NANOGrav signal as mergers of Stupendously Large Primordial Black Holes
我们给出了一个解释的信号NANOGrav检测到的随机引力波背景从二进制合并的原始“惊人的大黑洞“（SLABs）的质量$M\sim(10^{11}-10^{12})M_{\odot}$，并大致对应于暗物质的$0.1\%$。我们表明，严格的界限来自$μ$扭曲的CMB可以被超越，如果在这些BH的扰动产生的非高斯分布的波动，预计在单场模型的通货膨胀产生尖峰的功率谱。虽然来自具有$M\lesssim 10^{11}M_{\odot}$的二进制的随机背景的尾部可以拟合NANOGrav并且遵守$μ$失真限制，但是它们被排除在大尺度结构约束之外。
2020-12-29 astro-ph.CO gr-qc
Were recently reported MHz events planet mass primordial black hole mergers?
利用体声波谐振腔作为高频引力波天线，最近在$5.5$ MHz频率上探测到了两个罕见事件。假设探测到的事件是由引力波引起的，它们的特征应变振幅约为$h_c\approx 2.5 \times 10^{-16}$。虽然由于高频波携带的巨大能量，宇宙学信号不在图片中，但该信号可能是由于奥尔特云内两个行星质量的原始黑洞（$\approx 4\times 10^{-4} M_\odot$）在大约$0.025$ pc（$5300$ AU）处合并所致。在这个简短的说明中，我们表明，一个这样的事件发生在这个体积每年的概率是$1:10^{24}$左右，如果这样的土星质量的原始黑洞是$1\%$的暗物质。因此，探测到的信号不太可能是由于行星质量的原始黑洞的合并。然而，下一代引力波探测器，如DECIGO和BBO，可能会发现土星质量的原始黑洞双星的随机背景。
2021-11-23 astro-ph.CO gr-qc
Constraining the Merger History of Primordial-Black-Hole Binaries from GWTC-3
利用GWTC-3引力波事件约束原初黑洞双星的并合历史，发现多次并合贡献次主导，可忽略；对数正态质量函数拟合最佳，恒星质量PBH不主导冷暗物质。
2023-04-02 astro-ph.CO gr-qc
Merger History of Clustered Primordial Black Holes
National Research Nuclear University MEPhI（国立核研究莫斯科工程物理学院）；MIREA --- Russian Technological University（俄罗斯技术大学）
研究原初黑洞集群的合并历史，揭示其合并率与孤立系统差异，并发现引力波背景谱斜率变化。
2025-12-07 astro-ph.CO gr-qc
Prospects of detection of subsolar mass primordial black hole and white dwarf binary mergers
本文探讨了利用DECIGO等空间引力波干涉仪探测原初黑洞与白矮星双星并合的可行性，评估了保守事件率并讨论了满足现有约束所需的增强机制。
2023-12-29 astro-ph.CO gr-qc
Hidden universality in the merger rate distribution in the primordial black hole scenario
有人提出，原始黑洞（PBH）在辐射占优时代形成双星。一旦形成，它们中的一部分可能会在宇宙的年龄内通过引力辐射反应合并。我们调查的合并率的PBH双星时，PBH有一个分布的质量周围${\cal O}(10) M_\odot$，这是一个推广的以前的研究中，PBH被假定为具有相同的质量。在推导出PBH质量平面中的合并时间概率分布公式后，我们在两种不同的近似下对其进行了评估。我们确定了一个数量的质量分布的合并率密度每单位宇宙时间和共动体积$\mathcal{R}(m_1,m_2)$，$α= -{(m_1+m_2)}^2\partial^2 \ln\mathcal{R}/\partial m_1\partial m_2 $，普遍满足$0.97 \lesssim α\lesssim 1.05$的所有二进制质量独立的PBH质量函数。这一结果表明，该数量的测量是有用的测试PBH的情况。
2018-01-14 astro-ph.CO gr-qc
Effect of a High-Precision Semi-Analytical Mass Function on the Merger Rate of Primordial Black Holes in Dark Matter Halos
本文研究了高精度半解析质量函数对暗物质晕中原初黑洞合并速率的影响。为此，我们首先解释了暗物质晕模型的理论框架，并介绍了相关的量，如晕密度分布，浓度参数，和一个高精度的半解析函数，即德尔Popolo（DP）质量函数。接下来，我们在考虑DP质量函数的椭球坍缩暗物质晕模型的框架下计算了PBH的合并率，并与我们以前对Sheth-Tormen（ST）质量函数的研究进行了比较。结果表明，将多环芳烃的质量取为$M_{\rm PBH} = 30M_{\odot}$，DP质量函数可以潜在地放大多环芳烃的合并速率。此外，我们计算合并率的PBH DP质量函数作为其质量和分数的函数，并将其与LIGO-Virgo探测器在最近的观测运行中记录的黑洞合并。我们的研究结果表明，如果$f_{\rm PBH} \gtrsim \mathcal{O}(10^{-1})$，PBH的合并率将落入LIGO-Virgo带。这意味着DP质量函数可以用来加强对PBH分数的约束。
2023-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Inferring the Merger History of Primordial Black Holes from Gravitational-Wave data and the Stochastic Signatures
本研究利用引力波暂现源目录数据，通过贝叶斯分析约束原初黑洞双星并合率，给出红移演化指数与局域并合率的估计，指出随机引力波背景可用于探测原初黑洞并合的累积历史。
2025-07-28 astro-ph.CO gr-qc
Merger rate distribution of primordial black hole binaries with electric charges
考虑了开普勒轨道上带电荷电的质点双星的引力辐射和电磁辐射，并在考虑最近的原初黑洞的引力矩和电磁矩的情况下，计算了带荷和一般质量函数的原初黑洞双星的合并率分布.我们应用的形式主义的极端带电的情况下，发现$α=-(m_i+m_j)^2\partial^2 \ln {\cal R}(m_i,m_j)/\partial m_i \partial m_j=12/11$，这是独立的质量函数。
2020-08-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The merger history of primordial-black-hole binaries
作为暗物质的候选者，原初黑洞（PBH）由于可能是LIGO/Virgo观测到的重双星黑洞（BBH）的祖先而受到越来越多的关注。准确估计PBH双星的合并速率对于重建PBH双星的质量分布至关重要。指出了多核聚变堆的合并历史可能会改变多核聚变堆的合并率分布，这取决于多核聚变堆的质量函数。本文利用LIGO/Virgo O 1和O2观测运行中的10个BBH事件，通过考虑合并历史的影响来约束PBH的合并率分布。研究发现，第二次兼并对总兼并率的贡献是次显性的，因此兼并历史效应可以忽略不计。
2020-01-12 astro-ph.CO
Digging deeper: Observing primordial gravitational waves below the binary black hole produced stochastic background
从第一次高级LIGO科学运行的探测中推断出的黑洞双星的合并率，意味着由宇宙学人口合并产生的随机背景可能会掩盖原始引力波背景。在这里，我们证明了下一代的地面探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器，将能够观察到的二进制黑洞合并在整个宇宙中有足够的效率，混乱的背景可能会被减去观察原始背景的水平$Ω_{\mathrm{GW}} \simeq 10^{-13}$经过五年的观察。
2017-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Hole Merger Rate in $f(R)$ Gravity
在 $f(R)$ 修改引力框架下计算原初黑洞并合率，发现较广义相对论有所增强，且场强变化可作为观测特征，结果与 LIGO-Virgo-KAGRA 数据在特定参数下一致。
2023-08-21 astro-ph.CO gr-qc
The Merger Rate of Primordial Black Hole-Neutron Star Binaries in Ellipsoidal-Collapse Dark Matter Halo Models
原始黑洞作为暗物质的潜在宏观候选者，由于其随机分布，可以在暗物质晕中遇到其他致密天体。此外，与恒星质量黑洞-中子星（BH-NS）合并有关的引力波（GW）的探测提出了参与此类事件的黑洞可能具有原始起源的可能性。本文在椭球坍缩暗物质晕模型的框架下计算了PBH-NS双星的合并速率，并与球形坍缩暗物质晕模型的相应结果进行了比较。我们的研究结果表明，椭球坍缩暗物质晕模型可以潜在地放大合并率的PBH-NS二进制的方式，它是非常接近的范围估计的LIGO-Virgo观测。虽然球形坍缩暗物质晕模型不能证明PBH-NS合并事件与LIGO-Virgo合作报告的最新GW数据一致。此外，我们计算合并率的PBH-NS二进制作为PBH的质量和分数的函数范围内的椭球坍缩暗物质晕模型。结果表明，如果$f_{PBH}\simeq 1$的质量为$(M_{PBH}\le 5 M_{\odot}, M_{NS}\simeq 1.4 M_{\odot})$，则PBH-NS并合事件与LIGO-Virgo观测结果一致.我们还表明，至少有一个$(M_{PBH}\simeq 5 M_{\odot}, M_{NS}\simeq 1.4 M_{\odot})$事件的共动体积$1 Gpc^{3}$每年，椭球坍缩暗物质晕模型约束的PBH的丰度为$f_{PBH} \geq 0.1$。
2022-11-25 astro-ph.CO gr-qc
The Clustering Evolution of Primordial Black Holes
原始黑洞可能构成宇宙中暗物质的重要组成部分，并负责LIGO/Virgo合作观察到的黑洞合并的引力波信号。原始黑洞的空间聚集可能会影响它们的合并率，并对它们的质量和丰度的约束产生重大影响。我们提供了一些原始的黑洞空间集群演化的分析处理，比较我们的结果与一些现有的N体数值模拟和讨论的影响黑洞合并率。如果原始黑洞对暗物质的一小部分有贡献，那么原始黑洞聚集就不相关了。另一方面，对于一个大的贡献的暗物质，我们认为，集群可能会增加后期的宇宙合并率与LIGO/室女座探测率兼容的水平。对于形成于原始时期的黑洞双星的早期宇宙合并率，成团可以克服LIGO/Virgo约束，但不能回避它们。
2020-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Initial clustering and the primordial black hole merger rate
如果原始曲率扰动服从高斯分布，那么原始黑洞（PBH）将服从泊松分布，而不需要额外的聚集。我们考虑了局域非高斯性及其对初始PBH聚簇和质量函数的影响，由于长波长和短波长模式之间的模式耦合。我们发现，即使是少量的非高斯结果在PBH的初始聚类和随后的合并率显着增强，PBH质量函数转移到更高质量的PBH。然而，由于集群变得强大，本地数密度的PBH变得大，导致合并率的理论上的不确定性很大。
2019-10-14 astro-ph.CO
Primordial Black Hole Merger Rate in Ellipsoidal-Collapse Dark Matter Halo Models
为了解释由先进LIGO（aLIGO）探测器的引力波探测结果估算的原初黑洞（PBH）合并引起的暗物质丰度，我们在晕的椭球坍缩模型中研究了PBH的合并速率.我们已经指出，PBH合并率内的每个晕的椭球模型是更显着的球形模型。我们已经指出，PBH合并率每单位时间和每单位体积的椭球坍缩晕模型是约一个数量级高于相应的球形模型。此外，我们还计算了PBH总合并率随红移的演化。结果表明，椭球晕模型的演化比球形晕模型更敏感，正如从模型预期。最后，我们已经提出了一个约束的PBH丰度范围内的椭球和球形模型。通过与第三次观测运行（O3）期间的aLIGO合并结果的比较，我们发现椭球坍缩晕模型中的合并率落在aLIGO窗口内，而同样的结果对于球形坍缩晕模型是无效的。此外，我们比较了总的合并率的PBH在椭球坍缩晕模型中的几个质量的PBH的分数。结果表明，PBH的总合并率与其质量成反比。我们还估计了在椭球坍缩晕模型中PBH的分数与它们的质量之间的关系，并证明了PBH的窄质量分布。结果表明，从椭球坍缩晕模型的PBH合并率推断的约束可能比球坍缩晕模型的相应结果更强。
2021-05-10 astro-ph.CO gr-qc
Merger Rate Distribution of Primordial-Black-Hole Binaries
本文考虑所有原初黑洞及线性密度扰动的力矩，计算了一般质量函数下原初黑洞双星的并合率分布，并指出一维和二维分布对重构质量函数至关重要。
2018-07-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the Merger Rate of Primordial Black Holes in Cosmic Voids
本研究聚焦宇宙空洞内原初黑洞的并合率问题，通过计算空洞暗物质晕中原初黑洞的并合率，明确其对aLIGO-aVirgo探测到的引力波事件的贡献，还分析了该并合率的红移演化及与质量、占比的关系。
2023-04-03 astro-ph.CO gr-qc
Bayesian analysis of LIGO-Virgo mergers: Primordial vs. astrophysical black hole populations
我们进行了彻底的贝叶斯分析的可能性，在引力波中看到的黑洞合并事件是原始的黑洞（PBH）合并。使用最新的合并率模型PBH二进制从对数正态质量函数，我们计算后验参数约束和贝叶斯证据使用的前两个观测运行的LIGO-Virgo的数据。我们占理论上的不确定性，由于周围的PBH，这可能会抑制合并率显着的二进制中断。我们还考虑了简单的天体物理学动机的模型，并发现这些是赞成决定性的PBH的情况下，量化的贝叶斯证据比。仔细注意参数先验和模型拟合质量的影响，我们表明，证据比可以通过比较预测的啁啾质量分布的数据来理解。我们确定了啁啾质量的后验预测分布作为区分模型的重要工具。与天体物理模型相比，所有合并都是PBH双星的模型是非常不利的，部分原因是过度预测了具有$\mathcal{M}_{\rm chirp} \gtrsim 40 \, M_\odot$的重系统，并且在观测质量范围内正偏度与观测结果不匹配。我们发现，通过增加一个最大的质量截止，双峰质量函数，或施加PBH二进制形式在晚些时候，拟合没有显着改善。我们认为，一个成功的PBH模型必须要么修改对数正态形状的初始质量函数显着或放弃的假设，所有观察到的合并双星是原始的。我们开发和应用技术分析PBH模型与引力波数据，这将是必要的强大的统计推断的引力波源样本大小的增加。
2020-12-11 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Hole Merger Rate in Self-Interacting Dark Matter Halo Models
研究了自相互作用暗物质（SIDM）晕模型中原初黑洞（PBH）的合并速率。为了探索SIDM晕模型的密度分布的数值描述，我们使用先前进行的模拟的结果与$σ/m=10~{\rm cm^{2}g^{-1}}$的SIDM晕模型。我们还提出了一个浓度-质量-时间的关系，可以解释晕密度分布的演变与SIDM模型。此外，我们还研究了可能随机分布在暗物质晕介质中的PBH的相遇条件。在这些假设下，我们计算合并率的PBH在每个晕考虑SIDM晕模型和比较的结果与冷暗物质（CDM）晕模型。为了做到这一点，我们采用的定义后的时间晕男性化作为晕质量的函数。我们指出，SIDM晕模型$f_{\rm PBH}>0.32$可以产生足够的PBH合并的方式，这些超过了一个由CDM晕模型。通过考虑球坍缩晕质量函数，我们得到了类似的结果的累积合并率的PBH。此外，我们还计算了PBH总合并率的红移演化。为了确定对PBH丰度的约束，我们研究了PBH的合并率，它们的分数和质量，并将其与高级LIGO（aLIGO）-高级处女座（aVirgo）探测器在第三次观测运行期间估计的黑洞合并率进行比较。结果表明，在SIDM晕模型的背景下，合并率的$10~M_{\odot}-10~M_{\odot}$事件可以潜在地落在aLIGO-aVirgo窗口。我们还估计了PBH的分数和它们的质量之间的关系，这与我们的研究结果是一致的。
2022-07-25 astro-ph.CO gr-qc
The Merger Rate of Black Holes in a Primordial Black Hole Cluster
研究了原初黑洞团中黑洞的合并速率。这些星团的特征接近于典型的球状星团。考虑一个质量谱从$10^{-2}$到$10 \, M_{\odot}$（太阳质量）的星系团，它的中心有一个质量为$M_{\bullet} = 10^3 \, M_{\odot}$的大质量黑洞。结果表明，在团的演化过程中，黑洞的合并速率发生了显著的变化，到目前为止，PBH团已经度过了内部黑洞的主动合并阶段。
2021-05-30 astro-ph.CO
Gravitational Waves from Primordial Black Holes: Connecting Low-Frequency Scalar-Induced Signatures to High-Frequency Binary Mergers
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本文建立原初黑洞形成的标量诱导引力波（低频）与双星并合引力波（高频）之间的模型无关联系，发现并合谱峰值频率与ISCO频率满足普适关系f_peak=1.79 f_ISCO。
2026-07-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
GW230529_181500: A Potential Primordial Binary Black Hole Merger in the Mass Gap
本文提出GW230529_181500可能为原初双黑洞并合，估算其并合率及暗物质占比，结果与现有观测上限一致。
2024-08-01 astro-ph.CO gr-qc
The Astro-Primordial Black Hole Merger Rates: a Reappraisal
主要是最近的GW 190521质量间隙事件，我们作为一个基准点的动机，我们批判性地评估，如果二进制的原始黑洞和天体物理起源的黑洞可能形成，合并在星团和重现LIGO/室女座探测率。虽然先前研究的两种机制--直接捕获和三体诱导--似乎效率低下，我们提出了一个新的“催化”通道的基础上的想法，随后链的单二进制和二进制-双星交换可能导致高质量双星对的形成，并表明如果球状星团中的原始黑洞的局部过密度可以解释最近的GW 190521事件集群比几个大。
2021-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Evidence for primordial black hole dark matter from LIGO/Virgo merger rates
到目前为止，LIGO/Virgo合作已经观测到或限制了不同类别紧凑物体的引力合并率。我们认为，这些合并的大部分是原始黑洞（PBH）合并的PBH在QCD时代形成的整个暗物质的可能性。在一篇配套论文中表明，由于在早期宇宙中形成的初始二元人口的合并可能是可以忽略不计的，我们计算了典型PBH所在的PBH集群中当前的合并率。我们考虑两种情况：（i）由QCD状态方程决定的PBH质量函数和（ii）由暴胀微扰谱中存在的峰决定的PBH质量函数。在第一种情况下，这基本上是参数免费的，我们很好地再现了合并率重黑洞，合并率的质量不对称的黑洞，如GW 190814，最近发现的合并的23 $M_{\odot}$黑洞与$2.6M_{\odot}$对象，可以自然地解释为什么LIGO/处女座尚未观察到合并的两个轻PBH从占主导地位的$\sim 1\,M_{\odot}$ PBH人口。在第二种情况下，它有一些参数的自由，我们很好地匹配所观察到的重PBH的速率，但目前不能解释质量不对称事件的速率。无论哪种情况，在这两种情况下，用最少的假设得出的PBH合并率与LIGO/Virgo观测到的大多数合并率非常匹配，这是诱人的。
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Hole-Neutron Star Merger Rate in Modified Gravity
本研究探究Hu-Sawicki f(R)与nDGP两种修改引力模型下PBH-NS双星的并合率，考虑修改引力对暗物质晕属性的影响，发现其并合率高于广义相对论预测值，且与引力波观测的匹配度及PBH丰度约束受模型参数、PBH质量等因素影响。
2024-01-26 astro-ph.CO gr-qc
Can we distinguish astrophysical from primordial black holes via the stochastic gravitational wave background?
区分天体物理学黑洞和原始黑洞的关键窗口之一是通过它们各自合并速率的红移演化。天体物理学起源的低红移黑洞人口预计将遵循恒星形成率。它们的合并率峰值的红移小于恒星形成率峰值（$z_p \approx 2$），这取决于黑洞形成和合并之间的时间延迟。原始起源的黑洞将在恒星形成之前就存在，并且这些源在高红移时的合并率将会很大。我们提出了一个联合估计的混合合并率从随机引力波背景，它可以使用合并率的宇宙历史来区分两个人口的黑洞。利用LIGO/Virgo第三次观测的随机引力波背景振幅的最新界，我们得到了$68\%$ C. L.对原始黑洞合并速率指数$2.56_{-1.76}^{+1.64}$和天体物理黑洞时间延迟$6.7_{-4.74}^{+4.22}$ Gyr.我们应该能够区分不同的黑洞群体与即将到来的O 5和A+探测器的灵敏度。
2021-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Formation of primordial black hole binaries and their merger rates
本研究综述原初黑洞双星形成及并合率理论，重点分析宇宙早期形成的高偏心率双星与其他原初黑洞的相互作用对并合率的抑制效应，及该作用催生的硬双星族群在不同原初黑洞丰度下对并合率的贡献。
2024-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Bayesian Evidence for Both Astrophysical and Primordial Black Holes: Mapping the GWTC-2 Catalog to Third-Generation Detectors
我们进行了一个层次贝叶斯分析的GWTC-2目录调查的混合情况下，合并事件解释的天体物理和原始起源的黑洞。对于天体物理的情况下，我们采用的现象学模型所使用的LIGO/处女座合作，我们包括从数据推断的不同参数之间的相关性，在原始和天体物理的情况下的自旋的作用，吸积在原始的情况下的影响。我们的最佳拟合混合模型相对于单种群天体物理模型有很强的统计证据，从而支持两个不同起源的黑洞合并种群的共存。特别是，我们的研究结果表明，天体物理合并约占原始黑洞事件数量的四倍，并预测第三代探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器，应该检测到数百个合并从原始黑洞双星在红移$z\gtrsim30$。
2021-06-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Merger rate of initially clustered primordial black holes for the two-body channel
Theory Center, Institute of Particle and Nuclear Studies (IPNS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子与核研究研究所理论中心）；ICRR, University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, University of Tokyo（东京大学 Kavli 宇宙起源与物质研究所（世界顶尖学术研究中心）、宇宙前沿机构）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN（理化学研究所交叉理论与数学科学中心）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理学系）
研究基于引力波观测探讨原始黑洞聚集群对双体合并率的影响，发现弱聚集群可使LIGO-Virgo-KAGRA事件用更小的PBH参数解释，但强聚集群会因三体系统形成抑制双体合并。
2026-04-21 astro-ph.CO
Mergers of Maximally Charged Primordial Black Holes
在宇宙学时间尺度上稳定的近极端原始黑洞可能构成暗物质的重要部分。由于它们的电荷，这类黑洞的合并速率在星系团内部增强，非极值合并残余物易于发生霍金蒸发。我们证明，如果这些集群的近极值孔包含足够数量的成员生存到低红移，硬光子从持续蒸发开始占主导地位的高能量扩散背景。我们发现，可以观察到的扩散光子通量的单色质谱的孔轻于约$10^{12}\rm g$。我们把它们的丰度上限尊重目前的伽玛射线望远镜设置的界限。此外，在原始黑洞形成时期引起的引力波背景可能会被未来计划和提议的在mHz至kHz频率范围内运行的地基和星载引力波观测站探测到，并且可以成为研究质量在$\rm 10^{12}g - 10^{19}g$范围内的轻带电原始黑洞的重要工具。
2022-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Mergers of Binary Primordial Black Holes in Evolving Dark Matter Halos
本文研究暗物质晕对原初黑洞对轨道演化及并合率的影响，发现暗物质壳层非球对称收缩使晕中心持续存在非零密度，暗物质散射加速黑洞并合，使约30倍太阳质量原初黑洞的并合率提高数倍。
2024-12-30 astro-ph.CO
Gravitational Wave Memory of Primordial Black Hole Mergers
本文比较了引力波探测器对双星旋近信号与非线性记忆的灵敏度，证明轻原初黑洞事件中旋近信号更易探测，并讨论了记忆波形模板及匹配滤波搜索的意义。
2025-10-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Comprehensively Constraining Ultra-Light Primordial Black Holes Through Relic Formation and Early Mergers
本文研究超轻原初黑洞在BBN前蒸发产生的遗迹及早期并合，扩展了对其暗物质比例和坍缩比例的约束范围。
2025-06-19 astro-ph.CO
Lower bound on the primordial black hole merger rate
通过估计在早期宇宙形成和合并之间受到扰动的双星的最大比例，并计算扰动双星的保守合并率，我们得到了原始黑洞（PBH）双星合并率的下限。这意味着在$1-100 M_\odot$范围内对PBH丰度的稳健约束。我们进一步表明，LIGO/Virgo设计灵敏度有可能达到PBH质量范围的$10^{-2}-10^3 M_\odot$。合并率的扰动双星的约束是较强的，如果PBH最初的空间集群。
2020-02-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Merger rates in primordial black hole clusters without initial binaries
原始的黑洞通过宇宙密度波动的崩溃而形成，被假设为宇宙中暗物质含量的贡献者。与此同时，它们的合并可能有助于最近观察到的引力波源的数量。我们调查的情况下，原始黑洞形成双星在宇宙的后期。具体来说，我们重新审视合并的原始黑洞在小集群的~30个对象的初始双星的情况下。双星通过牛顿引力相互作用动态地形成。这些双星作为星系团的热源，增加了星系团的速度色散，这抑制了通过引力波两体捕获的直接合并。与此同时，紧密双星的三体相遇太罕见了，以至于无法使双星足够紧密，从而使它们通过引力波辐射合并。我们的结论是，在没有初始双星的情况下，Bird et al.（2016）初始星团配置中的原始黑洞的合并率至少比以前提出的低一个数量级，这使得引力波检测到这样的源是不可能的。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
Redshift evolution of primordial black hole merger rate
本研究探究原初黑洞（PBH）并合率的红移演化规律，考虑早期结构扰动与暗晕内PBH成团效应，推导并合率随红移的变化关系，并结合观测约束了暗物质中数十倍太阳质量PBH的占比。
2024-07-09 astro-ph.CO
On the single-event-based identification of primordial black hole mergers at cosmological distances
原始黑洞（PBH）的存在，可能是由大爆炸后不久的物质超密度坍塌形成的，仍然存在争议。在PBH的潜在特征中，有引力波（GW）是从红移为$z\gtrsim 30$的双黑洞（BBH）合并中发射出来的，在那里不太可能形成天体物理学上的黑洞。未来的地面GW探测器，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜，将能够在这样的距离上观测到总质量为$\mathcal{O}(10-100)~M_{\odot}$的等质量BBH合并。在这项工作中，我们调查是否一个单一的BBH源的红移测量可以精确到足以建立其原始起源。我们模拟了不同质量，质量比和轨道取向的BBHs。我们表明，对于总质量在$20~M_{\odot}$和$40~M_{\odot}$之间的BBH，在$z \geq 40$合并，可以推断$z>30$在高达97%的可信度，与一个爱因斯坦望远镜，一个40公里的宇宙探测器在美国和一个20公里的宇宙探测器在澳大利亚的网络。在美国，一个由一个爱因斯坦望远镜和一个40公里的宇宙探测器组成的较小的网络测量$z>30$的可信度大于90%，大约有一半的来源比更大的网络。然后，我们评估的依赖性，这一结果的贝叶斯红移先验用于分析，特别是相对丰富的BBH合并起源于第一恒星，和原始BBH合并。
2021-09-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining high-redshift stellar-mass primordial black holes with next-generation ground-based gravitational-wave detectors
恒星质量窗中可能存在的原始黑洞已经引起了相当大的关注，因为它们的合并可能有助于当前和未来的引力波探测。原始黑洞合并，以及起源于第III族恒星的黑洞合并，预计将在高红移（$z\gtrsim 10$）占主导地位。然而，原始黑洞的合并率密度将随红移单调上升，而第III族的合并只能在第一颗恒星诞生后才能发生。新一代的引力波探测器如宇宙探测器（CE）和爱因斯坦望远镜（ET）可以利用这一特征，直接测量两种粒子的丰度，从而对原始黑洞的丰度进行严格的限制。我们模拟了CE-ET检测器网络观察到的四个月的数据，并进行分层贝叶斯分析，以恢复合并率密度。我们发现，如果宇宙中没有质量为$\mathcal{O}(10M_{\odot})$的原始黑洞，那么它们的丰度$f_{\rm PBH}$作为暗物质能量密度的一部分的预计上限可能低至$f_{\rm PBH}\sim \mathcal{O}({10^{-5}})$，比这个质量范围内的当前上限低两个数量级。如果换成$f_{\rm PBH}\gtrsim 10^{-4}$，未来的引力波观测将在95%可信区间排除$f_{\rm PBH}=0$。
2022-04-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational waves from the merger of two primordial black hole clusters
研究了由两个原始黑洞团组成的双星系统的轨道演化。在一些理论模型中，这种团簇在暴胀拉格朗日量中具有破缺对称性。一个星系团由质量最大的中心黑洞和许多较小的黑洞组成。类似于单一的原始黑洞，星系团可以形成引力约束对，并在轨道演化过程中合并。在某些参数范围内（具有足够大的星团半径），单个黑洞被这样的星团取代显著地改变了整个合并过程和引力波爆发的最终速率。一个新的重要因素是星系团之间的潮汐引力相互作用。它导致轨道能量的额外耗散，这些能量被转移到星系团的内能中，或者被飞出星系团的黑洞带走。通过与引力波望远镜的数据进行比较，我们可以根据星系团的质量和紧密程度来确定星系团中原始黑洞的比例。如果黑洞在星系团中，即使是暗物质$\simeq1$组成中的原始黑洞部分也与LIGO/Virgo的观测数据相一致。
2023-02-10 astro-ph.CO
Hierarchical Merger of Primordial Black Holes in Dwarf Galaxies
我们研究合并历史的原始黑洞（PBH）的情况下，他们代表了占主导地位的暗物质组成的一个典型的矮星系的核心。我们调查的可能性的一系列碰撞导致的黑洞的层次合并，并期待在最终的质谱在这样的{ \it集群}，最初提出了一个单色（单质量）PBH人口。我们的研究表明，合并过程的结果是转移约$40\%$的总质量的核心合并的产品，无论初始质量的PBH，与约$5\%$的能量辐射出的引力波的形式。我们发现，在较轻的质量限制，黑洞高达8倍以上的质量比原来的人口可以在哈勃时间内形成。
2022-05-31 astro-ph.CO hep-ph
Mergers of primordial black holes in extreme clusters and the $H_0$ tension
本文考虑一个暗物质的宇宙学模型，该模型是由质量为$18-560M_\odot$的稠密弱相对论性星系团中的$\sim10^{-12}M_\odot$原始黑洞构成的。结果表明，在黑洞的多次碰撞过程中，初始质量的$\sim10$在从复合到红移$z\geq 10$的时间间隔内可以转化为引力波.在复合时期，物质的密度大了$\sim10$ %，因此，宇宙膨胀率也更高。这导致声水平标度的缩短，这对于解决“$H_0$张力”问题是必要的。
2021-05-14 astro-ph.CO
Primordial-black-hole mergers in dark-matter spikes
有人认为，大约30个太阳质量的原始黑洞（PBH）可以构成暗物质，如果是这样的话，可能解释了LIGO最近探测到的涉及这个质量范围的二元黑洞的原因。也有人认为，位于银河系中心的超大质量黑洞（SMBH）可能被密度极高的暗物质（DM）尖峰所包围。在这里，我们表明，在这些尖峰的PBH合并率可能远远超过合并率之前考虑在银河系暗物质晕，取决于两个竞争的影响DM尖峰的大小：由于放松和补充PBH损耗锥的PBH耗尽。这可能为目前30个太阳质量的黑洞合并的探测率提供了一个合理的解释，即使PBH对暗物质的贡献是次要的。来自这些事件的引力波信号总是起源于星系中心，而不是来自晕的引力波信号，预计晕与发光星系的位置几乎没有相关性。
2019-02-23 astro-ph.CO
Primordial black holes with mass ratio-modulated initial clustering: merger suppression and projected constraints
National Institute of Physics, University of the Philippines - Diliman（菲律宾大学迪利曼分校国立物理研究所）
研究通过考虑质量比调节的初始聚类，探讨原始黑洞并合抑制对约束的影响，发现低质量端约束窗口的延伸及对SGWB的约束影响。
2025-11-24 astro-ph.CO
Dynamical Evolution of Primordial Dark Matter Haloes through Mergers
原始暗物质（DM）晕是最小的引力束缚DM结构，在早期宇宙中，第一批恒星，黑洞和星系形成和生长。然而，它们的结构是敏感的DM的自由流动规模，这反过来又取决于DM颗粒的性质。在这项工作中，我们测试的假设，在原始DM晕的中心尖点附近的自由流动规模的斜率取决于合并过程的性质。通过结合和分析小尺度物质功率谱截止的宇宙学模拟数据以及一系列受控的、高分辨率的二元合并模拟数据，我们发现：（1）原始DM晕优先通过径向轨道上的主要合并形成;（2）与星系和星系团大小的DM晕相比，它们的中心DM密度轮廓更容易受到合并过程的影响;（3）连续的主并合驱动中心密度斜率接近以NFW轮廓为特征的{ \it universal}形式，该形式对并合的影响具有鲁棒性，并且是DM晕密度结构的吸引子解。我们的工作突出了在黑暗时代的结构形成的动力学过程的重要性。
2016-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reconstruction of Power Spectrum of Primordial Curvature Perturbations on small scales from Primordial Black Hole Binaries scenario of LIGO/VIRGO detection
原初黑洞（PBH）作为LIGO/Virgo探测到的二元黑洞（BBH）合并事件的候选边界，为研究小尺度上的原初曲率扰动提供了一个有用的工具。利用GWTC-1到GWTC-3星表，在暴胀时期PBH起源于小尺度上大的原始曲率扰动的假设下，我们首次重建了小尺度上原始曲率扰动的功率谱。发现原始功率谱的振幅在尺度$\mathcal{O}(1)$ pc上增大到$\mathcal{O}(10^{-2})$。这可能意味着PBH作为BBH可能合并候选者的有效性。
2023-03-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Probing Primordial Black Hole Mergers in Clusters with Pulsar Timing Data
a Service de Physique Th\'eorique, Brussels Laboratory of the Universe BLU-ULB, Universit\'e Libre de Bruxelles, Boulevard du Triomphe, CP225, 1050 Brussels, Belgium
本文在IPTA DR2中利用贝叶斯方法搜索原初黑洞并合与标量扰动产生的引力波背景，发现标准PBH模型无法解释观测信号，数据更支持天体物理起源。
2024-12-20 astro-ph.CO
Gravitational wave background from mergers of large primordial black holes
Peters公式描述了椭圆轨道的初始大小和形状如何决定双星系统的引力辐射合并时间，常用于估计原初黑洞的合并速率和合并产生的引力波背景。虽然在一些有趣的场景中是有效的，例如LIGO-Virgo事件的分析，但如果双星的轨道周期超过公式给出的值，彼得斯公式就无法描述合并时间。这可能低估了在宇宙时间$t\sim 10^{13}\ \text{s}$之前发生的合并事件的发生率。因此，引力波背景的能量密度谱可能会形成一个峰值，这是由于在$t\sim 10^{13}\ \text{s}$（质量为$M\gtrsim 10^8 M_\odot$的黑洞）或$t\sim 10^{26}(M/M_\odot)^{-5/3}\ \text{s}$（质量为$10^5 M_\odot \lesssim M\lesssim 10^8 M_\odot$）发生的合并。如果潜在的探测器（如SKA和U-DECIGO）没有发现这样的背景，这可以用来限制原始黑洞中暗物质的比例（用$f$表示），结果是质量范围为$10\text{-} 10^9M_\odot$的$f\lesssim 10^{-6}\text{-}10^{-4}$。然后，我们考虑质量吸积对原始黑洞在红移$z\sim 10$的影响，并发现合并率可以显着下降，在低红移。因此，引力波背景的频谱在高频端受到抑制。该特征可能被未来的检测器捕获，例如ET和CE，用于初始质量$…
2021-10-20 astro-ph.CO
Primordial Black Hole Dark Matter and LIGO/Virgo Merger Rate from Inflation with Running Spectral Indices: Formation in the Matter- and/or Radiation-Dominated Universe
我们研究的可能性来解释整个暗物质丰度的原始黑洞（PBH）或解释合并率的双黑洞估计的引力波探测LIGO/处女座。我们假设PBH起源于一个辐射或物质占主导地位的时代，从大的原始曲率扰动产生的通货膨胀。我们采取一个简单的模型无关的方法，考虑通货膨胀与大运行的频谱指数参数化的$n_\text{s}, α_\text{s}$，和$β_\text{s}$与观测范围一致。合并率由具有辐射主导时代产生的$\mathcal{O}(10)$ $M_{\odot}$质量的PBH拟合。那么跑步的跑法应该是$β_\text{s} \sim 0.025$，可以通过以后的观察来检验。另一方面，如果适当实现一组运行参数，则暗物质的整体丰度与早期物质主导时代产生的具有小行星质量的PBH（$\mathcal{O}(10^{-17})~M_{\odot}$）一致。
2018-11-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the merger rate of primordial black holes: effects of nearest neighbours distribution and clustering
对${\cal O}$（10）$\,M_\odot$中原始黑洞（PBH）形式的暗物质的一个看似最强的约束依赖于从LIGO/Virgo探测到的二进制BH合并事件推断出的合并率。然而，这些界限的鲁棒性取决于早期宇宙中PBH双星形成的准确性。我们重新审视了合并率的标准估计，重点是几个关键因素：最近邻的空间分布和与给定原始功率谱相关的PBH的初始聚类。总体而言，我们证实了在文献中提出的结果的鲁棒性的情况下，一个狭窄的质量函数（其约束的PBH部分的暗物质是$f_{\rm PBH}\lesssim 0.001-0.01$）。PBH的初始聚类可能会有收紧当前约束的效果，但仅适用于非常广泛的质量函数，对应于在$k$空间中至少延伸几十年的原始功率谱中的宽颠簸。
2018-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole clusters, phenomenology & implications
本文用NBODY6++GPU直接模拟多达2·10^4个无自旋、无原初双星的PBH团簇，比较四类质量分布与并合反冲效应，揭示其动力学演化、蒸发及层级并合含义。
2024-05-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial black hole mergers from three-body interactions
目前的引力波观测为太阳质量范围内的原始黑洞（PBH）丰度设定了最严格的界限。然而，这一限制本质上依赖于PBH模型预测的合并率。以前的分析主要集中在两个二元的形成机制：早期宇宙组装脱离哈勃膨胀和动力学捕获在当今的暗物质结构。使用天体物理学背景下研究的三体过程的反应速率，我们表明，在保守的假设下，在PBH晕三体相互作用有效地产生二进制。这些双星在泊松诱导的PBH小尺度结构中以高红移形成，并且预测一小部分将在宇宙的当前年龄内合并和合并，这与它们迅速合并的动态捕获场景不一致。在一般情况下，我们发现，这个通道预测速率可比的动态捕获的情况下。然而，从三体相互作用形成的双星并没有显着贡献的整体PBH合并率，除非PBH构成了一个主要部分的暗物质以上的太阳质量范围，一种情况下，排除了目前的限制。我们的研究结果支持强边界PBH丰度在恒星质量范围内来自激光干涉仪引力波天文台/室女座/KAGRA观测。最后，我们表明，这两个动力学通道总是次主导相比，早期宇宙组装PBH合并的小行星质量范围内，而我们希望它成为相关的方案PBH最初强烈聚集。
2022-11-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Measuring properties of primordial black hole mergers at cosmological distances: effect of higher order modes in gravitational waves
原始黑洞（PBH）可能是在大爆炸后不久由物质超密度坍缩而形成的。人们可以通过观测在高红移$z\gtrsim 30$处合并的PBH双星的引力波（GW）辐射来识别它们的存在，在高红移处天体物理学双星黑洞（BBH）不太可能合并。下一代地面GW探测器，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜，将能够观察到总质量为$\mathcal{O}(10-100)~M_{\odot}$的BBH在这样的红移。本文作为arXiv：2108.07276的姊妹论文，重点关注波形建模中高阶模（HoM）对源参数估计的影响，这些高阶模可能对这些高红移BBH是可检测的。我们进行贝叶斯参数估计，以获得测量的不确定性与和没有HoM建模的波形源具有不同的总质量，质量比，轨道倾角和红移观察到的下一代GW探测器网络。我们表明，包括HoMs的波形模型减少了红移和质量的不确定性的两个因素，这取决于确切的源参数。然后，我们讨论了识别PBH与改进的单事件测量的影响，并扩大调查的模型依赖性之间的相对丰度的BBH合并起源于第一恒星和原始BBH合并arXiv：2108.07276所示。
2022-10-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
GUT-Scale Primordial Black Holes: Mergers and Gravitational Waves
除了那些在核合成之前就已经完全蒸发掉的光之外，在很大的质量范围内，都可以推导出对原始黑洞丰度的严格限制。这个假设的人口几乎是完全不受约束的，以至于早期宇宙可能会经历一个以原始黑洞为主要组成部分的物质主导阶段。这一阶段唯一明显的遗迹是霍金辐射引力子，它将构成当今宇宙中的随机引力波背景，尽管其频率远远超出任何计划中的探测器技术的范围。本文探讨了经典的合并在这样一个物质主导的阶段的影响。在一定的参数范围内，相当大一部分黑洞会合并，从而提供了一个额外的、经典的原始引力波源。由此产生的随机背景通常具有比霍金背景更低的振幅，并且位于不太极端的频率处，但是不太可能被容易地检测到，其最大现今密度为$Ω_{GW} \sim 10^{-12}$，频率在$10^{15} - 10^{19}$ Hz之间。我们还评估了辐射吸积对这种原始黑洞寿命的影响，发现它使黑洞质量增加了$\sim 14 \%$，寿命增加了约$50 \%$。然而，这并没有从本质上改变我们的结论。
2019-06-04 astro-ph.CO
