Journey to the M_BH -sigma relation: the fate of low mass black holes in the Universe
本文探讨了黑洞质量和速度色散随红移的经验关联的建立和演化。我们跟踪的增长和吸积历史的大规模黑洞从高红移开始使用两种播种模型:(i)人口III残留物,和(ii)大量的种子直接气体崩溃。虽然种子最初并不满足$M_{\rm BH} - σ$关系,相关性的建立和保持在任何时候,如果自我调节吸积情节与重大合并。$M_{\rm BH} - σ$关系的大质量端较早建立,并且较低质量的MBH随时间迁移。MBH如何向关系迁移,关系的斜率和分散度都取决于播种模型以及所采用的自我调节处方。我们期望通量限制AGN调查和LISA选择吸积和合并MBH分别已经迁移到$\msigma$关系。这是一个结果,主要合并是更常见的在高红移的最大质量,偏见,星系锚定的$\msigma$关系早期。我们还预测存在大量的低质量的“隐藏”MBHs在高红移,可以很容易地逃脱检测。此外,我们发现,如果MBH种子是大规模的,$\sim 10^5 M_{\odot}$,低质量端的$\msigma$的朝向这个渐近值,创建一个特征“羽流”。
2009-08-21 astro-ph.CO
Role of Massive Radiation Pressure in the Early Universe
宇宙中物质的特征分布及其可观测的视加速膨胀是宇宙演化早期历史事件--大质量恒星爆炸对氢环境中漂移粒子辐射压力的结果。
2009-12-16 astro-ph.CO
Cosmology of self-replicating universes in black holes formed by dark matter-seeded stellar collapse
研究具有最基本性质的暗物质在百万亿年内将星系重子转化为黑洞的过程,探讨其对黑洞内部新宇宙产生及宇宙自然选择范式的启示,并提出宇宙熵产生时间尺度与黑洞产生动态相关。
2024-08-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Anisotropy of phase transition gravitational wave and its implication for primordial seeds of the Universe
我们定量地研究了原初密度涨落如何影响相变引力波(PTGW)的各向异性。各向异性的PTGW在重组之前很久就产生了,并且没有丝绸阻尼,它可能揭示了由暴胀或替代品引起的密度扰动。我们发现PTGW各向异性功率谱的新行为。PTGW各向异性在所有尺度上都强于宇宙微波背景温度的各向异性,早期积分的Sachs-Wolfe效应使高$\ell$多次波增强约1个数量级。此外,原始功率谱在小尺度上的差异表现出更显着的PTGW各向异性的角功率谱相比,宇宙微波背景。这些性质可能为理解我们早期宇宙的原始密度扰动提供新的线索,从而完善我们对暴胀理论的理解。以暗物质模型中的纳赫兹PTGW为例,我们得到了PTGW各向异性的振幅,比各向同性的PTGW能谱弱4 ~ 3个数量级。
2022-04-27 astro-ph.CO hep-ph
On Some Properties of the Neutrino in The Early Universe
早期宇宙中中微子的性质已经被研究,并在早期宇宙的质量密度的一个小的不均匀性。在研究中微子的平均自由程和质量束缚时发现了对这个因子的依赖性。用一个自由波包来描述中微子的时间过程,研究了中微子味的振荡,得到了一些有趣的结果。
2009-04-28 astro-ph.CO
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. I: An improved chemical model
早期宇宙中大质量种子黑洞形成的直接坍缩模型试图解释在$z \sim 6$观测到的超大质量黑洞的数密度,假设它们是从质量M > 10000太阳质量的种子中生长出来的,这些种子是由原子冷却晕中的无金属气体直接坍缩形成的,其中H2冷却被强的河外辐射场抑制。该模型的可行性取决于抑制H2冷却所需的辐射场的强度,$J_{\rm crit}$:如果这太大,那么形成的种子太少,无法解释观测到的SMBH数密度。为了可靠地确定$J_{\rm crit}$,我们需要能够精确地模拟在极强辐射场照射下气体中H2的形成和破坏。在本文中,我们使用基于反应的还原技术来分析在这些条件下H2的化学性质,使我们能够确定负责确定$J_{\rm crit}$值的关键化学反应。我们构建了一个简化的26个反应的网络,使我们能够准确地确定$J_{\rm crit}$,并将其与文献中以前的治疗方法进行比较。我们发现,以前的研究往往忽略了一个或多个重要的化学反应,这些遗漏引入了高达三个因素的不确定性到以前的测定$J_{\rm crit}$。
2015-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Monster in the early Universe
迄今发现的最遥远的类星体限制了黑洞的形成机制。它的光谱具有诱人的特征,有望在再电离时代结束之前被观察到。
2011-06-30 astro-ph.CO
Dilution of baryon asymmetry in the early universe due to primordial blackhole decay
宇宙形成初期的原初黑洞在物质主导时代衰变产生光子,从而导致重子不对称性的稀释和宇宙标度因子的演化。在考虑瞬时衰变近似、宇宙膨胀的现实模型和原始黑洞的对数正态谱的情况下,对这一过程进行了检验和计算。
2019-01-21 astro-ph.CO
Can Standard Model Higgs Seed the Formation of Structures in Our Universe?
我们研究了标准模型希格斯场作为原始曲率扰动的来源,特别是在曲率和调制再加热的情况下。我们的结论是,由于希格斯粒子衰变时的能量密度很小,它不能作为一个弯曲子,但希格斯粒子的调制再加热可能是一个可行的方案。在后一种情况下,不可避免地产生非高斯性,并强烈地限制了暴胀子场和Higgs相关相互作用项的势的类型。对于衰变率非线性依赖于Higgs真空期望值的暴胀子场的二次势,Higgs场对原初曲率微扰的贡献必须小于8%.
2013-01-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Early seeds of axion miniclusters
我们研究的小尺度结构的轴子暗物质在后暴胀的情况下,它预测形成的低质量,高密度的重力束缚的轴子称为轴子微团簇。为此,我们遵循数值宇宙学演化的轴子场和网络的字符串和域壁,直到密度对比被冻结。我们的模拟,包括高达$8192^3$点,是迄今为止提出的非线性政权的轴子场演化的最大的研究。轴子,Klein-Gordon方程的伪呼吸子,在我们的模拟中观察到形成在晚些时候。通过分析和数值计算研究它们的性质,我们观察到,特别是最早期的轴子有助于在微团簇的典型长度尺度上的密度扰动。我们分析了密度场的小尺度结构,给出了相关长度、功率谱和坍缩成轴子微团的高密度区的分布。我们模拟的最终密度场可用于计算包括重力在内的模拟中的微团质量分数。特别是,我们发现,典型的微簇祖细胞比以前认为的要小,只有适度的,$\mathcal{O}(1)$超密度。我们希望这些微团有一个丰富的子结构,出现在弦壁网络的崩溃和轴突产生的小规模波动。
2019-04-09 astro-ph.CO
Dust Battery: A Novel Mechanism for Seed Magnetic Field Generation in the Early Universe
提出尘埃电池机制,通过辐射加速带电尘埃产生电流,在低金属丰度下高效生成微高斯级种子磁场,比传统电池机制有效约1e8倍,可放大至星系磁场。
2025-04-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dust Attenuation of Lyman-Werner Feedback: Reassessing Early Super Massive Black Holes Seed Formation
本文通过定制半解析模型引入尘埃屏蔽方案,发现适度尘埃增丰可削弱LW辐射场以保留H₂冷却,拓展了高红移超大质量黑洞重种子的形成范围,改变了不同种子种群的相对重要性。
2025-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. III: The influence of X-rays
直接坍缩黑洞(DCBH)模型试图解释早期宇宙中观测到的超大质量黑洞的数量密度,假设它们是从质量为$10^{4}$ - $10^{5} \: {\rm M_{\odot}}$的种子黑洞中生长出来的,这些种子黑洞是由氢原子发射冷却的无金属原星系中的气体准等温坍缩形成的。要使这个模型成立,至少在某些星系中,H $_{2}$的形成必须受到强烈的河外辐射场的抑制。DCBH种子的预测数密度对抑制H $_{2}$形成所需的紫外线(UV)通量的最小值$J_{\rm crit}$高度敏感。在本文中,我们研究了如何改变的值$J_{\rm crit}$,我们改变了一个假设的高红移X射线背景的强度。我们证实了早期的发现,即当X射线通量$J_{\rm X}$较大时,临界紫外线通量与$J_{\rm crit} \propto J_{\rm X}^{1/2}$成比例。我们还仔细探索了X射线建模方式所产生的不确定性的可能来源。我们使用基于反应的还原技术来分析H $_{2}$在X射线照射气体中的化学性质,并确定必须包括在我们的化学模型中的35个化学反应的关键子集,以便准确地预测$J_{\rm crit}$。我们进一步表明,$J_{\rm crit}$是不敏感的二次电离或他$^{+}$重组的细节是如何建模,但强烈依赖于关于柱密度的塌陷气体的假设。
2016-10-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Accelerated growth of seed black holes by dust in the early universe
我们探讨了早期宇宙中尘埃对种子黑洞(BH)生长的影响。以前的一维辐射流体动力学(RHD)模拟表明,增加对尘埃的辐射压力进一步抑制吸积率比化学原始气体的情况下。利用Enzo + Moray程序,我们对尘埃星际介质中黑洞的吸积过程进行了三维RHD模拟。我们使用修改后的Grackle冷却库考虑尘埃物理在其非平衡化学。BH经历了一个早期的进化阶段,电离BH辐射在吸积和反馈之间循环时产生了一个振荡的HII区域。随着模拟的进行,稠密的冷气体在电离区域外聚集,在那里中性介质的流入与辐射压力驱动的流出相遇。在后期阶段,高密度的气体流发展并打破电离区域的准球形对称性,迅速提高吸积速率。晚期的特征是强电离流出和高密度气体流入共存。平均吸积率随着金属丰度的增加而增加,在Z $\sim$ 0.01 - 0.1 $\,Z_\odot$处达到峰值,比原始气体高一个数量级。然而,当金属丰度接近太阳丰度时,平均吸积速率会下降,因为辐射压力变得足够强,足以驱逐高密度气体。我们的研究结果表明,一个充满灰尘的金属贫ISM可以加速宇宙早期的BH的增长速度,然而,可以stunt其增长的ISM是进一步丰富的太阳丰度。
2022-01-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Standard Model Baryon Number Violation Seeded by Black Holes
我们表明,黑洞的史瓦西半径的顺序的电弱标度可以作为种子的重子数违反内的标准模型通过sphaleron过渡。相应的速率比纯真空中的速率要快,并且在经历了电弱相变后的宇宙演化过程中,黑洞周围的重子数可以发生破坏。然而,我们表明,这不会对宇宙中预先存在的重子不对称性构成任何威胁。
2021-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing early-universe phase transitions with CMB spectral distortions
早期宇宙中的全局破缺相变可以产生导致度规扰动的标度种子网络。这些度规扰动所产生的光子-重子等离子体中的声波,当被Silk阻尼时,会产生宇宙微波背景(CMB)的光谱畸变。在这项工作中,由于缩放种子网络的化学势失真($μ$)的计算和伴随的康普顿$y$型失真估计。选择的特定模型是用于$N\gg 1$的$O(N)$非线性$σ$模型,但是对于其他缩放种子,结果保持相同的数量级。如果CMB对$O(N)$模型的各向异性约束饱和,则产生的化学势畸变为$μ\lesssim 2\times 10^{-9}$。
2014-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. II: Impact of rate coefficient uncertainties
我们调查的不确定性的化学和冷却速率系数相关的无金属气体影响我们的能力,以确定抑制H2冷却高红移原子冷却晕所需的临界紫外线场强。抑制H2冷却是气体直接坍缩并形成中等质量黑洞的必要前提。然后,这些黑洞可以作为在红移$z \sim 6$处观察到的超大质量黑洞(SMBH)生长的种子。SMBH形成的这个模型的可行性取决于临界紫外线场强度,Jcrit:如果这是太大,那么太少的种子将形成解释所观察到的SMBH的数量密度。我们在本文中,有五个关键的化学反应,其速率系数是不确定的,足以显着影响Jcrit。其中最重要的是通过与其他氢原子碰撞而产生的氢的碰撞电离,因为在与直接坍缩相关的低能量下,该过程的速率受到非常差的约束。在最坏的情况下,这个反应和其他四个反应引入Jcrit的总不确定性可能接近5倍。我们还表明,使用过时的或不适当的值的直接崩溃机制在以前的研究中的一些化学反应的速率可能会显着影响这些研究确定的Jcrit值。
2015-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The SEEDZ Simulations: Methodology and First Results on Massive Black Hole Seeding and Early Galaxy Growth
Maynooth University(梅努斯大学);Max-Planck-Institut für Astrophysik(马克斯·普朗克天体物理研究所);University of Cambridge(剑桥大学);Universität Heidelberg(海德堡大学);Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院);University College Cork(科克大学);Cardiff University(卡迪夫大学);University of Edinburgh(爱丁堡大学)
SEEDZ模拟研究了宇宙早期巨量黑洞的形成与生长,揭示高红移宇宙中黑洞质量与宿主星系的关系尚未建立,黑洞可从初始重种子质量增长至百万倍太阳质量。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
SMBH Seeds from Dissipative Dark Matter
在标准的天体物理学场景中,在高红移($z\gtrsim 7$)下质量大于$\sim 10^{9}M_{\odot}$的超大质量黑洞(SMBH)的存在是很难适应的。我们研究的可能性,(几乎)完全耗散的自相互作用暗物质(tdSIDM)-在罕见的,高密度的暗物质波动在早期宇宙-通过灾难性的崩溃产生SMBH种子。我们使用一个半解析模型,测试和校准的一系列N-体模拟孤立的暗物质晕,计算tdSIDM晕,暗物质几乎失去了所有的动能在一个单一的碰撞中的动量中心框架的崩溃标准和时标。应用此模型晕合并树,我们经验分配SMBH种子晕和跟踪SMBH的形成和演化历史。我们预测类星体的光度函数,$M_{\rm BH}$ - $σ_{\rm v}^{\ast}$关系,和宇宙SMBH质量密度在高红移,并比较它们的观测。我们发现,$σ/m \sim 0.05~\rm cm^2/g$的耗散暗物质相互作用横截面足以产生早期宇宙中观察到的SMBH,同时与晚期宇宙中的普通SMBH保持一致。
2021-07-20 astro-ph.CO hep-ph
Exploring the high-redshift PBH-$Λ$CDM Universe: early black hole seeding, the first stars and cosmic radiation backgrounds
我们探讨了一个模型的观测影响,在该模型中,原始黑洞(PBH)与广泛的出生质量函数范围从太阳质量的一小部分$\sim$ 10 $^6$ M $_{\odot}$,符合目前的观测极限,构成宇宙中的暗物质成分。给出了这个PBH- \LambdaCDM ~宇宙中暗物质和重子物质的形成和演化。在这张照片中,PBH DM迷你晕比标准\LambdaCDM更早坍缩,重子在$z\sim15-20$冷却形成恒星,而在这些早期时期生长的PBH开始通过邦迪捕获吸积。这些源的体积发射率在$z\sim20$处达到峰值,在较低的红移处迅速衰减。因此,PBH DM也可以提供一个通道,使早期的黑洞种子,并自然地解释了底层暗物质晕-宿主星系和中央黑洞连接的起源,表现为$M_{\rm bh}-σ$相关性。为了估计这些高红移PBH DM晕的光度函数和对积分发射功率谱的贡献,我们发展了一个晕占据分布(HOD)模型。除了追踪恒星形成和再电离的历史,它还允许我们评估宇宙红外和X射线背景(CIB和CXB)。我们发现,吸积到PBH/AGN成功占检测到的背景和它们的互相关,包括一个额外的红外恒星发射组件。通过JWST探测深红外源数分布,可以揭示出这类高红移恒星形成和吸积的PBH DM的存在。
2021-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gravitational Recoil and Suppression of Super Massive Black Hole Seeds in the Early Universe
本文通过纳入经数值相对论校准的引力波反冲物理拓展半解析种子模型,研究其对早期宇宙超大质量黑洞增长的影响,发现反冲会降低z=6时SMBH质量并产生游荡黑洞群体,给出了对应的可观测效应。
2025-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Super-Critical Growth of Massive Black Holes from Stellar-Mass Seeds
我们认为超临界吸积与角动量到恒星质量的黑洞作为一个可能的机制,从光种子生长十亿太阳质量的洞在早期。我们使用的辐射效率低的“薄盘”解决方案-平流,光学厚流,概括了标准的几何薄盘模型-显示如何温和的超爱丁顿间歇性吸积可能会显着缓解问题的组装第一个大质量黑洞时,宇宙年龄小于0.8 Gyr。由于非旋转以及快速旋转的孔周围的薄盘的低辐射效率,在这个制度的质量e-折叠的时间尺度几乎是独立的自旋参数。简要讨论了早期宇宙超临界增长的条件。
2014-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic String Loops as the Seeds of Super-Massive Black Holes
最近发现的超大质量黑洞在高红移表明一个可能的紧张局势与标准的Lambda CDM范式的早期宇宙学,有困难的解释所需的非线性紧凑的种子,触发这些超大质量黑洞的形成的起源。在这里,我们表明,宇宙弦循环,导致从一个缩放的解决方案中形成的字符串在非常早期的宇宙相变导致一个额外的来源紧凑的种子。弦诱导的种子的数密度在高红移处占主导地位,可以帮助触发所观察到的超大质量黑洞的形成。
2015-07-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Can Superconducting Cosmic Strings Piercing Seed Black Holes Generate Supermassive Black Holes in the Early Universe?
当宇宙只有9亿年的时候,大量红移为$z > 6$的超大质量黑洞(SMBH)的发现提出了这样一个问题:如此巨大的致密物体如何在宇宙学上的短时间间隔内形成。每一个标准的方案,包括种子黑洞的快速吸积或黑洞合并,在解释超大质量物体的短时间形成时都面临着严重的理论困难。在这项工作中,我们提出了一个替代方案的形成SMBH在早期宇宙中,能量转移从超导宇宙弦穿透小种子黑洞是主要的物理过程,导致快速的质量增加。作为一个玩具模型,考虑了两个载恒流对极弦穿过的种子黑洞的吸积率。使用一个有效的行动的方法,其中包括一个大类的超导弦模型的唯象,我们估计所需的最小电流形成SMBH与质量的顺序$M = 2 \times 10^{9}M_{\odot}$由$z = 7.085$。这相当于为类星体ULAS J112001.48+064124.3提供动力的中心黑洞的质量,并被视为早期SMBH形成的测试案例。对于GUT尺度的弦,由于电流的存在,弦能量密度所需的分数增加是$10^{-7}$阶,因此它们的存在与弦张力的当前观测界限保持一致。此外,我们考虑了一个“奇异”的情况下,一个SMBH产生时,一个小的种子黑洞是由一个更高的维度$F-$字符串,由弦论预测刺穿。我们发现,拓扑缺陷弦和基本弦都能够携带足够大的电流,通过我们提出的机制产生早期SMBH。
2017-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Glimpses into the early Universe
这篇文章简要概述了我们目前对早期宇宙的理解所依据的理论思想。将早期宇宙模型的预测与宇宙学观测,特别是宇宙微波背景波动的观测相对照,将提高我们对原始宇宙物理学的认识。
2009-10-02 astro-ph.CO hep-th
A Dark-matter Origin of Little Red Dots: Early Seeding and Super-Bondi Accretion
Peking University(北京大学);Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学科维理天文与天体物理研究所);Beijing Normal University(北京师范大学);School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University(北京师范大学物理学院);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学天文与空间科学学院)
本研究提出自相互作用暗物质的引力热坍缩可早期产生黑洞种子,并通过超邦迪吸积驱动其成长为超大质量黑洞,从而解释小红点的异常性质,为暗物质微观物理提供新探针。
2026-09-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Loss-Cone-Limited Dark Matter Capture by Early Black Hole Seeds
Center for Astrophysics, Department of Physics and Astronomy, University of Notre Dame(圣母大学物理与天文学系天体物理学中心)
针对早期黑洞种子,建立损失锥框架研究无碰撞暗物质捕获,结合Fokker-Planck处理角动量输运,发现普通恒星弛豫贡献可忽略,原初黑洞或三轴轨道可产生显著增长,但自洽计算中吸积受供应限制,NFW模型高估持续增长。
2026-11-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Exploring a primordial solution for early black holes detected with the JWST
针对JWST发现的高红移大质量早期黑洞及其高黑洞-恒星质量比难题,该研究结合解析计算,探究了天体物理种子吸积与原初黑洞种子两种路径,验证了PBH驱动结构形成可解释相关观测结果。
2024-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Magnetic fields in the Large-Scale Structure of the Universe
磁场在天体物理环境中似乎无处不在。它们在团内介质中的存在是通过同步辐射和法拉第旋转的观测建立的。另一方面,星系团外的磁场的性质,在那里的观测是稀缺的和有争议的,仍然在很大程度上未知。在这一章中,我们回顾了我们对星系际磁场,特别是星系团间磁场的性质和起源的理解的最新进展。银河系和星系间磁场起源的一个合理的假设是,在早期宇宙中产生的种子场,在大尺度结构形成过程中被诱导的湍流放大。我们提出了几种机制的产生之前和重组后的种子田。然后,我们讨论了磁场的演变和作用的形成过程中的第一次启动。我们描述了在大尺度结构形成过程中种子场的湍流放大以及由此产生的磁场的性质。最后,我们讨论了星系际磁场的影响。
2011-09-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Massive Black Hole Seeds
本文系统梳理大质量黑洞轻、重种子的形成途径,指出种子质量谱更可能为连续谱,并定量论证重种子虽罕见但其丰度足以解释大部分大质量黑洞种群。
2024-09-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Inflationary Gravitational Waves and the Evolution of the Early Universe
我们研究了早期宇宙中可能发生的各种现象对暴胀引力波谱的影响。这些现象包括相变、非相对论物质的熵产生、暗辐射的产生以及热浴中暗物质/辐射的退耦。这些事件可以在暴胀引力波谱中产生几个特征信号,这可能是对早期宇宙历史和高能物理性质的直接探测。
2013-07-22 astro-ph.CO hep-ph
High-z Quasars in the R_h=ct Universe
如果不借助异常高的吸积率或奇异的大质量种子的产生,人们就无法理解10^9太阳质量的黑洞的早期出现,而这两种情况在本机宇宙中都看不到。最近的观测使这个问题更加复杂,因为它表明大多数(如果不是全部的话)高z类星体似乎都在爱丁顿极限处吸积。在LCDM的背景下,唯一可行的替代方案似乎是通过合并聚集超大质量黑洞,只要种子在红移>40时开始形成,但在z~20-30时停止产生。在本文中,我们表明,虽然高z类星体可能很难解释的标准模型的框架内,他们反而可以更合理地解释在R_h=ct宇宙的背景下。在这种宇宙学中,再电离开始后(z<15)产生的5-20个太阳质量的种子可以很容易地在z> 6时增长到M>10^9太阳质量,仅仅是通过以标准爱丁顿速率吸积。
2012-12-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Holes: sirens of the early Universe
原始黑洞(PBH)通常是在早期宇宙中形成的轻黑洞。有许多形成机制,包括大密度扰动的坍缩、宇宙弦环和气泡碰撞。形成的PBH的数量受到其蒸发和透镜效应以及动力学效应的严格限制。因此,PBH是早期宇宙物理学的一个强有力的探测器,特别是暴胀模型。它们也是潜在的冷暗物质候选者。
2014-03-05 astro-ph.CO gr-qc
Dark Matter from Evaporating Primordial Black Holes in the Early Universe
本文研究早期宇宙中占主导的原初黑洞在核合成前蒸发产生暗物质的冻结机制,考虑两种形成机制下的连续质量谱,并给出该场景解释极早期暗物质产生的条件。
2024-06-10 astro-ph.CO hep-ph
Enigmatic Aspects of the Early Universe: Possibility of a 'Pre-Big Bang Phase'!
在这篇论文中,我们提出,在早期致密宇宙中粒子之间的相互引力相互作用可以导致一个“前大爆炸”的场景,粒子质量大于普朗克质量意味着宇宙的加速阶段,然后当质量下降到普朗克质量以下时进入辐射阶段。在各种统一理论中,这种大质量粒子(即普朗克质量的倍数)的状态塔的存在,在早期宇宙中提供了快速的加速,类似于通常的暴胀场景,但在这里,当温度低于普朗克温度时,膨胀率“平滑”地过渡到辐射主导的宇宙。
2010-12-27 astro-ph.CO physics.gen-ph
Connecting QGP-Heavy Ion Physics to the Early Universe
我们讨论了早期宇宙中夸克-胶子等离子体的性质和演化,并与实验室重离子实验进行了比较。我们描述了物质和反物质如何从夸克和胶子的原始汤中出现。我们集中讨论早期宇宙和实验室实验之间的相似性和差异。
2013-06-11 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Detecting the Birth of Supermassive Black Holes Formed from Heavy Seeds
在本白皮书中,我们探索了识别和研究早期宇宙中由重种子($\mathrm{M_{\bullet}} \sim 10^4 - 10^6 \, \mathrm{M_{\odot}}$)形成的超大质量黑洞所需的能力。为了获得对重粒子的明确探测,我们需要探测$\sim 10^{5-6} \, \mathrm{M_{\odot}}$在红移$z \gtrsim 10$的质量尺度。从这个理论的角度来看,我们审查的观测要求,以及它们如何比较计划/拟议的仪器,在红外线,X射线和引力波领域。总之,在未来十年内在$z \gtrsim 10$探测重黑洞种子将具有挑战性,但根据目前的理论模型,即将推出/拟议的设施是可行的。它们的发现对于理解宇宙的早期历史以及迄今为止的演化至关重要。揭开黑洞的曙光肯定会是天文学界未来十年关注的重点任务之一。
2019-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Black Hole Remnants in the Early Universe
我们考虑了早期宇宙中原始微黑洞(MBH)残余物的产生。这些物体导致宇宙在暴胀开始之前处于物质主导的时代。这样一个时代的CMB功率谱的影响进行了讨论和计算分析和数值。通过与WMAP合作组的最新观测数据的比较,我们发现我们的模型能够解释CMB功率谱的四极异常。
2010-11-06 astro-ph.CO gr-qc
Micro black holes formed in the early Universe and their cosmological implications
粒子的高能碰撞可能在早期宇宙中产生了微小的黑洞,由于霍金辐射,这些黑洞可能会留下稳定的残余物,而不是完全蒸发。如果再加热的温度足够接近基本引力标度(这可能与通常的普朗克标度不同,取决于空间额外维度的存在和性质),那么形成速率可能足够高,因此这些残余物可以解释宇宙中整个冷暗物质。
2018-11-12 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological Imprints of a Generalized Chaplygin Gas Model for the Early Universe
我们提出了一个早期宇宙的唯象模型,其中有一个早期的“精髓”阶段和辐射主导的时代之间的平稳过渡。物质的含量是由一个适当修改的Chaubergin气体为早期宇宙。我们通过将标量扰动的原始功率谱映射到WMAP7的最新数据来观测约束模型。我们也计算了原始引力波的频谱,就像今天测量的那样。我们表明,频谱的高频区域取决于模型的自由参数,最重要的是,这一区域的频谱可以在未来的引力波探测器的范围内。
2011-04-04 astro-ph.CO gr-qc
Supermassive Black Holes in the Early Universe
高红移类星体的发现对超大质量黑洞的起源提出了挑战。在这里,两个进化的情况被认为是。第一个是关于局部宇宙中的大质量黑洞,其中绝大多数是由种子的生长形成的,因为它们的宿主星系是按照层次图组装的。在第二种情况下,种子质量约100-150 M?通过气体的吸积形成一个不稳定的大质量盘,其存在得到了高z类星体中大量气体和尘埃的检测的支持。这些非稳态自引力盘模型很好地解释了类星体在高z时观测到的“亮度-质量”关系,也表明这些物体在所谓的爱丁顿极限下不辐射。
2020-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark matter and the early Universe: a review
暗物质是目前宇宙学和粒子物理学中的一个突出问题。在这篇综述中,我们讨论了可能的解释暗物质和实验观测值,最终可以导致发现的暗物质及其性质,并证明早期宇宙的宇宙学性质和观测值之间的密切相互作用,用于约束暗物质模型的背景下,新的物理学超越标准模型。
2021-04-23 astro-ph.CO hep-ph
Trans-Planckian Censorship Conjecture and Early Universe Cosmology
我回顾了“跨普朗克审查猜想”(TCC)及其对宇宙学的影响,特别是对暴胀宇宙的情况。虽然暴胀情景受到TCC的严格限制,但其他早期宇宙情景并不受限制。
2021-02-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Can Primordial Black Holes Be Seeds for Early Galaxies in Models Satisfying the Covariant Entropy Bound?
Rutgers University(罗格斯大学);University of Texas, Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
本文论证满足协变熵界的宇宙学模型倾向于无局域激发或单一大型黑洞的初始态,通过假设早期视界体积内充满微小黑洞衰变产生辐射,并引入随机大黑洞作为暗物质,可解释詹姆斯·韦伯望远镜观测的早期星系。
2026-08-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-Equilibrium Relativistic Core Collapse of Self-Interacting Dark Matter Halos -- Limits On Seed Black Hole Mass
Peking University(北京大学);Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University(北京大学天文与天体物理研究所);Beijing Normal University(北京师范大学);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
本文研究了自相互作用暗物质晕的非平衡相对论性核心坍缩,探讨了种子黑洞质量的限制,结合广义相对论效应,揭示了黑洞形成机制中的关键因素。
2026-04-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Non-Gaussianities, early Universe, and GRBs. Tracing the primeval state of the Universe with number counts of Gamma-Ray Bursts
我们研究了太初宇宙中的太初非高斯性对重子结构形成过程的影响。通过将高斯和非高斯情形下的宇宙恒星形成率与高红移再电离源的可探测性相联系,我们得到了不同模型下的预期伽马射线暴率。我们发现,高红移伽马射线暴的计数可以作为非高斯性的宇宙学探针,它们是区分早期非高斯效应的合适候选者。
2012-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Hadronic Matter in the Robertson-Walker Metric and the Early Universe
本文给出了早期宇宙中Robertson-Walker度规下强子物质的Friedman方程。我们考虑强子相,它是在夸克-胶子等离子体强子化之后形成的,这意味着时间从10^{-6}s到1 s。推导出一组方程,并考虑一个近似的解析解的系统的行为进行了研究。
2015-05-20 astro-ph.CO hep-th nucl-th
Limitations of an Effective Field Theory Treatment of Early Universe Cosmology
假设超弦理论是在量子水平上统一自然界所有力的基本理论,我认为有效场论技术在描述早期宇宙宇宙学中的适用性存在关键限制。
2021-08-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
How Slowly can the Early Universe Expand?
当宇宙的膨胀是由状态方程参数$w$和声速$c_s$满足$w = c_s^2 \le 1$的理想流体控制时,哈勃参数$H$和时间$t$满足$Ht \ge 1/3$ .最近,人们对使用$Ht < 1/3$的“超慢”膨胀定律(有时称为“快速膨胀”模型)产生了兴趣。我们研究了各种可以产生超慢膨胀的模型:具有负势的标量场、正压流体、膜世界模型或早期宇宙中的游荡阶段。超慢膨胀的标量场模式和正压模式对向$w = 1$或$w \rightarrow \infty$的演化不稳定,对向$w \rightarrow \infty$的演化不稳定。膜世界模型可以产生超慢的膨胀,但需要超出标准弗里德曼方程的膨胀定律。游荡的早期宇宙模型可以在早期宇宙中产生准静态膨胀阶段,但需要一个奇异的负密度分量。这些结果表明,呼吁在早期宇宙中的超慢膨胀阶段应该谨慎对待,尽管游荡的早期宇宙可能值得进一步研究。这些结果不适用于超慢收缩模型。
2022-09-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Production of relic gravitational waves and the baryon asymmetry of the universe by random hypermagnetic fields
本文通过推导并数值求解随机等离子体中超磁场的动力学方程,预言了其产生的原初引力波谱和宇宙重子不对称性,从而为限制种子超磁场强度提供了依据。
2023-07-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fermionic decay of a massive scalar in the early Universe
我们得到了一个弯曲的空间推广的标量费米子衰变率与汤川耦合在扩大弗里德曼-罗伯逊-沃克宇宙。这是使用弯曲时空中量子场的完整理论和加总跃迁概率方法完成的。研究发现,在膨胀的宇宙中,通常的闵可夫斯基衰变率在早期有相当大的变化。对于共形耦合标量,衰变率被一个与质量的倒数成正比并与宇宙膨胀率相关的正加性项修正。我们比较和对比我们的结果与以前的研究标量到标量衰变,并发现,在一般情况下,衰变通道到费米子是在非常早期的宇宙衰变的主要渠道。
2019-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Introduction to Early Universe Cosmology
观测宇宙学正处于它的“黄金时代”,有大量关于宇宙中物质和光分布的最新数据。这些数据可以用来探索早期宇宙的理论。正是小振幅的宇宙学涨落编码了关于极早期宇宙的信息,并将其与当前的数据联系起来。因此,在这些讲座的中心议题是“理论的宇宙学扰动“,该理论描述了产生的不均匀性在非常早期的宇宙和他们的演变,直到目前的时间。我将把这个理论应用于非常早期宇宙的三类模型。第一个是“暴胀宇宙学”,这是目前理解宇宙早期演化的范式。我将回顾暴胀宇宙学的成功,但也将重点放在暴胀宇宙学所面临的一些概念上的挑战,这些挑战促使人们寻找可能的替代方案。我将介绍两种可供选择的方案,“物质反弹”模型和“弦气体宇宙学”,我将讨论如何宇宙学波动,可以解释目前的数据在这些模型中产生。
2011-03-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fundamental Physics, the Swampland of Effective Field Theory and Early Universe Cosmology
宇宙暴胀并不是唯一符合当前观测数据的早期宇宙情景。我将讨论一个成功的早期宇宙宇宙学的标准,比较几个提出的方案(通货膨胀,弹跳宇宙学,和{ \it紧急}方案),重点是未来的观测数据将如何能够区分它们。我将论证,为了理解早期宇宙,我们需要超越有效场论,而超弦理论的原理将产生一种非奇异的宇宙学。
2019-11-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Symmetries of the Large Scale Structures of the Universe as a Phenomenology of a Fractal Turbulence: The Role of the Plasma Component
本文从分形湍流视角研究宇宙大尺度结构形成的对称性,将涡旋尺度与不同碎裂层级的金斯长度关联,提出联系结构密度比、星系团星系数和豪斯多夫数的唯象定律,并引入原初磁场将湍流特征约化为二维欧拉方程。
2024-03-27 astro-ph.CO gr-qc physics.plasm-ph