WMAP precision data enables accurate testing of cosmological models. We find that the emerging standard model of cosmology, a flat Lambda-dominated universe seeded by nearly scale-invariant adiabatic Gaussian fluctuations, fits the WMAP data. With parameters fixed only by WMAP data, we can fit finer scale CMB measurements and measurements of large scle structure (galaxy surveys and the Lyman alpha forest). This simple model is also consistent with a host of other astronomical measurements. We then fit the model parameters to a combination of WMAP data with other finer scale CMB experiments (ACBAR and CBI), 2dFGRS measurements and Lyman alpha forest data to find the model's best fit cosmological parameters: h=0.71+0.04-0.03, Omega_b h^2=0.0224+-0.0009, Omega_m h^2=0.135+0.008-0.009, tau=0.17+-0.06, n_s(0.05/Mpc)=0.93+-0.03, and sigma_8=0.84+-0.04. WMAP's best determination of tau=0.17+-0.04 arises directly from the TE data and not from this model fit, but they are consistent. These parameters imply that the age of the universe is 13.7+-0.2 Gyr. The data favors but does not require a slowly varying spectral index. By combining WMAP data with other astronomical data sets, we constrain the geometry of the universe, Omega_tot = 1.02 +- 0.02, the equation of state of the dark energy w < -0.78 (95% confidence limit assuming w >= -1), and the energy density in stable neutrinos, Omega_nu h^2 < 0.0076 (95% confidence limit). For 3 degenerate neutrino species, this limit implies that their mass is less than 0.23 eV (95% confidence limit). The WMAP detection of early reionization rules out warm dark matter.

We confront predictions of inflationary scenarios with the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) data, in combination with complementary small-scale cosmic microwave background (CMB) measurements and large-scale structure data. The WMAP detection of a large-angle anticorrelation in the temperature-polarization cross-power spectrum is the signature of adiabatic superhorizon fluctuations at the time of decoupling. The WMAP data are described by pure adiabatic fluctuations: we place an upper limit on a correlated cold dark matter (CDM) isocurvature component. Using WMAP constraints on the shape of the scalar power spectrum and the amplitude of gravity waves, we explore the parameter space of inflationary models that is consistent with the data. We place limits on inflationary models; for example, a minimally coupled λϕ4 is disfavored at more than 3 σ using WMAP data in combination with smaller scale CMB and large-scale structure survey data. The limits on the primordial parameters using WMAP data alone are ns(k0 = 0.002 Mpc-1) = 1.20, dns/d ln k = -0.077, A(k0 = 0.002 Mpc-1) = 0.71 (68% CL), and r(k0 = 0.002 Mpc-1) < 1.28 (95% CL).

This overview paper describes the legacy prospect and discovery potential of the Dark Energy Survey (DES) beyond cosmological studies, illustrating it with examples from the DES early data.DES is using a wide-field camera (DECam) on the 4 m Blanco Telescope in Chile to image 5000 sq deg of the sky in five filters (grizY).

We describe our methodology for comparing the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) measurements of the cosmic microwave background (CMB) and other complementary data sets to theoretical models. The unprecedented quality of the WMAP data and the tight constraints on cosmological parameters that are derived require a rigorous analysis so that the approximations made in the modeling do not lead to significant biases. We describe our use of the likelihood function to characterize the statistical properties of the microwave background sky. We outline the use of the Monte Carlo Markov Chains to explore the likelihood of the data given a model to determine the best-fit cosmological parameters and their uncertainties. We add to the WMAP data the ℓ ≳ 700 Cosmic Background Imager (CBI) and Arcminute Cosmology Bolometer Array Receiver (ACBAR) measurements of the CMB, the galaxy power spectrum at z ∼ 0 obtained from the Two-Degree Field Galaxy Redshift Survey (2dFGRS), and the matter power spectrum at z ∼ 3 as measured with the Lyα forest. These last two data sets complement the CMB measurements by probing the matter power spectrum of the nearby universe. Combining CMB and 2dFGRS requires that we include in our analysis a model for galaxy bias, redshift distortions, and the nonlinear growth of structure. We show how the statistical and systematic uncertainties in the model and the data are propagated through the full analysis.

We summarize the utility of precise cosmic microwave background (CMB) polarization measurements as probes of the physics of inflation. We focus on the prospects for using CMB measurements to differentiate various inflationary mechanisms. In particular, a detection of primordial B‐mode polarization would demonstrate that inflation occurred at a very high energy scale, and that the inflaton traversed a super‐Planckian distance in field space. We explain how such a detection or constraint would illuminate aspects of physics at the Planck scale. Moreover, CMB measurements can constrain the scale‐dependence and non‐Gaussianity of the primordial fluctuations and limit the possibility of a significant isocurvature contribution. Each such limit provides crucial information on the underlying inflationary dynamics. Finally, we quantify these considerations by presenting forecasts for the sensitivities of a future satellite experiment to the inflationary parameters.

We present a new bound on the ultra-light axion (ULA) dark matter mass $m_\text{a}$, using the Lyman-alpha forest to look for suppressed cosmic structure growth: a 95% lower limit $m_\text{a} > 2 \times 10^{-20}\,\text{eV}$. This strongly disfavors ($> 99.7\%$ credibility) the canonical ULA with $10^{-22}\,\text{eV} < m_\text{a} < 10^{-21}\,\text{eV}$, motivated by the string axiverse and solutions to possible tensions in the cold dark matter model. We strengthen previous equivalent bounds by about an order of magnitude. We demonstrate the robustness of our results using an optimized emulator of improved hydrodynamical simulations.

The Hubble constant (H_{0}) estimated from the local Cepheid-supernova distance ladder is in 3-σ tension with the value extrapolated from cosmic microwave background (CMB) data assuming the standard cosmological model. Whether this tension represents new physics or systematic effects is the subject of intense debate. Here, we investigate how new, independent H_{0} estimates can arbitrate this tension, assessing whether the measurements are consistent with being derived from the same model using the posterior predictive distribution (PPD). We show that, with existing data, the inverse distance ladder formed from BOSS baryon acoustic oscillation measurements and the Pantheon supernova sample yields an H_{0} posterior near identical to the Planck CMB measurement. The observed local distance ladder value is a very unlikely draw from the resulting PPD. Turning to the future, we find that a sample of ∼50 binary neutron star "standard sirens" (detectable within the next decade) will be able to adjudicate between the local and CMB estimates.

ABSTRACT Strongly lensed supernovae are rare and valuable probes of cosmology and astrophysics. Upcoming wide-field time-domain surveys, such as the Vera C. Rubin Observatory’s Legacy Survey of Space and Time (LSST), are expected to discover an order-of-magnitude more lensed supernovae than have previously been observed. In this work, we investigate the cosmological prospects of lensed type Ia supernovae (SNIa) in LSST by quantifying the expected annual number of detections, the impact of stellar microlensing, follow-up feasibility, and how to best separate lensed and unlensed SNIa. We simulate SNIa lensed by galaxies, using the current LSST baseline v3.0 cadence, and find an expected number of 44 lensed SNIa detections per year. Microlensing effects by stars in the lensing galaxy are predicted to lower the lensed SNIa detections by ∼8 per cent. The lensed events can be separated from the unlensed ones by jointly considering their colours and peak magnitudes. We define a ‘gold sample’ of ∼10 lensed SNIa per year with time delay &gt;10 d, &gt;5 detections before light curve peak, and sufficiently bright (mi &lt; 22.5 mag) for follow-up observations. In 3 yr of LSST operations, such a sample is expected to yield a 1.5 per cent measurement of the Hubble constant.

Cold-atom analog experiments are a promising new tool for studying relativistic vacuum decay, enabling one to empirically probe early-Universe theories in the laboratory. However, existing proposals place stringent requirements on the atomic scattering lengths that are challenging to realize experimentally. Here we eliminate these restrictions and show that stable mixture between two states of a bosonic isotope can be used as a faithful relativistic analog. This greatly expands the landscape of suitable experiments, and will expedite efforts to study vacuum decay with cold atoms. Published by the American Physical Society 2024