超轻质轴子CMB和物质功谱的准确方法

超轻质轴子（ULA）的质量范围$10^{-33} \lesssim m/{\rm eV} \lesssim 10^{-12}$在由弦概念驱动的模型中备受青睐，可以是暗能量或暗物质范围内的全部或部分。由于ULA场振荡频率$m$可能远大于膨胀率$H$，对宇宙观测量的准确且高效计算需要有效的时间平均处理。虽然对于$m\gg 10 H_{\rm eq}$的情形已有成熟方法，但本文我们将其扩展并开发以覆盖$10^{-33} \lesssim m/{\rm eV} \lesssim 10^{-18}$的质量范围。我们在完整的宇宙玻尔兹曼代码（$\mathrm{AxiECAMB}$）中实现了该技术，数值精度足以满足当前和下一代宇宙微波背景以及大尺度结构数据分析的需求。新的效应，包括度规扰动的时间平均和有效流体的水平平衡，相对于某些参数空间中的一些以前处理方法（如$\mathrm{AxionCAMB}$）实现了数个数量级的功谱精度提升，以及在$\Lambda$CDM模型附近ULA效应的单位量级变化。这些改进可能以相当 comparable 的水平影响解决$\Lambda$CDM各种张力的模型参数。