情况下，我们表明，从超紧凑minihaloes的界限是不满足的。期望最终的PRISM类实验的特点是灵敏度提高了十倍，讨论了一些模型。
2014-09-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB Spectral Distortions from Cooling Macroscopic Dark Matter
我们提出了一个新的机制，暗物质（DM）可以影响早期宇宙。宏观DM或宏观的热内部可以表现为储热器，使得高能光子从其表面发射。这导致了宇宙微波背景的光谱畸变。SD取决于内部的密度和冷却过程，以及Macros的表面组成。我们用中子星作为核密度宏模型，发现对于固定密度，谱畸变与质量无关。在我们的工作中，我们发现，对于这种类型的宏，构成100 $\%$的暗物质，$μ$和$y$失真可以高于检测阈值的典型建议的下一代实验，如PIXIE。
2019-06-30 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Shaping Dark Photon Spectral Distortions
利用COBE-FIRAS数据，通过格林函数方法精确计算光子注入/移除引起的CMB谱畸变，对暗光子质量$10^{-10}$至$10^{-4}$ eV设定稳健限制，并揭示畸变谱形状作为暗光子振荡的关键特征。
2025-04-18 astro-ph.CO hep-ph
Testing kinetically coupled inflation models with CMB distortions
与爱因斯坦张量动力学耦合的暴胀场景已经被广泛研究。它们可以与当前的观测数据相一致。未来的实验对CMB失真的测量将潜在地扩展有关标量频谱的信息到小尺度$1 \Mpc^{-1} \lesssim k \lesssim 2 \times 10^4 \Mpc^{-1}$。以PIXIE实验的灵敏度为判据，对动力学耦合暴胀光谱畸变的观测前景进行了模型导向的分析。在参考文献\cite{Martin2013a}中列出的49个单场暴胀模型中，有5个模型可能产生可检测的扭曲水平。这些模型是：谷中混合暴胀（VHI）、非正则凯勒暴胀（NCKI）、广义MSSM暴胀（GMSSMI）、广义重整化点暴胀（GRPI）和运行质量暴胀（RMI）。这些模型中的每一个都可以满足普朗克对光谱倾斜的约束，并导致在其参数空间的调谐区域中与CMB失真相关的尺度上的功率增加。动力学耦合的存在抑制了VHI，GMSSMI和GRIPI的模型参数与质量维度的值，使得这三个模型可以与它们的理论考虑相一致。然而，所有这些模型的调谐区域未能满足张量模式的约束。
2020-04-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Revisiting Dark Photon Constraints from CMB Spectral Distortions
重新审视CMB谱畸变对暗光子的约束，发现先前估计符号相反且振幅被低估约1.5倍，并扩展到大畸变区域，表明约束显著弱化，为利用畸变各向异性研究暗光子开辟新途径。
2024-09-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
