The 21cm bispectrum as a probe of non-Gaussianities due to X-ray heating
我们目前的分析标准化的21厘米双谱从全数值模拟的星系间介质加热恒星源和高质量X射线双星（HMXB）在宇宙黎明。假设$α$耦合是饱和的，因此我们探讨了由X射线加热过程产生的非高斯性的本质。我们发现的归一化双谱的演变是非常不同的功率谱。它表现出一个营业额的峰值移动从大到小的规模减少红移，并对应于典型的分离的发射区。随着越来越多的区域随着时间进入发射，该特征尺度减小。最终，加热区域内的小尺度波动将主导归一化的双谱，在模拟结束时，这几乎完全是由密度场的波动驱动的。为了确定我们在恒星+ HMXB模拟中看到的归一化双谱的定性演化有多普遍，我们研究了其他几个模拟-两个包括类星体源的完全数值模拟，以及两个与半数值模拟21 cm FAST产生的对比源属性。我们发现在X射线加热过程中归一化双谱的定性演化是通用的，除非X射线源，与类星体，数量较少，因此表现出更明显的孤立加热配置文件。假设减轻前景和仪器的影响是最终有效的，我们发现，我们应该是敏感的归一化双谱在加热的时期，只要自旋温度没有饱和的$z \approx 19$。
2018-11-28 astro-ph.CO
Constraining the clustering and 21-cm signature of radio galaxies at cosmic dawn
本文利用VLA和ATCA的角分尺度各向异性上限约束高红移射电源成团性，证明其对射电效率的约束远强于整体背景强度约束，并显著降低了宇宙黎明21厘米信号的最大深度和功率谱峰值。
2024-01-11 astro-ph.CO
Primordial non-Gaussianity as a signature of pre-inflationary radiation era
讨论了在暴胀模型中产生的原初非高斯性，其中暴胀之前是辐射时代。结果表明，双谱和三谱的非高斯性由于前暴胀辐射时代的存在而增强。这种情况的一个显著特征是三谱非高斯性大于双谱非高斯性。
2013-02-01 astro-ph.CO
Dipole Anisotropy as an Essential Qualifier for the Monopole Component of the Cosmic-Dawn Spectral Signature, and the Potential of Diurnal Pattern for Foreground Estimation
虽然从非常早期的时期检测原子氢的红移21厘米线的全局光谱特征的重要性不能被夸大，但相关的挑战主要包括将感兴趣的弱信号从数量级更亮的前景中分离出来，并且同样延伸到可靠地建立非常早期时期的{ \it表观}全局信号的起源。这封信提出了一个关键的偶极测试，测量的频谱的三分之一的利益，必须通过。我们的标准是基于一个独特的对应关系之间的内在的双极谱和差分谱的偶极各向异性的印记，从运动的观察者相对于我们的源（如我们的太阳系，解释从偶极各向异性在CMBR）的休息帧。更重要的是，偶极各向异性的光谱表现得到{ \it放大}一个重要的因素，这取决于双极光谱斜率，使其可行的测量。我们描述了这样的测试的细节，并通过模拟说明了它的应用。这封信还暗示了一种新的独立于模型的路径，用于隔离前景的贡献，使用漂移扫描观测中显而易见的昼夜模式。当与可靠的前景估计相结合时，这种用于EoR光谱的偶极子限定符预计将为早期时期的光谱特征的原位验证铺平道路，这对目前报告的和未来的EoR信号检测很重要。
2018-10-04 astro-ph.CO
Detecting the relativistic galaxy bispectrum
傅立叶空间的星系双谱是复杂的，虚部来自于首阶相对论修正，这是由于多普勒效应、引力红移以及红移空间中的相关视线效应。双谱虚部的检测可能是相对论贡献的确凿证据。我们调查下一代光谱调查是否可以进行这样的检测。对于第四阶段的光谱$Hα$调查类似于欧几里得，我们发现，这种相对论签名的累积信号噪声是$\mathcal{O}(10)$。长模相对论效应在星系双谱中与短模牛顿效应耦合，但在星系功率谱中不耦合。这是一个单一的星系调查的双谱中的相对论效应的可检测性的基础，而功率谱需要多个星系调查，以检测相应的信号。
2021-08-04 astro-ph.CO
The integrated angular bispectrum
研究球面二维宇宙学场的积分角双谱统计量，推导全天空公式并实现含均场校正的估计流程，应用于 CMB 数据分析以估计非高斯性。
2020-04-07 astro-ph.CO
Neutrino Mass Signatures in the Galaxy Bispectrum
本研究首次推导有质量中微子对微扰理论核的显式修正，通过模拟两类巡天样本的合成数据与MCMC分析，发现忽略中微子质量效应会导致星系偏差参数的中心值出现不可忽略的偏移。
2025-05-18 astro-ph.CO
Signatures of very high energy physics in the squeezed limit of the bispectrum (violation of Maldacena's condition)
我们研究了在压缩极限的原始标量双谱的签名由于在高能的标准理论的修改。特别地，我们考虑了修改色散关系和/或修改初始量子态的情况（在边界有效场论和新物理超曲面公式中）。利用内-内形式，详细研究了单场有效暴胀理论中所有可能的立方耦合对双谱贡献的压缩极限。我们发现一般的功能，如增强和/或非局部形状的非高斯性，这是相关的，例如，测量的晕偏置和区分这些方案从标准的（与束戴维斯真空作为初始状态和标准动力学项）。我们发现，根据新物理的尺度的大小的签名的变化，因此，一些关于高能物理的信息，特别是新物理的尺度上的边界的情况下，可以得到这些信号的检测。
2012-10-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Detecting Electron Density Fluctuations from Cosmic Microwave Background Polarization using a Bispectrum Approach
高灵敏度宇宙微波背景（CMB）偏振实验的最新进展为研究大尺度结构（LSS）打开了一扇窗口，因为小角度尺度上的CMB偏振涨落可以由LSS和晚期宇宙电离涨落的组合产生。引力透镜效应可以从具有二次估计的CMB数据集中提取，但是具有二次估计的电子密度涨落（EDF）的重建被发现被二次CMB涨落中的大得多的引力透镜效应显著地偏置。在本文中，我们建立了一个双谱的形式化使用示踪剂的LSS提取次主导的EDF从CMB偏振数据。我们发现，这种双谱可以有效地重建角带功率的EDF和LSS示踪剂之间的互相关。下一代CMB偏振实验与星系巡天和宇宙红外背景实验相结合，可以检测到具有高度意义的EDF特征。
2018-01-16 astro-ph.CO
A general relativistic signature in the galaxy bispectrum: the local effects of observing on the lightcone
下一代星系巡天将越来越依赖星系双谱来改善宇宙学约束，特别是对原始非高斯性的约束。一个关键的理论要求，仍然有待开发的是广义相对论效应的双谱，这是从观察过去的光锥星系，{以及从相对论修正的动力学}的分析。{As作为对星系双谱进行完全相对论分析的第一步，我们首次计算了来自多普勒和引力势贡献的局域相对论光锥对双谱的影响。对于星系双谱，问题比功率谱复杂得多，因为我们需要在二阶光锥校正。在二阶模式耦合的贡献意味着相对论修正可以是不可忽略的，在更小的尺度比的情况下的功率谱。在一个原始的高斯宇宙中，我们表明，在$z\sim1$压缩形状的本地光锥修正意味着双谱可以不同于牛顿的预测$\gtrsim 10\%$时，短模式是$k\lesssim (50\,{\rm Mpc})^{-1}$。这些相对论性的投影效应，如果在观测分析中被忽略，可能会被误认为是原始的非高斯性。对于即将到来的探测平等尺度和超越的调查，{所有相对论光锥效应和相对论动力学修正应包括在内}，以准确测量原始非高斯性。
2017-03-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Signature of primordial non-Gaussianity on 21-cm power spectrum from dark ages
我们研究了原始的非高斯印记在黑暗时代的21厘米线差分亮度温度的功率谱的签名。利用引力团簇的微扰处理，我们定量地估计了非高斯和单圈修正对21厘米功率谱的影响。基于Fisher矩阵分析，研究了使用21-cm功率谱对局部型原始非高斯性的约束的潜在影响。结果表明，对于基线为几十公里的阵列，21 cm功率谱对原始非高斯性的抑制作用比宇宙微波背景测量的更强，且其抑制作用强于21 cm双谱，但在极限情况下，21 cm双谱的抑制作用最终会变得更强.
2022-06-23 astro-ph.CO
The 21-cm signature of X-ray heated halos around galaxies during cosmic dawn
该研究通过三维光线追踪辐射传输模拟，探究宇宙黎明时期第一代星系中X射线双星对星系际介质的加热及其产生的21厘米信号，发现探测该信号需数千小时（SKA1-Low）或一千小时（SKA2-Low）积分时间，并受恒星形成率和周围气体密度影响。
2025-09-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tracing Signatures of Modified Gravity in Redshift-Space Galaxy Bispectrum Multipoles: Prospects for Euclid
本研究在Hu-Sawicki $f(R)$引力模型下，利用微扰理论计算红移空间星系双谱多极，预测Euclid巡天中单极和四极信号显著，可有效探测修正引力并打破参数简并。
2025-09-08 astro-ph.CO gr-qc
New simulation of QSO X-ray heating during the Cosmic Dawn
即将到来的无线电干涉仪平方公里阵列预计将首次直接探测到来自宇宙黎明的红移21厘米信号。在这个时代，中性星系际介质的X射线加热所产生的温度波动会显著影响这个信号。之前，在（Ross等人，2017）中，我们提出了第一个大体积，244 $h^{-1}$ Mpc = 349 Mpc的X射线加热的完全数值辐射转移模拟。这项工作是一个后续行动，我们现在也考虑类星体的来源，除了高质量的X射线双星。这两种情况下的图像在SKA 1-LOW分辨率下清晰可辨，RMS波动高于预期噪声。类星体的列入导致显着增加的非高斯信号，如测量的偏度和峰度的21厘米信号。我们的结论是，这种增加的非高斯性是一个有希望的早期类星体的签名。
2018-01-19 astro-ph.CO
Constraining Baryon--Dark Matter Scattering with the Cosmic Dawn 21-cm Signal
最近，EDGES低波段射电实验从宇宙黎明探测到了一个非常强的21厘米中性氢信号，这可以解释为，如果冷的暗物质粒子从重子散射，从气体中吸收多余的能量。在这封信中，我们探讨了21厘米信号的扩展范围，这是开放的这种相互作用，改变天体物理参数以及暗物质粒子的属性在尽可能广泛的范围。我们通过比较低频段的检测和EDGES高频段天线的上限来识别与当前数据一致的模型。我们发现，一致的模型预测在宇宙黎明期间的21厘米的波动，是3至30倍之间的最大之前预计没有暗物质散射。预期的功率谱表现出强烈的重子声学振荡的速度依赖的截面印记。后一个签名是一个吸烟枪的速度依赖性散射，并可用于干涉仪，以验证暗物质的解释边缘检测。
2018-02-28 astro-ph.CO
Signatures of Horndeski gravity on the Dark Matter Bispectrum
我们提出了一个详细的研究一般的Horn-deski类模型的二阶物质微扰。作为具有二阶运动方程的最一般的标量张量理论，它包括许多已知的引力和暗能量理论以及作为特定情况的宇宙学常数的广义相对论。这使我们能够估计的主导秩序的暗物质双谱产生的引力不稳定性在后期。我们参数化Bellini和Sawicki（2014）提出的一阶和二阶运动方程的演化，其中理论的自由函数假设与暗能量密度成正比。我们表明，这是不自然的，有大的10%（1%）的偏差的双谱引入更大的~ 30%（~ 5%）的偏差的线性增长率。考虑到测量的线性增长率有更高的信号噪声比双谱测量，这表明，Horndeski模型再现的膨胀历史和线性增长率的预测GR的暗物质双谱内核可以有效地模拟为标准的GR之一。另一方面，不能用偏差来解释的大的双谱偏差的观测将意味着扰动的演化与GR预测的演化强烈不同，或者引力理论是外来的（例如，打破弱等效原理）和/或微调。
2015-05-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th
On the detection of a cosmic dawn signal in the radio background
宇宙黎明的天体物理学，当恒星形成开始在第一个崩溃的对象，预计将被揭示为光谱和空间签名在宇宙无线电背景在长波长。中性氢的天空平均红移21厘米吸收线是宇宙黎明的探测器。谱线轮廓由气体的热态演化、辐射背景、恒星散射冷原始气体的Lyman- $α$辐射以及中性氢原子中超精细自旋能级的相对布居数决定。本文报道了用辐射计对55- 85 MHz波段射电天空频谱的测量结果，结果表明Bowman等人在探测全球再电离期（EDGES）低波段仪器所获得的数据中发现的轮廓不是天体物理学来源的，它们的最佳拟合轮廓在95.3%的置信度下被拒绝。这个轮廓被解释为宇宙黎明的标志;然而，它的振幅大大高于标准宇宙学模型的预测。对这种振幅分布的解释包括非标准宇宙学、冷却重子的额外机制，可能是通过与毫荷电暗物质的相互作用以及红移超过17的过量射电背景。我们的未探测证实了早期的担忧，并表明鲍曼等人发现的轮廓不是新天体物理学或非标准宇宙学的证据。
2021-12-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Acoustic signatures in the Cosmic Microwave Background bispectrum from primordial magnetic fields
利用全辐射传递函数，数值计算了补偿磁标量密度模所产生的CMB角双谱。我们发现，对于弦激发的原生磁场，其特征在于指数$n_B=-2.9$和平均场振幅$B_{\lam}=9{\rm nG}$，角双谱是由两个原生磁形状。第一个磁形状看起来类似于一个从本地型原始曲率扰动，所以无论是振幅和配置文件的小松-Spergel估计（减少双谱）播种这种形状是几乎相同的主CMB各向异性。然而，对于不同的参数集（$l_1,l_2$），这种“本地型”约化双谱振荡在不同的渐近值在高$l_3$制度，因为洛伦兹力的影响，这是由原始磁场施加在带电重子。此功能不同于标准情况，在标准情况下，所有模式在高$l$限值下渐近接近零。另一方面，第二磁形状仅出现在原始磁场模型中。由于形状的负斜率，由第二形状产生的小松-斯珀格尔估计量的幅度在低$l$状态下发散。在高$l$状态下，该幅度近似等于第一估计器的幅度，但是具有相反的相位。
2010-09-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Signature of Excess Radio Background in the 21-cm Global Signal and Power Spectrum
最近EDGES低波段天线对宇宙黎明氢21厘米线的试探性探测，如果得到证实，将是从原始恒星形成时代观察到的第一个特征。然而，这个信号的大小和形状与标准的天体物理学预测不一致，需要比预期的气体更冷，或者超过宇宙微波背景（CMB）辐射的无线电背景。在本文中，我们将探讨后一种选择，调查可能的21厘米信号的模型与现象学过剩的无线电背景与标准的天体物理建模。假设均匀辐射与同步加速器般的频谱存在于整个宇宙的历史，我们表明，这样的无线电背景，除了解释边缘低波段信号，增强了功率谱。宇宙黎明和再电离期间的信号强烈地依赖于射电背景强度和天体物理参数。我们验证了我们的模型与检测功能的广泛协议，包括额外的限制从EDGES高波段数据，高红移类星体，河外射电背景和观测限制。这些数据意味着恒星形成效率的下限为2.8%，在$z = 17$处的M $_{\rm h}\sim 10^9$ M $_\odot$的恒星形成晕的最小质量的上限，以及在78 MHz宇宙黎明频率处的1.9倍宇宙微波背景（相当于1.42 GHz宇宙微波背景的0.1%）的过剩射电背景的下限。X射线源的属性仍然不受约束。我们还表明，在黑暗时代，这样的无线电背景饱和的21厘米的信号，在全球信号和功率谱印上一个独特的签名。
2019-04-22 astro-ph.CO
Bispectrum signatures of a modified vacuum in single field inflation with a small speed of sound
在暴胀期间偏离邦奇-戴维斯真空，可以在宇宙微波背景辐射和宇宙大尺度结构的高阶相关性上留下可检验的印记。如果统计非高斯性固有地很大，例如在具有小声速的暴胀模型中，例如DBI，则效果特别明显。首先回顾修改真空的动机，我们计算了具有小声速的一般作用的非高斯性。它的双谱的形状被发现最类似于“正交”或“本地”模板的Bogolyubov参数的相位。特别是，DBI模型的通货膨胀的双谱可以有一个深刻的“本地”模板功能，在以前的结果相反。确定到观测模板的投影使我们能够推导出对Bogolyubov参数的绝对值的约束。在小声速极限下，导出的约束一般比从功率谱导出的现有约束更强。当H/Λ_c = 10^-3时，波哥柳博夫参数的绝对值的界限在10^-6到10 ^-3之间，这取决于模型的具体细节、声速和波哥柳博夫参数的相位。
2009-11-13 astro-ph.CO hep-th
Cosmological constraints from the EFT power spectrum and tree-level bispectrum of 21cm intensity maps
本文利用1圈EFT功率谱与树级双谱分析21cm强度映射，通过Fisher预报评估HIRAX巡天对宇宙学参数、暗能量及修正引力的约束能力，证明双谱可打破参数简并并提升精度。
2024-06-09 astro-ph.CO gr-qc
Constraining Primordial Non-Gaussianity with Post-reconstructed Galaxy Bispectrum in Redshift Space
星系双谱是研究早期宇宙暴胀物理的一个很有前途的工具，它可以作为原初非高斯性（PNG）的度量，但其信噪比受非线性引力增长引起的模耦合的影响很大。本文研究了从非线性星系密度场重建线性宇宙质量密度场的标准方法，以消除红移空间星系双谱的协方差。特别是，我们使用4000个独立的$N$体模拟重建的双谱的协方差星系大小的暗物质晕。我们的结果表明，双谱协方差的重建后的字段接近高斯预测的尺度为$k<0.2\, h\, {\rm Mpc}^{-1}$。我们还验证了前导阶PNG诱导的双谱不受微扰理论重建细节的影响。然后，我们证明了约束功率的后重建的双谱PNG的红移$\sim0.5$。此外，我们进行了Fisher分析，使预测的PNG约束星系双谱包括各向异性信号。假设SDSS重子振荡谱巡天中的一个大质量星系样本，我们发现后重建的双谱可以分别用$Δf_{\rm NL} \sim$ 13、90和42来约束PNG的局域型、等边型和正交型，使前重建的双谱的约束提高了$1.3-3.2$倍.总之，重建起着至关重要的作用，在约束各种类型的PNG签名与$Δf_{\rm NL}<1$的水平从星系双谱的基础上即将到来的星系调查。
2021-01-05 astro-ph.CO
Signatures of Initial State Modifications on Bispectrum Statistics
暴胀子场初始状态的改变会导致偏离高斯性，并在宇宙中的CMB和大尺度结构的高阶关联上留下可检验的印记。重点研究了原始曲率扰动的双谱统计及其在CMB上的投影。对于正则单场作用，三点相关增强是局部的，在共线极限处最大化，对应于同动动量空间中的折叠或挤压三角形。我们表明，可用的本地和等边模板是非常不敏感的本地化增强，并不产生显着的约束初始状态的修改。另一方面，当考虑增加一个8维高阶导数项时，我们发现一个占主导地位的快速振荡的贡献，这是以前被忽视的，其显着增强的幅度是独立的三角形考虑。然而，关联函数（的符号）的振荡性质意味着信号几乎与当前可用的观测模板正交，从而大大降低了对增强的敏感性。可以推导出偏离标准Bunch-Davies真空态的约束，但也取决于次主导项。我们强调，特别是适应模板的建设和应用可能会导致CMB双谱约束修改后的初始状态已经与来自功率谱的竞争。
2009-05-11 astro-ph.CO hep-th
High-Redshift Signatures from the Cosmic Dawn and the Epoch of Reionization
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；New York University（纽约大学）；Jadavpur University（贾达普大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；University of Sussex（萨塞克斯大学）；Guangxi University（广西大学）；Tsinghua University（清华大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Zurich（苏黎世大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Northeastern University（东北大学）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Oberlin College（欧柏林学院）；University of Toronto（多伦多大学）
本文综述了宇宙黎明和再电离时期塑造21厘米信号的天体物理和宇宙学过程，探讨了标准与奇异信号，并评估了SKA-Low的探测能力。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Halving and Doubling: Boosting the Detection of Relativistic Effects in the Galaxy Bispectrum with Optimal Subsample Selection
Università degli Studi di Torino（都灵大学）；INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所都灵分部）；INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica, Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理学研究所都灵天文台）；University of the Western Cape（西开普敦大学）；Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）；Università degli Studi di Ferrara（费拉拉大学）
通过最优子样本选择，提升银河双谱中广义相对论效应的探测能力
2026-02-27 astro-ph.CO
The Effect of Large Optical Depths on the Non-Gaussian 21-cm signal from Cosmic Dawn
本研究通过数值模拟发现，宇宙黎明期间HI 21厘米信号的大光学深度高阶项显著抑制偏度、功率谱和双谱，尤其影响非高斯特征，需保留τ至三阶以准确建模。
2025-10-08 astro-ph.CO gr-qc
The impact of Lyman-$α$ emission line heating and cooling on the cosmic dawn 21-cm signal
考虑到增强的Ly $α$光子线发射人口III占主导地位的恒星系统在第一个形成的星系，我们显示在$10<z<30$的21厘米宇宙黎明信号可能会大大不同于标准的情况。如果星系内的HII区域是复合束缚的，那么来自星系的Ly $α$光子的能量传递可能会加热星系际气体，或者如果被晕内部的风变红，那么气体的冷却速度会比绝热膨胀更快。在某些情况下，在$15<z<25$可能会达到接近$-500$ mK的21厘米天线温度差，类似于EDGES 21厘米宇宙黎明实验检测到的特征。
2020-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Line of sight anisotropies in the Cosmic Dawn and EoR 21-cm power spectrum
来自宇宙黎明和再电离时期的红移21厘米信号的视线方向在许多方面与任何其他宇宙学信号相比都是非常独特的。不同的独特效应，如信号的演化历史，物质的非线性特殊速度等，将沿着观测信号的视线轴留下它们的签名。未来SKA-LOW射电干涉仪的主要目标之一是通过这个21厘米的信号观测宇宙黎明和再电离时期。因此，重要的是要了解这些不同的影响如何影响信号的实际检测和正确的解释。在过去的15年里，印度的各个团体一直在积极地试图通过分析模型和模拟来理解和量化这种信号中存在的不同视线效应。在许多方面，这个子领域在21厘米宇宙学下的重要性已经被印度社区确定、强调和推动。在这篇文章中，我们简要地描述了他们的贡献和这些影响的背景下，未来的调查宇宙黎明和时代的再电离，将进行的SKA-LOW。
2016-10-26 astro-ph.CO
Primordial non-Gaussianity and non-Gaussian Covariance
在追求原始非高斯性的过程中，我们希望在更大的共动体积上获得更小的尺度。在低红移时，寻找原初非高斯性会受到引力坍缩的阻碍，我们通常将其与尺度$k_{\rm NL}$联系在一起。超过这些尺度，将很难重建对原始分布敏感的模式。当预测对原始非高斯幅度$f_{\rm NL}$的未来约束时，协方差中的非对角分量通常被忽略，因为这些分量与对角分量相比很小。我们发现，诱导的非高斯非对角分量的协方差降低预测约束原始的非高斯性，即使所有的模式都在通常被认为是线性制度。作为一个试验场，我们检查这些非对角分量的约束功率的$f_{\rm NL}$作为$k_{\rm max}$和红移的函数，证实了我们的结果对N体模拟的红移$z=10$。然后，我们考虑这些影响氢双谱观察到的PUMA样的21厘米强度映射调查在红移$2<z<6$，并表明，不包括非对角协方差过度预测的约束功率$f_{\rm NL}$的$5$的一个因素。对于未来针对更高红移的调查，如宇宙黎明和黑暗时代，这被认为是对原始非高斯的终极调查，我们预测非高斯协方差将严重限制双谱约束$f_{\rm NL}$的前景。
2022-06-21 astro-ph.CO
Model-Independent Signatures of New Physics in non-Gaussianity
我们计算了由于高能物理作用对de Sitter空间中原始双谱和三谱的模型无关贡献。我们通过将轻暴胀子耦合到辅助重场，然后在Schwinger-Keldysh“in-in”形式主义中计算关联函数来实现这一点。高能物理产生由$H/M$参数化的修正，其中$H$是暴胀的尺度，$M$是重场的质量。双谱在细长形状附近达到峰值，但除此之外不包含任何特征。三光谱在$H/M$阶没有接收到校正。
2013-01-19 astro-ph.CO hep-th
Primordial Magnetic Fields at Cosmic Dawn: 21-cm Forecasts with HERA and SKA
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；New York University（纽约大学）
本文通过扩展zeus21框架，研究原初磁场对早期结构形成和21厘米信号的影响，预测HERA和SKA的探测能力，结合CMB先验信息提供互补的宇宙学约束。
2026-05-06 astro-ph.CO
Redshift-space 21-cm bispectrum multipoles as an SKA-era gravity test in the post-reionization Universe
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）；McGill University（麦吉尔大学）；Ciela—Montreal Institute for Astrophysical Data Analysis and Machine Learning（Ciela-蒙特利尔天体物理数据分析与机器学习研究所）
利用SKA-MID观测红移空间21厘米双谱多项式，探测再电离后宇宙中偏离广义相对论的引力效应。
2026-01-26 astro-ph.CO
Probing First Galaxies and Their Impact on the Intergalactic Medium through the 21-cm Observation of the Cosmic Dawn with the SKA
本文综述了高红移恒星和X射线源形成的理论，以及它们对21厘米背景的影响。主要焦点是在宇宙黎明时的莱曼α泵浦和X射线加热机制，通过在21厘米背景中产生相当大的波动，为高红移天体物理学打开了一个新的观测窗口。我们描述了观测前景的功率谱分析和三维层析成像（成像）的签名，这些早期天体物理源SKA 1-LOW和SKA 2。
2015-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mapping discrete galaxies at cosmic dawn with 21-centimeter observations
本文通过升级的半数值模拟发现，宇宙黎明时期的21厘米图像由围绕单个星系的巨大高对比度气泡主导，这些气泡将功率谱增强2至7倍，有望被SKA等实验探测到。
2020-08-11 astro-ph.CO
Bayesian constraints on the global 21-cm signal from the Cosmic Dawn
第一个发光源的诞生和随后的再电离时期最好通过红移的21厘米发射线来研究，前两个的签名印在最后一个。在这项工作中，我们提出了一个完全贝叶斯方法，\textsc{hibayes}，用于提取微弱的，全球（天空平均）21厘米的信号，从更明亮的前景发射。我们表明，一个简化的（但似乎合理），来自宇宙黎明时期的21厘米发射的高斯模型即使在存在结构化前景频谱的情况下，也可以提取由幅度$A_{\rm HI}$、频率峰值$ν_{\rm HI}$和宽度$σ_{\rm HI}$参数化的前向频谱（$15 \lesssim z \lesssim 30$（参数化为$7^{\rm th}$阶多项式），提供了足够的信噪比（用单个偶极子进行400小时的观察）。我们将我们的方法应用于早期，19分钟长的观测从大口径实验检测黑暗时代，约束21厘米的信号幅度和宽度分别为$-890 < A_{\rm HI} < 0$ mK和$σ_{\rm HI} > 6.5$ MHz（对应于$Δz > 1.9$在红移$z \simeq 20$）在95%的置信水平范围内$13.2 < z < 27.4$（$100 > ν> 50$ MHz）。
2016-06-20 astro-ph.CO
Detection of Cosmic Structures using the Bispectrum Phase. I. Mathematical Foundations
许多低频射电干涉仪的目标是从宇宙学红移的结构中探测非常微弱的光谱特征，特别是使用其特征21 cm谱线的中性氢。由于需要非常高的动态范围来将这些微弱的光谱波动与非常明亮的前景隔离开来，因此来自仪器或分析的光谱系统学，而不是热噪声，目前限制了它们的灵敏度。如果不能用分数不准确度$\lesssim 10^{-5}$实现光谱校准，就不可能探测到临界宇宙信号。来自干涉测量的双谱相位在很大程度上不受该校准问题的影响。我们提出了一个基础，探讨的性质，双谱相位的小光谱波动的限制。我们确定，他们测量的内在差异的横向结构的宇宙信号相对于前景，表示为旋转的基本相位角。它们的大小与宇宙信号相对于前景的强度有关。使用一系列的天空模型，我们详细的行为，双谱相位波动使用标准傅立叶域技术，并发现它与现有的方法相比，有一些关键的差异。模式混合的前景污染比现有的方法更明显，因为双谱相位是三个单独的干涉相位的产物。双谱相位波动中前景的乘法耦合导致前景签名与宇宙信号的混合。我们简要概述了这种方法的变化，以避免广泛的模式混合。尽管其局限性，使用双谱相位的结果的解释是可能的，与前向建模。重要的是，它是现有方法的独立和可行的替代方案。
2020-07-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Scale-dependent bias from an inflationary bispectrum: the effect of a stochastic moving barrier
随着大尺度星系巡天的到来，对原始非高斯性（PNG）的限制有望达到${\cal O}(f_\text{NL}) \sim 1$。为了充分利用这些未来调查的潜力，有必要对PNG在宇宙大尺度结构上留下的签名进行深入的理论理解。在本文中，我们探讨了一个随机移动的障碍的非高斯偏置的幅度引起的本地二次PNG的效果。我们表明，在峰值方法晕聚类，非高斯偏置的幅度一般会不同于峰值背景分裂预测，除非障碍是平坦的和确定性的。对于具有平方根势垒的偏移集峰，其合理地再现SO晕的线性偏置$b_1$和质量函数$\bar{n}_\text{h}$，非高斯偏置振幅比质量为$\sim 10^{13} {\it h}^{-1}M_\odot$的晕在$z=0$的峰-背景分裂期望$d\ln\bar{n}_\text{h}/d\lnσ_8$大$\sim 40$ %。此外，我们认为，PNG的压缩配置的晕双谱的效果显着不同的预测标准的本地偏置方法。我们的预测可以很容易地通过N体模拟来证实或无效。
2015-01-23 astro-ph.CO
Universal Non-Gaussian Signatures from Transient Instabilities
RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences（理化学研究所交叉理论科学中心）；Van Swinderen Institute for Particle Physics and Gravity, University of Groningen（格罗宁根大学范斯温德恩粒子物理与引力研究所）；Institut d’Astrophysique de Paris, Sorbonne Université, CNRS（巴黎天体物理学研究所，索邦大学，法国国家科学研究中心）；Max Planck Institute for Physics, Werner-Heisenberg-Institut（马克斯·普朗克物理研究所，维尔纳·海森堡研究所）；Max Planck-IAS-NTU Center for Particle Physics, Cosmology and Geometry（马克斯·普朗克-国际先进研究-南洋理工大学粒子物理、宇宙学与几何中心）
研究瞬时超光速不稳定性在膨胀期熵波动中的双谱特征，发现普遍放大折叠配置及非解析缩放，提出适用于当前和未来宇宙学观测的双谱模板。
2026-08-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Probing individual sources during reionization and cosmic dawn using SKA HI 21-cm observations
通过HI 21 cm信号中的特征信号探测再电离期和宇宙黎明期的单个光源是探测再电离期的直接途径之一。在这里，我们总结了我们以前的工作，并提出了初步结果的前景，使用SKA 1-低实验检测这样的来源。我们首先讨论了预期的HI 21厘米信号在不同阶段的再电离和宇宙黎明的发光源周围。然后，我们介绍了两个基于可见性的估计检测这样的信号：一个基于匹配滤波技术和其他依赖于简单地结合从不同的基线和频率通道的可见性信号。我们发现SKA 1-low应该能够探测到半径为$R_b \gtrsim 10$ Mpc的电离泡，在红移$z \sim 8$处观测到$\sim 100$ hr，只要平均外中性氢分数$ x_{\rm HI} \gtrsim 0.5$。我们还研究了在已知明亮的类星体周围探测HII区域的可能性，例如Mortlock等人在2011年发现的ULASJ 1120 +0641。我们发现，如果类星体年龄和外部$ x_{\rm HI} $至少分别为$\sim 2 \times 10^7$ Myr和$\sim 0.2$，则用SKA 1-low观测的$600$ hr探测$5 σ$是可能的。最后，我们研究了在宇宙黎明期间探测第一个X射线和Ly-PDMATHAMV源的可能性。我们认为小型类星体一样的来源，在X射线频段发射。我们发现，与总的$\sim 1000$小时的观察，SKA 1-低应该能够检测到这些源单独与…
2016-10-26 astro-ph.CO
The Rise of the First Stars: Supersonic Streaming, Radiative Feedback, and 21-cm Cosmology
了解第一批恒星和星系的形成和演化是天文学中最令人兴奋的前沿之一。由于宇宙在早期充满了氢原子，因此最有希望探测第一批恒星时代的是氢的突出的21厘米谱线。目前的观测工作主要集中在宇宙再电离时代，但对再电离前宇宙黎明的观测也很有希望。虽然在观测上尚未探索，但理论研究预测了宇宙黎明的各种各样的观测信号。当第一批恒星形成时，它们的辐射（加上来自恒星残骸的辐射）产生了重要的宇宙事件，包括z~25的莱曼-α耦合和早期的X射线加热。许多焦点已经去研究21厘米波动的角平均功率谱。其他探测包括全球（天空平均）21厘米光谱，和视线的21厘米功率谱的各向异性。一个特别引人注目的特征可能来自最近认识到的暗物质和气体之间超音速相对速度的影响。在这一领域的工作，重点是理解整个时代的再电离和宇宙黎明的分析模型和数值模拟，可能会增加强度和重要性，因为理论预测最终预计将面对21厘米观测在未来几年。[删节]
2016-06-02 astro-ph.CO
Signatures of anisotropic sources in the squeezed-limit bispectrum of the cosmic microwave background
在压缩位形中，其中一个波数$k_3$远小于另外两个波数$k_3\ll k_1\approx k_2$，原始曲率扰动的双谱在暴胀物理中起着特殊的约束作用。本文研究了压缩极限双谱中的一个新的唯象特征：即压缩极限双谱的振幅依赖于${\bf k}_1$和${\bf k}_3$之间的夹角，使得$B_ζ(k_1, k_2, k_3) \to 2 \sum_L c_L P_L(\hat{\bf k}_1 \cdot \hat{\bf k}_3) P_ζ(k_1)P_ζ(k_3)$，其中$P_L$是勒让德多项式.虽然$c_0$与通常的局部形式的$f_{\rm NL}$参数$c_0=6f_{\rm NL}/5$相关，但更高的多极系数$c_1$、$c_2$等，并没有受到数据的限制。由大尺度磁场引起的原始曲率扰动产生非零的$c_0$、$c_1$和$c_2$。操作包含$I(ϕ)^2 F^2$等项的膨胀模型生成$c_2=c_0/2$。最近提出的“固体膨胀”模型产生$c_2\gg c_0$。一个测量宇宙微波背景温度各向异性的宇宙方差限制实验，直到$\ell_{\rm max}=2000$，能够测量这些系数下降到$δc_0=4.4$，$δc_1=61$和$δc_2=13$（68% CL）。我们还发现，$c_0$和$c_1$，以及$c_0$和$c_2$几乎不相关。这些系数的测量将为暴胀物理学打开一扇新的窗口，例如…
2013-05-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The dipole of the galaxy bispectrum
双谱将在未来的星系巡天中发挥重要作用。在大尺度上，它是测量原始非高斯性的关键探针，可以帮助区分不同的暴胀模型和早期宇宙的其他理论。在这些尺度上，一旦星系数的涨落投射到我们过去的光锥上，各种相对论效应就开始发挥作用。我们首次表明，领先的相对论校正从这些扭曲的星系双谱产生一个显着的偶极子，主要是从相对论红移空间扭曲。偶极的振幅甚至在等尺度上也可以超过10%。在红移空间双谱的牛顿近似中不存在这样的偶极，因此它提供了相对论效应对大尺度结构中宇宙尺度的明显特征。
2019-05-01 astro-ph.CO gr-qc
Parity violation in the CMB bispectrum by a rolling pseudoscalar
本文研究了在一个暴胀模型中，一个滚动赝标产生大的等边张量非高斯性的宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振双谱的宇称违反特征。基于全天空理论的具体计算表明，所得CMB双谱在奇偶偶$(\ell_1 + \ell_2 + \ell_3 = {\rm even})$和奇偶奇$(\ell_1 + \ell_2 + \ell_3 = {\rm odd})$空间中均具有非零信号，且与通常的标量模等边双谱几乎不相关.这些特征签名和偏振信息有助于检测这种张量非高斯性。温度和E-模式双谱的使用潜在地改进了$400\%$相对于单独使用温度双谱的分析的可检测性。考虑到B模式双谱，信噪比可能能够增加3个数量级。我们提出的$1σ$的不确定性的参数依赖于一个耦合常数和滚动条件的赝标量预计在${\it Planck}$和建议的PRISM实验。
2013-11-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Signatures of Primordial non-Gaussianities in the Matter Power-Spectrum and Bispectrum: the Time-RG Approach
利用时间重整化群方法研究了宇宙学暗物质密度扰动非线性演化中的原初非高斯性效应。该方法通过求解控制引力不稳定性动力学的类重整化群方程，改进了标准微扰法。从暗物质密度对比度和速度场构造的原始双谱表示重整化群流的初始条件。我们考虑局部，等边和折叠形状的初始非高斯性和分析，以及在其中的非线性参数f_{NL}参数化的强度的非高斯性取决于在傅立叶空间中的动量通过幂律关系，所谓的运行非高斯性的情况下。对于本地模型的非高斯性，我们比较我们的研究结果与最近的N体模拟的功率谱，发现他们准确地拟合N体数据波数k \sim 0.25 h/Mpc在z=0。我们还提出了预测的（减少）物质双谱的各种形状的非高斯。
2010-03-08 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Non-Gaussian signatures of general inflationary trajectories
我们进行了一个数值计算的双谱在广义轨道的规范，单场通货膨胀。轨道产生的哈密尔顿-雅可比（HJ）形式主义的基础上哈勃慢滚（HSR）参数。该计算通常允许在非慢滚状态下的形状和尺度相关的双谱或无量纲$f_{NL}$。分布的$f_{NL}$为各种形状和HSR的建议，作为一个例子，这个过程中如何可以使用的背景下的Monte Carlo探索的通货膨胀轨迹。我们还展示了如何允许出慢滚行为可以导致一个双谱，是相对较大的等边形状。
2013-11-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Probing Compensated Isocurvature with the 21-cm Signal during Cosmic Dawn
即将到来的中性氢21厘米线的测量将为结构生长的早期阶段打开一个新的观测窗口，为利用来自第一批恒星的小尺度信号探测大尺度宇宙学特征提供了一个独特的机会。在本文中，我们评估的补偿等曲率扰动（CIP）的观测21厘米氢线在宇宙黎明时代的检测意义。CIP是相对重子和暗物质密度的调制，使总物质密度保持不变。我们发现，在不同的假设反馈和前景下，正在进行的HERA和即将到来的SKA 1-低实验将在$σ(A_{\rm CIP})= 10^{-3}-10^{-4}$水平上对不相关的CIP提供约束，与即将到来的CMB实验的灵敏度相当，并可能超过宇宙方差有限的BAO调查的约束。
2021-06-22 astro-ph.CO hep-ph
Evaluating the QSO contribution to the 21-cm signal from the Cosmic Dawn
即将到来的无线电干涉仪平方公里阵列（SKA）预计将直接探测宇宙黎明期间存在的中性氢的红移21厘米信号。来自中性星系际介质的X射线加热的温度波动可以主导此时21厘米信号的波动。这种加热取决于存在的X射线源的丰度、聚集和性质，这些仍然是高度不确定的。我们提出了一套三个新的大体积，349\，Mpc一侧，完全数值辐射转移模拟，包括类星体源，扩展了Ross等人先前提出的工作。结果表明，我们的类星体有一个温和的贡献的加热预算，但显着影响21厘米的信号。最初，功率谱在大尺度上通过有偏的类星体源的加热而增强，然后在所有尺度上减小。在适当的红移下，21 cm信号图像的波动（分辨率对应于SKA 1-Low）远高于深度积分的预期噪声，表明成像对于所有考虑的X射线源模型都是可行的。类星体最显著的贡献是信号的非高斯性急剧增加，这是通过21厘米概率分布函数的偏度和峰度来衡量的。然而，在晚期莱曼- $α$饱和的情况下，这种非高斯性可以显著降低，特别是当加热发生较早时。我们的结论是，增加非高斯性是一个有前途的签名罕见的X射线源在这个时候，提供莱曼- $α$饱和发生之前，加热占主导地位的21厘米信号。
2019-04-28 astro-ph.CO
A weak lensing view on primordial non-Gaussianities
我们研究了弱透镜双谱中原始非高斯性的特征，特别是由局部、正交和等边非高斯性产生的信号。我们解决的问题包括在欧几里得弱透镜调查中产生的信噪比（我们发现，对于局部、正交和等边非高斯性，fNL的1 σ误差分别为200、575和1628），如果选择错误的非高斯性模型，则fNL的错误估计（根据模型的选择，fNL中可能存在高达+/-3倍的错误估计），注意到此类错误的概率（从fNL 200开始，chi ^2泛函的值大得不可能），原始双谱的简并与其他宇宙学参数有关（只有物质密度Omega_m起重要作用），以及减去大得多的结构形成产生的双谱。如果一个标准的wCDM参数集的先验可从欧几里得和普朗克，结构形成双谱可以预测足够准确的减法，任何残留的结构形成双谱将影响fNL的估计到一个较小的程度。在计算卡方泛函和相关量时出现的积分-空间积分可以用蒙特卡罗技术非常有效地进行，它将复杂性降低了O（10^4）倍，同时提供了低于百分之一的精度。弱透镜探测比CMB更小的尺度，因此对非高斯性提供了额外的约束，即使它们对原始非高斯性不像CMB那样敏感。
2011-07-08 astro-ph.CO
The Signature of Sub-galactic Dark Matter Clumping in the Global 21-cm Signal of Hydrogen
本研究结合流体动力学模拟与大规模网格，精确计算了非线性结构形成对全球21厘米射电强度的影响，揭示了在黑暗时代和宇宙黎明期间探测亚星系级暗物质团块化效应的潜力，为检验暗物质本质和非标准宇宙学模型开辟了新途径。
2025-09-14 astro-ph.CO
Capturing primordial non-Gaussian signatures in the late Universe by multi-scale extrema of the cosmic log-density field
本文提出尺度相关峰高函数和谷深函数两种新统计量，基于 Quijote 模拟证明其在约束原初非高斯性和宇宙学参数上优于功率谱与双谱，为从晚期宇宙提取原初信号提供有效方案。
2024-12-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Quijote-PNG: Quasi-maximum likelihood estimation of Primordial Non-Gaussianity in the non-linear halo density field
本研究使用基于最优压缩功率谱和模态双谱的准极大似然估计器，在非线性尺度上分析红移空间晕场的原初非高斯性，并在Quijote-PNG模拟上验证了其对局部、等边和正交PNG的无偏性与预测约束。
2023-05-18 astro-ph.CO
N-body simulations with generic non-Gaussian initial conditions I: Power Spectrum and halo mass function
我们解决的问题，建立通用的非高斯初始条件的N体模拟。我们认为，通货膨胀动机的原始非高斯性的扰动在Barnes-potential是由一个占主导地位的高斯部分加上非高斯部分指定的双谱。我们在这里探索的方法适用于任何双谱，即它不必是所谓的可分离或可因子分解的形式。生成具有给定双谱（以及高斯分量的给定功率谱）的非高斯场的过程不是单义的，并且必须小心，使得高阶校正不会在功率谱上留下太大的签名。到目前为止，这是我们方法的一个限制因素。然后，我们运行N体模拟最流行的通货膨胀动机的非高斯形状。晕质量函数和非线性功率谱同意理论分析近似在文献中提出的，即使他们到目前为止，开发和测试只为一个特定的形状（本地的）。我们计划通过非高斯模拟比较项目网站http://icc.ub.edu/~liciaverde/NGSCP.html向社区提供模拟输出。
2010-06-30 astro-ph.CO
Primordial non-Gaussianity constraints on dissipative inflation
University of Cambridge（剑桥大学）；University of Chicago（芝加哥大学）
本文利用开放有效场论膨胀（Open EFToI）研究耗散和随机效应，发现非高斯性特征与标准模型不同，基于普朗克数据获得早期宇宙耗散的约束。
2026-03-13 astro-ph.CO
The Shape Dependence of Vainshtein Screening in the Cosmic Matter Bispectrum
修正重力学中最紧迫的问题之一是，在即将到来的星系巡天中，偏离广义相对论的现象会如何表现出来。这是特别相关的理论展示范施泰因筛选，其中这种偏差被有效地抑制在一个（通常是大）范施泰因半径。然而，Vainshtein屏蔽被认为是形状相关的：它在球形源周围最有效，在圆柱形物体周围较弱，并且对于平面源完全不存在。因此，宇宙网络提供了一个试验场，因为它以簇、丝和墙的形式展示了许多形状。在这项工作中，我们明确地推导出签名的形状依赖的Vainshtein筛选的物质双谱，考虑一个立方Galileon模型与共形耦合的物质和宇宙学常数。我们进行二阶微扰分析，推导出解析，积分表达式的双谱，我们整合使用hi_class。我们发现，形状依赖的Vainshtein屏蔽进入双谱与一个独特的尺度因子依赖的$\propto a^{3/2}$。对于线性增长率偏离$Λ$ CDM高达5%的模型，今天的影响幅度高达2%。
2019-10-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
