Massive Primordial Black Holes as Dark Matter and their detection with Gravitational Waves
大质量原始黑洞（MPBH）可以在暴胀后形成，这是由于原始曲率功率谱中的宽峰在辐射时代发生引力坍缩，形成黑洞簇，这些黑洞簇在重组后合并并增加质量，产生今天的质量范围从0.01到$10^5~M_\odot$的宽质量谱黑洞。这些MPBH可以作为星系和快速启动结构形成的种子，启动再电离，形成红移为$z>10$的星系和$z>1$的星系团。它们也可能是SMBH和IMBH形成的种子，通过在它们上面吸积气体并形成高红移的星系和类星体的中心。它们以零自旋静止形成，与普通物质的横截面可以忽略不计。如果有足够多的MPBH，它们可能构成今天大部分的暗物质。这样的PBH可能是负责CIB和X射线背景中观察到的波动。正如LIGO最近报道的那样，MPBH可以通过合并形成更大质量的黑洞时发出的引力波直接检测到。它们自重组以来的持续合并可能产生了一个随机的引力波背景，最终可以被LISA和PTA探测到。MPBH实际上可能是费米、魔术师和钱德拉看到的不明点源的原因。此外，恒星从浅势阱（如矮椭球体）中通过引力弹弓效应喷出，可能是由于MPBH，从而减轻了标准无碰撞CDM的子结构和太大而不能失败的问题。它们的质量分布在今天的几十个$M_\odot$处达到峰值，并且也可以通过长时间的微透镜事件以及盖亚中恒星的异常运动来检测。它们在宇宙中作为CDM的存在可以在类星体透镜图像的时间膨胀中看到。
2017-02-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Perturbations around black holes
黑洞周围的扰动在过去几十年里一直是一个有趣的话题。它们在今天特别重要，因为它们与引力波观测有关，而引力波观测可能提供黑洞存在的独特指纹。除了天体物理学上的兴趣，理论上的扰动周围的黑洞可以作为测试的理由来检查建议的AdS/CFT和dS/CFT对应。
2005-11-24 gr-qc
A note on the observational evidence for the existence of event horizons in astrophysical black hole candidates
黑洞有一个奇特而有趣的特性，即有一个事件视界，一个单向的膜，因果地将它们的内部区域与宇宙的其余部分分开。今天的天体物理观测提供了一些证据，证明天体物理黑洞候选者中存在事件视界。在这篇简短的论文中，我比较的约束，我们可以推断出从这些对象的假定表面的电磁辐射的非观测到的约束来自ergoregion不稳定性，指出各自的假设和局限性。
2013-06-15 astro-ph.HE gr-qc
Quantum theory, gravity, and the standard model of particle physics : using the hints of today to build the final theory of tomorrow
当一个登山者登上喜马拉雅山的一座高峰时，她知道在山顶有一个全新的景色在等待着她，只有当她到达那里时，她才会知道它的后果。然而，她的直接目标是克服前进道路上的障碍，到达顶峰。同样，当代理论物理学的一个直接目标是建立广义相对论和粒子物理学标准模型的量子统一描述。一旦达到顶峰，一个新的（未知的）远景将打开。在这篇文章中，我提出了一个新的方法来实现这一目标。人们必须处理和解决目前已知的量子理论公式中一个未解决的基本问题：公式中外部经典时间的不令人满意的存在。解决这个问题将我们带到了我们今天所知道的理论物理学的最边缘！
2010-01-19 gr-qc physics.gen-ph physics.pop-ph
Testing General Relativity with NuSTAR data of Galactic Black Holes
爱因斯坦的广义相对论预言天体物理学上的黑洞周围的时空度规可以用克尔解来描述。在这项工作中，我们采用国家的最先进的相对论反射模型来分析一组选定的银河系黑洞的NuSTAR光谱，以获得最强大的和精确的限制克尔黑洞假设今天可能。我们的约束比其他电磁技术的约束严格得多，并且对于某些源，我们得到的约束比目前从引力波得到的约束更强。
2021-05-28 astro-ph.HE gr-qc
Sensitivity of the FERMI Detectors to Gamma-Ray Bursts from Evaporating Primordial Black Holes (PBHs)
原始黑洞（PBH）可能是在早期宇宙中产生的，预计可以通过它们的霍金辐射探测到。费米伽马射线空间望远镜观测站对今天到期的初始质量为$\sim 5\times 10^{14}$ g的PBH产生的伽马射线暴提供了更高的灵敏度。PBH是缺乏X射线余辉的未确认的伽马射线暴（GRB）的候选祖先。我们提出光谱滞后，这是高，低能量脉冲之间的时间延迟，作为一种有效的方法来识别PBH蒸发事件与费米大面积望远镜（LAT）。
2010-03-23 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Black hole hair: twenty--five years after
黑洞的“毛发”最初被认为是被禁止的，是与静止的黑洞相关的场，除了引力场和电磁场。在广义相对论中，现在已知几个具有规范场或Skyrme场毛的稳定稳态黑洞解。我们在这里提出了一个“无标量头发”猜想，并举出了一些新的定理，这些定理几乎通过排除--除了一个小的参数范围--广义相对论中球形黑洞的标量场头发来建立这个猜想，无论这个场是自相互作用的，耦合到阿贝尔规范场的，还是非最小耦合到引力的。
1996-05-28 astro-ph gr-qc hep-th
Neutrinos in colliding neutron stars and black holes
University of New Hampshire（新罕布什尔大学）
研究中微子在碰撞中子星和黑洞事件中的作用及其对核合成和可观测信号的影响。
2025-01-21 astro-ph.HE gr-qc
Gauge fixing for the simulation of black hole spacetimes
我考虑非线性广义相对论真空时空的初边值问题，今天还不能以令人满意的方式数值演化。具体来说，我看规范条件，将它们分为规范演变条件和规范固定条件。在这个术语中，规范固定条件是从系统中移除所有规范自由度的条件，而规范演化条件仅确定规范条件的时间演化，而规范条件本身保持未指定。我发现今天的规范条件大多只是规范演化条件。我提出了一个系统的演化方程包含一个规范固定的条件，并描述了一个有效的数值实现约束演化。我检查这个系统的几个测试问题，如线性引力波或非线性规范波的数值行为。我发现系统是鲁棒稳定的和二阶收敛的。然后，我将其应用于更现实的配置，如布里尔波或单黑洞，在那里系统也是稳定和准确的。
2004-10-29 gr-qc
Massive Primordial Black Holes from Hybrid Inflation as Dark Matter and the seeds of Galaxies
在本文中，我们提出了一个新的情况下，大规模的原始黑洞（PBH）产生的大曲率扰动的崩溃过程中产生的一个温和的瀑布阶段的混合通货膨胀。我们确定的暴胀子潜在参数的值导致PBH质谱峰值行星状的群众在物质辐射平等和生产的丰度可比的暗物质今天，而物质功率谱的尺度探测CMB各向异性同意普朗克数据。这些PBH今天可能已经通过合并获得了巨大的恒星质量，并且模型通过了CMB扭曲和微透镜的约束。钱德拉天文台在仙女座中央区域对大量BH候选者的观测支持了这一假设。此外，PBH质量分布的尾部可能是星系中心超大质量黑洞的种子，以及超亮X射线源的原因。我们发现，我们的有效的混合潜力可以起源于例如D-长期通货膨胀与费耶特-伊利奥普洛斯长期的普朗克尺度的顺序，但子普朗克值的暴胀场。最后，我们讨论了量子扩散的潜在的不稳定点的影响，能够产生瑞士奶酪般的宇宙结构，最终导致明显的加速宇宙膨胀。
2015-01-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Clustering of primordial black holes: Basic results
研究了原初黑洞的空间成团性质。在最小的假设下，我们发现在辐射时代产生的PBH是高度聚集的。利用峰值理论模型计算了PBH的两点关联函数和功率谱。对于从初始绝热扰动功率谱的创建，PBH功率谱包含等曲率和绝热分量。今天观测到的等曲率波动的缺乏限制了PBH可能作为暗物质的质量范围。我们简要讨论PBH集群的其他后果。
2006-04-07 astro-ph gr-qc hep-ph
The metallicity dependence and evolutionary times of merging binary black holes: Combined constraints from individual gravitational-wave detections and the stochastic background
本研究联合LIGO-Virgo-KAGRA前三次观测运行的直接探测双星星表与引力波随机背景观测限值，约束双黑洞演化的时间延迟分布与金属丰度依赖，并指出先进LIGO A+的引力波背景探测结果将对双黑洞演化研究有重要意义。
2024-04-11 astro-ph.HE gr-qc
Brans-Dicke Theory and primordial black holes in Early Matter-Dominated Era
我们证明了原初黑洞可以在Brans-Dicke理论所描述的物质主导的引力时代形成。考虑到在暴胀和再加热之间的早期物质主导时代，我们发现在那个时代形成的原始黑洞蒸发的速度比早期辐射主导时代更快。因此，与后一种情况相比，今天可能存在的原始黑洞数量较少。再次，对太初黑洞形成的约束往往比辐射主导时代的对应物更大，这表明在物质主导时代，太初黑洞的形成显着增强。
2011-06-27 gr-qc
Blandford-Znajek mechanism in black holes in alternative theories of gravity
根据Blandford-Znajek机制，黑洞喷流是由致密物体的旋转能量驱动的。在这项工作中，我们考虑的可能性，黑洞周围的度量可能无法描述的克尔解决方案，我们研究如何改变Blandford-Znajek模型。如果Blandford-Znajek机制是形成喷流的原因，那么对喷流功率的估计结合另一种测量可以测试黑洞候选者的性质，并限制可能偏离克尔解的情况。然而，只有当有可能获得比今天更精确的测量时，这种方法才可能与其他技术竞争。
2016-09-27 astro-ph.HE gr-qc
Symmetries, Horizons, and Black Hole Entropy
黑洞的行为就像热力学系统，任何引力量子理论的中心任务都是解释这些热性质。黑洞熵的统计力学描述曾经似乎遥不可及，但今天我们却遭遇了财富的尴尬：尽管计算了非常不同的状态，但许多不等价的量子引力方法都得到了相同的结果。这种“普适性”可能反映了视界附近潜在的二维共形对称性，它可以强大到足以控制与理论的其他细节无关的热特性。这幅图提出了一个优雅的描述，将相关的自由度描述为由共形异常引起的对称破缺所产生的类戈德斯通玻色子激发。
2007-05-21 gr-qc hep-th
Micro-Bose/Proca dark matter stars from black hole superradiance
我们研究了从初始的小的、$\lesssim 10^6$ kg的、原始的黑洞（PBH）中通过霍金蒸发和超辐射（SR）的同时过程产生重的、$μ\gtrsim 1$ TeV的、玻色子自旋的$s=0,1$暗物质（DM）。即使对于小的初始PBH自旋，SR过程也可以产生半径为$\lesssim {\rm pm}$、质量为$\sim 10^{\rm few}$ kg的极其致密的引力束缚DM玻色或Proca孤子“星”，它们可以在PBH衰变后很好地存活到今天。这些孤子可以构成DM密度的重要部分，在矢量DM情况下上升到$\gtrsim 50\%$。
2022-05-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark radiation constraints on light primordial black holes
轻黑洞可能在非常早期的宇宙中通过巨大的原始密度波动的坍缩而形成。这些原始的黑洞（PBH），如果足够轻的话，由于霍金辐射的发射，现在已经蒸发了;因此它们不可能代表今天暗物质的相当大的一部分。然而，它们可能在早期宇宙学时代留下了印记。我们将讨论在大爆炸核合成（BBN）开始之前由（旋转）PBH发射的无质量引力子的影响，并得出结论，这种对暗辐射的贡献受到宇宙微波背景（CMB）（未来CMB阶段4）和BBN在PBH质量范围的较轻部分的限制，假设它们主导宇宙的能量密度。
2022-02-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Black holes as bosonic Gaussian channels
我们确定了对应于高斯量子态与已经形成的史瓦西黑洞相互作用的量子信道。利用单模玻色子高斯信道分类的最新进展，我们发现（有一个例外）黑洞高斯信道位于有损信道C（损耗），放大信道C（amp）和经典噪声信道B2的非纠缠破坏子集。我们证明了通道参数依赖于黑洞的质量和周围势垒的性质，这种分类使我们能够计算黑洞的经典和量子容量，并估计量子容量，其中没有易于处理的量子容量表达式存在。我们根据黑洞量子信息损失问题讨论了这些发现。
2015-07-06 gr-qc hep-th quant-ph
Gravitational lensing in the weak field limit by a braneworld black hole
现今存在的膜世界黑洞可能是原始起源的，甚至可能是在实验室中的高能粒子碰撞和宇宙射线簇射中产生的。与标准史瓦西黑洞相比，这些黑洞遵循一种修正的质量-半径关系。本文用变分原理计算了弱场极限下膜世界黑洞视界附近光线的弯曲角。接下来，我们推导出几个透镜量的表达式，如爱因斯坦半径和点光源的放大率。与标准史瓦西黑洞的透镜量相比，这些表达式被修改了，并且包含了额外维度的尺度。
2005-03-23 astro-ph gr-qc hep-ph
An interstellar mission to the closest black hole?
本文探讨了向最近黑洞发射小型探测器以检验现代物理学基本问题的可能性，指出该任务虽需20-30年技术发展且可能持续百年，但将为强场区域广义相对论精确测试提供独特机会。
2025-09-14 astro-ph.HE gr-qc
Statistical approaches and the Bekenstein bound conjecture in Schwarzschild black holes
今天理论物理学的挑战之一是完全理解几何对象（如面积）和热统计对象（如熵）之间的联系，因为面积的行为类似于熵。贝肯斯坦界暗示了平坦空间中区域熵的普遍约束。黑洞的Bekenstein-Hawking熵满足Bekenstein界猜想。在本文中，我们已经表明，当我们使用重要的非高斯熵，如巴罗，Tsallis和Kaniadakis为了描述史瓦西黑洞，那么贝肯斯坦界限猜想似乎失败。
2022-10-23 gr-qc
Black Hole Entropy and the Problem of Universality
对任何引力量子理论的一个关键检验是它能否再现黑洞的已知热力学性质。贝肯斯坦-霍金熵的统计力学描述曾经似乎遥不可及，但今天我们却遭遇了财富的尴尬：许多不同的量子引力方法产生了相同的熵，尽管它们计算的是非常不同的状态。这种“普适性”表明，经典理论的某些基本特征可能控制着量子态密度。我讨论的可能性，这个功能是一个近似的二维共形对称的地平线附近。
2007-02-16 gr-qc
Observing Black Holes Spin
黑洞的旋转保留了黑洞如何成长的记忆，并且可以成为驱动相对论喷流的强大能量来源。然而，要理解黑洞自旋的诊断能力和天体物理学意义，我们必须首先设计出测量自旋的观测方法。在这里，我描述了黑洞自旋测量的现状，突出了X射线天文学家所取得的进展，以及目前令人兴奋的引力波和射电天文学为基础的技术。今天的自旋测量已经限制了超大质量黑洞生长的模型，并为恒星核心坍缩的动力学提供了新的见解，同时也暗示了相对论性喷流产生的物理学。未来的X射线、无线电和引力波观测站将把黑洞的旋转转化为天体物理学的精确工具，并检验引力的基本理论。
2019-03-27 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
The Area of a Rough Black Hole
我们调查的后果黑洞面积引入分形结构的视界几何。我们创造了一个三维的球形模拟的“科赫雪花”使用无限缩小的层次接触领域周围的史瓦西事件视界。我们可以为具有有限体积和无限（或有限）面积的视界创建分形结构。这是量子引力时空泡沫可能影响的玩具模型，对黑洞和宇宙的熵的评估具有重要意义，它通常比黑洞结构和热力学的标准图像大，可能是非常可观的因素。今天可观测宇宙的熵log（S）约为120（1+D/2），对于光滑的时空结构D = 0，对于最复杂的时空结构D = 1。黑洞的霍金寿命也减少了。
2020-07-06 gr-qc hep-th
Axion Star Nucleation in Dark Minihalos around Primordial Black Holes
我们考虑一类一般的轴子模型，包括QCD和弦轴子，其中PQ对称性在暴胀之前或暴胀期间被破坏。假设轴子是暗物质的主要组成部分，我们讨论了通过引力玻色-爱因斯坦凝聚在原始黑洞周围的维里化暗晕中轴子星的形成。我们确定了在星系形成之前小晕动力学产生轴子星的条件。今天，对于QCD（弦）轴子的情况，我们预计在太阳周围半径为100秒差距的范围内会有多达$\sim 10^{17}$（$\sim 10^9$）的轴子星。
2020-10-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Testing the Weak Equivalence Principle near black holes
今天，我们通过比较不同组成的试验体在地球引力场中的加速度，对可能违反弱等效原理的情况有相当严格的限制。本文提出在黑洞的强引力场检验弱等效原理。我们构造了一个相对论反射模型，在这个模型中，吸积盘中气体的大质量粒子或吸积盘发射的光子都可能不遵循时空的测地线。我们采用我们的模型来分析的NuSTAR光谱的黑洞二进制EXO 1846-031的反射功能，我们限制两个参数，量化可能违反弱等效原理的大质量粒子和X射线光子，分别。
2021-08-02 astro-ph.HE gr-qc
It was twenty years ago today ...
为了纪念hep-th@xxx.lanl.gov（现在的arXiv.org）成立20周年（1991年8月14日），我改编了这篇文章，这篇文章最初出现在Physics World（2008）上，后来在Learned Publishing（2009）上重印（经许可），但从未出现在arXiv上。我追溯了一些历史背景和资源的早期发展，它后来的轨迹，并结束了对未来的一些思考。这个版本更接近我的原始草稿，为这个场合做了一些更新，加上令人震惊的$2^5$添加了脚注。
2011-09-13 astro-ph.IM cond-mat.other cs.DL
Non-Canonical Inflation and Primordial Black Holes Production
本文研究了当暴胀子场作用为非正则时暴胀标量微扰放大的一种机制，即暴胀子动力学项具有非标准形式。对于这种情况，在膨胀期间产生的扰动的声速小于1，并且通常随时间变化。此外，在这样的模型中，即使当标量场势可以忽略不计时，也可能存在不同的暴胀吸引子。在暴胀的某个阶段，声速接近于零的可能影响可能导致标量谱的振幅大幅放大，在辐射主导阶段的视界再入过程中，标量谱可以坍缩并形成质量为$M_{\rm BH}\sim 10^{-15}M_{\odot}$的原始黑洞（PBH），其可能构成当今总暗物质（DM）的很大一部分。
2019-02-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on the Primordial Black Hole Abundance through Scalar-Induced Gravitational Waves from Advanced LIGO and Virgo's First Three Observing Runs
针对质量小于~10⁻¹⁸M⊙的原初黑洞（PBHs）蒸发情景受记忆负担效应挑战的问题，利用LIGO-Virgo-KAGRA数据约束其丰度，排除~[10⁻²⁴,10⁻¹⁹]M⊙范围的PBHs，并指出下一代探测器可进一步收紧约束。
2024-11-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Well-behaved relativity: regular black holes
最近对引力波的观测证实了广义相对论中最有趣的预言之一：黑洞。因为LIGO探测到的引力波非常符合广义相对论，是两个黑洞碰撞产生的现象。那么，黑洞的真实性在今天看来几乎是不存在的。然而，对黑洞的真实性的更强有力的证明是通过对定义它的事件视界的观测来表明的，本文指出，只有事件视界才定义黑洞。在它的定义中没有提到奇点。因此，它将表明，没有奇点的黑洞是可能的。这样的黑洞被称为规则黑洞。
2017-03-04 gr-qc physics.pop-ph
Hot Gravitons and Gravitational Waves From Kerr Black Holes in the Early Universe
早期宇宙中存在的任何大量黑洞都将演化为物质，随着空间的膨胀，它们在总能量密度中所占的比例越来越大。这促使我们考虑这样的场景，即早期宇宙包括一个由低质量（$M < 5\times 10^8$ g）黑洞主导的时代，这些黑洞在原始核合成之前蒸发。在参数空间的重要区域，这些黑洞将被引力束缚在双星系统中，并在蒸发之前进行合并。这样的合并导致三个潜在的可观察到的签名。首先，任何经过一次或多次合并的黑洞都将拥有相当大的角动量，导致它们的霍金蒸发产生大量的高能引力子。霍金蒸发的这些产物被预测为构成了今天热（$\sim$ eV-keV）引力子的背景，其能量密度对应于$ΔN_{\rm eff} \sim 0.01-0.03$。其次，这些合并将产生高频引力波的随机背景。第三，这些引力波的能量密度可以和$ΔN_{\rm eff} \sim 0.3$一样大，这取决于合并和蒸发之间的时间长度。这些信号都可能在未来测量的范围内。
2020-04-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Black Holes and Spacetime Physics in String/M Theory
除了简要回顾在弦/M理论中研究黑洞物理的最新进展外，我们还描述了几个与时空物理有关的鲁棒特征，这些特征可以通过研究黑洞的量子物理来收集。特别是，我们回顾了特胡夫特的S-矩阵的ananomaly的结果在一个非交换的地平线。重点介绍了最近构造的模糊AdS 2模型，这是一个很好的模糊黑洞视界模型.我们证明了这个模型捕捉到了量子引力的一些非微扰特征。
2000-06-05 gr-qc hep-ph hep-th
Primordial black hole formation in k-inflation models
Rudjer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）；University of Niš（尼什大学）
该研究探讨了k-本质膨胀模型中原始黑洞的形成机制及当前丰度计算方法。
2025-12-19 astro-ph.CO gr-qc
Analogue Penrose process in rotating acoustic black Hole
目前，引力是研究引力现象的重要工具，而考虑到我们的技术，这些引力现象是无法达到的。在这里，我们考虑类似彭罗斯过程中的旋转声黑洞的基础上描述的排水浴缸模型的量子流体。由于这种声学时空的旋转性质，粒子，即在量子流体上行进的声子，将经历众所周知的框架拖曳效应。通过定义这个声学黑洞的有效Komar质量和角动量，我们发现可以从它那里提取能量，同时我们证明了黑洞的角动量和质量都是减少的，与Penrose效应完全相似.
2022-05-03 gr-qc quant-ph
Testing General Relativity with Black Hole X-Ray Data and ABHModels
本文回顾了利用黑洞X射线数据检验广义相对论强场特性的当前研究工作，并详细介绍了ABHModels平台上提供的公开代码。
2024-04-23 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Bohr-like black holes
在量子引力中，黑洞（BH）会产生代表“氢原子“和“准热辐射”的高激发态，这一观点在今天是一个直观但普遍的信念。在本文中，它将表明，这样一个直观的图片是超过一个图片。事实上，我们将讨论一个量子BH模型，它与玻尔在1913年提出的氢原子结构的半经典模型有些相似。从Bekenstein关于面积量化的著名结果出发，该模型与文献中已有的结果完全一致。
2015-03-11 astro-ph.HE gr-qc quant-ph
The Weyl curvature conjecture and black hole entropy
今天的宇宙，拥有恒星、星系和黑洞等结构，似乎是从一个非常均匀的初始状态演化而来的。由此看来，宇宙的熵似乎在减少，这违反了热力学第二定律。罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）\cite{grossmann:penrose:wcc}提出，如果给时空几何赋予熵，这种不一致性就可以解决。他还指出，外尔张量具有人们期望在引力熵描述中找到的性质。本文试图用Weyl曲率猜想来描述黑洞的Hawking-Bekenstein熵和由宇宙学常数引起的视界熵。
2006-07-17 gr-qc
A solution of the coincidence problem based on the recent galactic core black hole mass density increase
提出了一种能够自然解决两个主要宇宙学问题的机制，即宇宙加速和符合问题。一种特殊的膜-体能量交换机制产生了总暗压，当在星系核心黑洞内部将所有法向的膜负压相加时产生。这种天体物理学产生的负暗压解释了宇宙加速，以及为什么今天的暗能量与物质密度在很宽的参数范围内是相同的。分析的一个令人兴奋的结果是，最近银河系核心黑洞质量密度的上升导致了最近宇宙从减速到加速的通道。最后，值得一提的是，这项工作纠正了一个在膜宇宙学家中广泛传播的谬论，即逃逸引力子导致正暗压力。
2013-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Half century of black-hole theory: from physicists' purgatory to mathematicians' paradise
尽管在40年前史瓦西解的发现中就隐含着这个问题，但现在被称为黑洞的理论所提出的问题对爱因斯坦那一代的物理学家来说是如此令人不安，以至于这个主题一直处于半秘密的孕育状态，直到他去世。这个转折点--距离爱因斯坦最初创立相对论仅仅半个世纪，也就是半个世纪前的今天--可以被认为标志着黑洞理论的诞生，它是新一代物理学家系统发展的一个主题，他们热情的研究揭示了不可预见的数学美的结构，尽管关于伴随奇点的物理意义的问题仍然存在争议。
2006-04-15 gr-qc
Dynamical model for primordial black holes
基于扩展的McVittie时空解，对原初黑洞进行了解析和数值讨论.通过假设暗物质和辐射是形成中的中心天体吸积的唯一能量来源，我们发现黑洞质量的演化依赖于种子的初始质量、黑洞出现的时间以及暗物质粒子的平均奇特速度。原始黑洞的初始条件的约束来自黑洞吸积机制和宇宙学环境的轮廓。大范围的质量与我们的方法是相容的。特别地，今天$10^{10}M_{\odot}$量级的质量也可以由小种子产生。当种子的初始质量接近粒子视界质量时，观察到出现视界的孵化时间。也有人认为，McVittie型的描述是一致的史瓦西解决方案，只要其他天体物理过程附近的中心对象被忽略。
2020-12-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Logarithmic terms in entropy of Schwarzschild black holes in higher loops
在量子环展开中，期望通过某些修正项来修正贝肯斯坦-霍金（BH）熵。众所周知，黑洞熵中的对数项是经典BH熵的一个单圈附加项。本文研究了Schwarzschild黑洞熵中对数项由于更高的量子圈而进一步的修正：在规范场、标量和费米子的一般可重整化理论中可达三个圈，而在量子引力中可达两个圈。对于包含引力子的大类多重态场（包括标准模型的多重态场），以及对于耦合值的一定范围，这些修正分别表现为在蒸发的后期冷却黑洞，以及增加黑洞的寿命。如果这幅图像持续到更高的环，那么在宇宙演化的早期阶段形成的小黑洞现在并没有像标准图像中预测的那样完全蒸发。相反，它们的长寿（普朗克质量）残余物应该在今天的宇宙中大量存在。
2020-01-15 gr-qc hep-th
Can massive primordial black holes be produced in mild waterfall hybrid inflation?
本文结合随机与$δN$形式，以非微扰数值方法研究混合暴胀产生大质量原初黑洞的可能性，发现瀑布阶段足够长时原初黑洞会被过度产生。
2016-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Is the Kerr black hole a super accelerator?
如果我们能找到一种机制，有效地将能量从黑洞转移到粒子，并相应地将粒子加速到（只要我们忽略反作用，就可以无限地）大速度，那么许多长期存在的谜题，比如超高能宇宙射线的起源，也许就能得到解决。到目前为止，在非极端克尔黑洞的情况下，唯一的这种候选机制是将一个从无限远自由下落的粒子与一个其轨迹受到某些特殊要求的粒子碰撞，为了满足这些要求，必须通过辅助碰撞进行适当的校正。本文证明至少当有关粒子在赤道平面内运动并经历一次修正碰撞时，这种机制也不起作用。最终碰撞的能量只有在入射粒子的能量无限高时才变得无限高。
2019-04-10 astro-ph.HE gr-qc
Evolution of primordial black hole spin due to Hawking radiation
在薄吸积盘的情况下，近极值克尔黑洞服从索恩极限$a<a^*_{\rm lim}=0.998$，或者在其他盘几何中服从这一极限的某种广义版本。然而，任何不同于热力学极限$a^* < 1$的极限原则上都可以在其他天体物理学配置中避免，特别是如果近极端黑洞是原始的，并且只受到霍金辐射的蒸发。我们推导出一个质量下限，在这个下限以上，霍金辐射的速度就足够慢，以至于一个初始自旋高于某个广义索恩极限的原生黑洞今天仍然可以高于这个极限。因此，我们指出，极高自旋克尔黑洞的观测应该是一个暗示，要么是外来的天体物理机制或原始起源。
2020-05-12 astro-ph.CO gr-qc
New Mass Window for Primordial Black Holes as Dark Matter from Memory Burden Effect
本文提出记忆负担效应会延长原初黑洞寿命，从而放宽BBN和CMB谱畸变对PBH质量范围的约束，使轻于10^9g的PBH可构成全部暗物质。
2024-02-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Black Hole Mergers in Holographic Space-time Models of Inflation
Rutgers University（罗格斯大学）；New High Energy Theory Center（新高能理论中心）
该研究探讨了膨胀全息空间时间模型中黑洞并合现象，发现无有害黑洞形成，但存在包含黑洞残余的微小结构，暗示了早期宇宙中大规模原始结构的可能。
2024-07-11 gr-qc hep-th
Quasi-Normal Modes of Stars and Black Holes
近几十年来，恒星和黑洞的微扰一直是相对论天体物理学的主要课题之一。由于它们与引力波天文学的相关性，它们在今天特别重要。本文从数学和天体物理两个方面介绍了致密天体的准简正模理论。讨论包括黑洞（史瓦西、Reissner-Nordström、Kerr和Kerr-Newman）和相对论恒星（非旋转和缓慢旋转）的扰动。各种家庭的准正常模式的属性进行了描述，和计算准正常模式的数值技术进行审查。成功的，以及限制，微扰理论，并讨论其作用在新兴时代的数值相对论和超级计算机。
1999-09-20 astro-ph gr-qc
The Quantum Theory Of Gravitation, Effective Field Theories, and Strings: Yesterday And Today
本文从引力量子理论视角分析了有效场论，回顾了1930年代至1994年量子引力探索如何推动粒子物理和广义相对论的观念转变，并探讨了弦论与有效场论在现代物理学中的关系及研究焦点变化。
2024-03-20 gr-qc hep-th physics.hist-ph
Dark matter and stable bound states of primordial black holes
我们提出了形成原始黑洞引力束缚态的三个原因，称为黑洞，利用牛顿引力和非相对论性量子力学，我们发现了一个纯粹的量子力学质量-黑洞中各组成黑洞不重叠的一种不相容性质。这保证了黑洞象普通物质一样占据空间。黑洞只发出引力辐射，其光谱是与氢原子的性质完全类似。其中一部分光谱位于正在建造的探测器可以到达的区域，这些黑洞将在星系周围形成晕，是当今宇宙中暗物质的重要组成部分，也可能是宇宙中不可见的畴壁的组成部分。
2003-08-17 astro-ph astro-ph.CO gr-qc
Impact of the returning radiation in current tests of the Kerr black hole hypothesis using X-ray reflection spectroscopy
本文通过模拟研究回返辐射对X射线反射光谱测量黑洞参数及检验克尔假说的影响，发现忽略回返辐射的模型仍能可靠恢复自旋并检验克尔度规，证实当前检验方法具有稳健性。
2023-09-22 astro-ph.HE gr-qc
Impact of the reflection model on the estimate of the properties of accreting black holes
黑洞双星和活动星系核X射线谱的相对论反射特征起源于热日冕对吸积盘内部的照射。在高质量的数据和正确的天体物理模型的存在下，X射线反射光谱可以是一个相当强大的工具，探测强引力区，研究吸积物质的形态，测量黑洞自旋，甚至在强场区测试爱因斯坦的广义相对论。现在有几个相对论反射模型可用，并由不同的小组开发。所有这些模型都存在一些差异，并有一些简化引入系统的不确定性。问题是，不同的模型是否提供了对黑洞性质的不同测量，以及如何为整个X射线天文学界找到一个共同的模型。在本文中，我们通过分析GRS 1915+105中恒星质量黑洞的朱雀观测以及MCG-6-30-15中超大质量黑洞的同时XMM-牛顿和NuSTAR观测来开始探索这个问题。这些源的相对论反射分量分别用FIGHCONV $\times$ REFLIONX、FIGHCONV $\times$ XILLVER和FIGHXILL拟合。讨论了它们之间的差异及其对吸积黑洞研究的影响。
2020-07-31 astro-ph.HE gr-qc
Revealing black holes with Gaia
我们估计人口的黑洞与发光的恒星同伴（BH-LC）在银河系（MW）观测盖亚。考虑到相关的物理，包括二进制恒星演化，BH形成物理，和恒星形成率，我们发展了一个现实的BH-LC祖细胞的分布从零年龄到当前的时代，以估计在MW今天的BH-LC人口。我们预测盖亚将在其5年任务结束时发现3800到12，000个BH-LC，这取决于BH出生反冲强度和可观测性约束。我们发现，总产量，和分布的偏心率和质量的观测BH-LCs可以提供重要的约束BH出生踢的强度。与通过无线电、X射线或引力波观测可探测到的BH-LC相比，预计盖亚探测到的BH-LC具有非常不同的轨道特性。
2017-11-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Could MACHOS be Primordial Black Holes formed during the QCD Epoch?
观测结果表明，星系晕暗物质的很大一部分可能是质量为$M\sim 0.5M_{\odot}$的致密物体。由于对这类矮星数量的观测上限很严格，因此将这些天体鉴定为红矮星或白矮星是有问题的。原始黑洞（PBH）的形成，从预先存在的密度波动是促进宇宙QCD过渡期间，由于压力的显着减少。对于一般的初始密度扰动谱，这意味着基本上所有的PBH可能形成的质量接近QCD视界尺度，$M_h^{QCD}\sim 1M_{\odot}$。这可能是这样的QCD PBH贡献显着的封闭密度今天。我讨论了QCD PBH暗物质性质的理论预测状况。宇宙太阳质量PBH人口的观测签名和约束进行了讨论。
1998-05-12 astro-ph gr-qc hep-ph
The fate of Lorentz frame in the vicinity of black hole singularity
众所周知，广义相对论在奇点处失效。然而，预计当曲率为普朗克尺度的量级时，量子校正变得重要，从而避免奇异性。通过计算潮汐力对自由下落惯性系的影响，并假定惯性系的最小可能尺寸为普朗克长度，我们证明了洛伦兹系在离奇点有限距离处不再存在。在这个特征半径内，我们不能应用我们今天所知道的广义相对论和量子场论。此外，我们考虑其他量子长度尺度，并施加限制的距离奇点，在这些理论可以想象的应用范围内的洛伦兹框架。
2013-05-30 gr-qc hep-th quant-ph
