Primordial black hole compaction function from stochastic fluctuations in ultra-slow-roll inflation
本研究针对超慢滚暴胀中随机效应显著的原初黑洞形成问题，利用ΔN形式与常滚近似数值求解致密函数，发现其呈尖峰形态，会大幅提升PBH丰度并拓宽质量分布，需重新开展相关数值模拟。
2024-09-18 astro-ph.CO gr-qc
The imprint of primordial gravitational waves on the CMB intensity profile
利用光子束在受扰Friedmann-Robertson-Walker（FRW）时空中传播的二维横截面上的诱导几何，计算了现今望远镜收集区上的宇宙微波背景（CMB）光子分布.事实证明，在每一条视线上，由于引力剪切，光子沿着横向被稀释。这种效应可以用两个自旋-重量-两个变量来表征，这让人想起斯托克斯偏振参数。类似于这种情况，我们可以构造一个标量和一个伪标量函数，其中后者只从张量模中得到贡献。我们解析地确定了一个简单暴胀模型中超视界尺度下赝标量的功率谱，并简要讨论了可能的观测结果。
2021-05-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The statistics of curvature-profile dispersion in primordial black hole formation
Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；Pohang University of Science and Technology（浦项科技大学）；Nagoya University（名古屋大学）
研究原初黑洞形成中曲率轮廓色散，开发有限作用框架，通过多极傅里叶 - 贝塞尔分解分析，发现其丰度受高斯代价与坍缩阈值增益竞争影响，残余轮廓色散是重要统计成分，能影响丰度估计。
2026-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Discrete self-similarity imprints on primordial-black-hole mass functions
Rikkyo University（立教大学）
该研究探讨标量场坍缩临界行为的离散自相似性对原初黑洞质量函数的印记，发现其会产生对数周期特征，宽谱会消除该子结构，为相关现象学提供连接桥梁。
2026-08-25 gr-qc
Effects of the shape of curvature peaks on the size of primordial black holes
数值模拟了在充满辐射流体的Friedman-Robertson-Walker（FRW）宇宙中，由不同的原初曲率微扰分布族播种的球对称原初黑洞（PBH）的形成.我们已经研究了依赖于曲率轮廓的初始质量$M_{\rm BH,i}$的PBH在视视界形成$t_{AH}$的时间，最终质量$M_{\rm BH,f}$吸积过程后，使用切除技术，比较$M_{\rm BH,i}$以前的分析估计使用补偿PBH模型的方法。分析估计与数值结果一致，除了大的初始扰动振幅值时，补偿模型是不太准确的。质量$M_{\rm BH,f}$和$M_{\rm BH,i}$不仅取决于压缩函数峰周围的形状，而且取决于初始曲率扰动的完整轮廓。我们还估计吸积效应，并为那些PBH的质量相关的暗物质丰度，与最终质量等于视界交叉质量，我们发现$M_{\rm BH,f}\approx 3 M_{\rm BH,i} $。
2021-04-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial black hole formation from a nonspherical density profile with a misaligned deformation tensor
本文数值模拟了非球形曲率扰动下的原初黑洞形成，通过设定未对齐的形变张量与惯性张量引入潮汐扭矩，发现生成的黑洞自旋在数值精度内可忽略，支持 $w\gtrsim0.2$ 时自旋极小的结论。
2024-04-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Generic Predictions for Primordial Perturbations and their implications
本文提出基于深度强化学习的新框架，用于生成符合观测约束的标量功率谱，并预测原初黑洞丰度与次级诱导引力波，从而超越传统基于模型的方法。
2024-08-11 astro-ph.CO gr-qc
Threshold for primordial black holes: Dependence on the shape of the cosmological perturbations
原始黑洞可能是在早期宇宙的辐射时代，由于度规的足够大的振幅扰动的坍缩而形成的。这些对应于非线性的能量密度扰动，其特征是当扰动重新进入宇宙视界时测量到的振幅大于某个阈值。本文在球对称条件下，利用长波长极限下的梯度展开近似，研究了原始黑洞的形成过程。在长波长极限下，压力梯度很小，初始扰动仅是与时间无关的曲率分布的函数。在这种制度下，有可能理解的原始黑洞形成的阈值如何依赖于初始能量密度分布的形状，澄清扰动振幅的本地和平均测量之间的关系。虽然对于原初黑洞的形成没有一个通用的阈值，但扰动的平均质量过剩取决于能量密度峰值的幅度，并且可以用这两个关键量中的一个来制定一个定义明确的标准，以确定何时宇宙学扰动能够形成黑洞。这让我们了解了原始黑洞的丰度如何取决于宇宙学扰动的暴胀功率谱的形状。
2020-01-03 astro-ph.CO gr-qc
Effect of stochastic kicks on primordial black hole abundance and mass via the compaction function
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Lancaster University（兰卡斯特大学）；University of Louvain（鲁汶大学）
研究随机效应如何影响原始黑洞的丰度和质量，通过压缩函数分析不同质量种子黑洞的坍缩过程，发现随机冲击可使丰度增加36个数量级，但存在收敛性问题。
2026-03-23 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Hole formation from overlapping cosmological fluctuations
本研究探讨辐射主导宇宙中交叠超视界曲率涨落形成原初黑洞的机制，发现涨落交叠可降低PBH形成阈值，验证了已有解析估计的适用性，并指出曲率剖面对最终PBH质量有显著影响。
2024-02-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Non-adiabatic primordial fluctuations
我们考虑等曲率和绝热宇宙学扰动的一般混合。在由线性化的爱因斯坦方程和原始理想流体组成的最小假设集下，我们导出了二阶作用量及其曲率变量。我们还允许改变状态方程和声速剖面。因此，推导是在与之前绝热模式相同的一般性水平上进行的。结果发现了一个新的守恒超视界量，并把它与守恒曲率微扰联系起来。最后，我们展示了如何可以应用的形式主义，考虑Chaobergin气体类原始物质模型，找到两个规模不变的解决方案的结构形成。
2010-04-19 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole formation from massless scalar isocurvature
本文数值研究了辐射主导宇宙中无质量标量场在超哈勃尺度上的等曲率扰动下的原初黑洞形成。作为第一步，我们进行模拟的球对称配置。对于初始条件，我们采用了空间梯度展开，并提供了在这种展开中直到二阶都有效的生长模式解的一般形式。假设初始标量场分布是高斯分布，具有特征共动波数$k$ ; $\sim\exp(-k^2R^2)$，其中$R$是径向坐标。我们发现，PBH是形成一个足够大的振幅的标量场配置文件。然而，我们发现，引力坍缩的后期行为是由流体的动力学，而不是由标量场，这是类似的PBH形成的绝热扰动辐射占主导地位的宇宙。
2022-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraints on the Primordial Curvature Power Spectrum by Pulsar Timing Array Data: A Polynomial Parameterization Approach
针对脉冲星计时阵列观测到的随机信号，提出基于泰勒展开的原初曲率功率谱峰值参数化方法，并结合贝叶斯推断与NANOGrav 15年数据集对其进行限制，该方法具有较强通用性。
2024-01-10 astro-ph.CO gr-qc
Investigating $f(R)$-Inflation: background evolution and constraints
Sapienza University of Rome（罗马第一大学）；INFN - Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Tor Vergata University of Rome（罗马托尔维加塔大学）；INAF - Osservatorio Astronomico di Roma（意大利国家天体物理研究所罗马天文台）；ENEA - C.R. Frascati（意大利国家新能源与可再生能源机构弗拉斯卡蒂研究中心）
研究在度规 - $f(R)$修正引力理论框架下产生暴胀机制的可能性，构建约旦框架动力学场景，考虑粒子产生过程，结合理论与观测数据检验模型，评估其可行性及对哈勃常数张力的影响。
2026-07-09 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole formation from a type II perturbation in the absence and presence of pressure
本文利用 Lemaitre-Tolman-Bondi 解研究 II 型原初曲率扰动形成 PBH 的视界分类，证明球对称尘埃情形下 I/II 型与 A/B 型等价，但有压力时该等价性一般失效。
2025-05-01 gr-qc
The Primordial Black Hole Abundance: The Broader, the Better
本文指出，除非曲率扰动功率谱极尖峰，原初黑洞丰度始终由最宽紧致函数轮廓主导，阈值为2/5，这加剧了其与脉冲星计时阵列引力波信号之间的紧张关系。
2024-06-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Decaying Dark Matter in Halos of Primordial Black Holes
我们研究了原初黑洞晕中一般衰变暗物质粒子的光子特征。我们推导出这些组合的暗物质的情况下的晕轮廓密度和总衰变率。对于类轴子粒子的质量低于$\mathcal{O}( 1 )\,$千电子伏的情况下，我们发现强的衰减常数是几个数量级强于现有的最强的界限，所有晕质量以上$\mathcal{O}( 10^{-5} )$太阳质量的界限。利用未来的X射线测量，将有可能进一步推动这些结合暗物质的情况。
2019-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Beyond isolated curvature peaks: collective collapse and multiple Primordial Black Hole formation
Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；Pohang University of Science and Technology（浦项科技大学）
本研究通过数值模拟发现原初曲率扰动并非一对一形成原初黑洞，引入新诊断量并补充线性表面强度，表明坍缩结果还与曲率环境的空间范围等因素相关。
2026-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing small-scale non-Gaussianity from anisotropies in acoustic reheating
我们给新的约束小规模的非高斯原始曲率扰动的各向异性在声学再加热。不同温度的局部热平衡或局部动力学平衡系统的混合产生局部平均温升，其与光子扩散尺度中的温度扰动阻尼的平方成比例。这样的二次温度扰动是无法区分的标准温度扰动线性来自原始曲率扰动，因此应该是次显性相比，标准的。通过研究二次微扰的自功率谱和与标准微扰的互功率谱，我们发现了原始曲率微扰的小尺度高阶关联函数（连通的非高斯部分和不连通的高斯部分）.这仅仅是因为这些功率谱来自具有非线性参数（例如$f_{\rm NL}$和$τ_{\rm NL}$）的原始曲率扰动的高阶关联函数，因为二次温度扰动是二阶效应。因此，$l(l+1)C^{TT}_l\simeq 6\times 10^{-10}$在大尺度上的观测结果给出了一个鲁棒的和普遍的上界的小尺度非高斯原始曲率扰动。
2015-03-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Acoustic gravitational waves from primordial curvature perturbations
School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study (HIAS), University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（杭州高等研究院基础物理与数学学院，中国科学院大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP)（亚太理论物理中心）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学物理科学学院）；Institute of Fundamental Physics and Quantum Technology & School of Physical Science and Technology, Ningbo University（宁波大学基础物理与量子技术研究所及物理科学与技术学院）
研究通过非微扰方法揭示原始曲率扰动产生的声学引力波特性，发现其幅值对峰值分离敏感，且在大振幅下峰值频率降低。
2025-12-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Holes Are True Vacuum Nurseries
本文提出利用原初黑洞Hawking蒸发形成的热斑温度分布计算亚稳态真空衰变率，以避免传统真空的不一致性，并据此排除了特定质量黑洞对应的电弱真空不稳定PBH能量占比参数空间。
2023-11-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Simulation of Primordial Black Holes with large negative non-Gaussianity
在本工作中，我们对充满辐射流体的Friedman-Lemaintre-Robertson-Walker宇宙中的原初黑洞（PBH）的形成过程进行了数值模拟.我们已经比较了数值模拟的结果与以前的分析估计的阈值PBH形成在以前的文件arXiv：2109.00791，特别是为负值的非线性参数$f_{\rm NL}$。我们的数值结果表明PBH形成的（所谓的）I型也在情况下$f_{\rm NL} \lesssim -0.336$，这是没有发现在以前的分析预期使用的临界平均压实功能。特别是，虽然普遍的平均临界压实函数$\bar{\mathcal{C}}_{c}=2/5$的值在文献中发现以前不满足所有的配置文件中考虑这项工作，一个替代的直接分析估计已被发现是大致准确的估计阈值，这给出了一些$\%$偏离数值$f_{\rm NL}\gtrsim -1$的临界平均密度的值。
2022-04-05 astro-ph.CO gr-qc
Machine Learning-Based Analytical Expressions for Gray-Body Factors and Application to Primordial Black Holes
本研究利用符号回归机器学习方法，为史瓦西黑洞的灰体因子构建简洁解析表达式，并应用于原初黑洞作为暗物质候选体的丰度约束分析，展示了该方法在提供可解释近似解方面的潜力。
2025-09-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
The abundance of primordial black holes depends on the shape of the inflationary power spectrum
在这封信中，结合峰值理论和辐射主导时代的引力坍缩的数值分析，我们表明，原始黑洞的丰度，产生的暴胀功率谱的增强，是非常依赖于峰值的形状。给定功率谱的振幅，我们表明，原始黑洞的密度从一个窄峰产生的，是指数小于在一个宽峰的情况下。具体地说，对于傅立叶空间中功率谱的礼帽轮廓，我们发现，对于包含所有暗物质的原始黑洞，人们只需要比以前建议的小一个数量级的功率谱振幅，而在窄峰的情况下，人们反而需要大得多的功率谱振幅，这在许多情况下会使宇宙学扰动的微扰分析失效。最后，我们表明，虽然临界坍缩给出了一个广泛的质量谱，原始黑洞形成的密度占主导地位的质量大致等于在视界交叉测量的宇宙视界质量。
2019-03-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes in peak theory with a non-Gaussian tail
本文通过引入临界行为和平均压实函数判据改进峰值理论，研究超慢滚暴胀中指数尾部非高斯性对原初黑洞丰度与质量谱的影响，发现丰度显著增强且质量谱出现特征性最大质量。
2021-10-19 astro-ph.CO gr-qc
The statistics of primordial black holes in a radiation dominated Universe -- recent and new results
本文回顾了辐射主导宇宙中原初黑洞的非线性统计，发现质量谱遵循由自相似坍缩临界指数确定的幂律，并指出Press-Schechter近似等方法会导致丰度与质量谱的错误结论。
2023-09-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Constraining primordial black holes as a fraction of dark matter through accretion disk luminosity
在本文中，我们考虑的假设，即部分暗物质可以构成的原始黑洞（PBH）。为了验证这种可能性，我们计算了一个静态黑洞的观测性质，该静态黑洞嵌入在由PBH源构成的暗物质包层中。由于这样一个物理系统的几何形状的相应修改进行了研究，特别是在旋涡星系的吸积盘光度的重点。PBH的存在的影响进行了分析，通过修改磁盘光度和运动学量。因此，我们讨论了可能的限制PBH丰度的最新的理论界限。我们的研究结果表明，合适的PBH质量是$M_\text{PBH}\in[10^6,10^{12}]M_\odot$的PBH馏分$f_\text{PBH}\in[10^{-3},1]$。特别是，与预测的指数球密度分布的暗物质的比较表明，最佳匹配的配置实现$f_\text{PBH}=1$和$M_\text{PBH}=10^6 M_\odot$。与目前的知识原始黑洞物理的后果进行了讨论。
2023-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Primordial black hole dark matter from ultra-slow-roll inflation in Horndeski gravity
Aristotle University of Thessaloniki（萨洛尼卡亚里士多德大学）；National Observatory of Athens（雅典国家天文台）；University of Patras（帕特雷大学）；Scuola Superiore Meridionale（南方高等学院）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）；Universidad Católica del Norte（北天主教大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文研究了Horndeski引力中超慢-roll膨胀机制，通过增强小尺度曲率扰动产生大量原初黑洞，其质量可解释暗物质的大部分丰度。
2026-08-04 astro-ph.CO gr-qc
A universal threshold for primordial black hole formation
在这封信中，我们认为，并显示数字的阈值，以形成原始黑洞从一个初始的球对称扰动是，一个很好的近似，普遍的，无论何时在一个球的半径$r_m$，其中$r_m$是规模上的压缩函数是最大的平均压缩函数。这可以理解为，对于一个黑洞的形成，平均压缩函数的每个壳层的振幅都应该超过所谓的原田-柳-科里极限。对于辐射主导的宇宙，我们认为，支持的数值模拟，这个极限是$δ_c = 0.40$，这是略低于文献中引用的。此外，我们表明，轮廓的压缩功能的阈值的依赖性只敏感于其曲率的最大值。我们使用这些结果提供了一个解析公式的阈值振幅的压缩功能在其最大值方面的归一化压缩功能曲率在$r_m$。
2020-01-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Non-linear statistics of primordial black holes from gaussian curvature perturbations
我们发展了由原初曲率扰动的高斯谱产生的原初黑洞的非线性统计。这是通过采用压缩函数作为主要的统计变量的约束下，即：a）过密度有一个高峰值在一个点$\vec{x}_0$，b）压缩函数具有最大值在平滑尺度$R$，最后，c）在其最大值的压缩函数幅度高于阈值触发引力坍缩成一个黑洞的初始过密度。我们的计算允许的事实，即注定要形成PBH的补丁可能有各种轮廓形状和大小。预测的PBH丰度取决于原始波动的功率谱。对于一个非常峰值的功率谱，我们的非线性统计，一个基于线性超密度和一个基于使用曲率扰动，都预测一个狭窄的分布PBH质量和可比的丰度。对于更宽的功率谱，线性超密度统计高估了原始黑洞的丰度，而曲率统计低估了原始黑洞的丰度;另外，对于非常大的平滑尺度，丰度不再由平均超密度的贡献决定，而是由平均超密度的整体统计实现决定。
2020-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Investigating Optical and Ring-Down Gravitational Wave Properties of a Rotating Black Hole in a Dehnen Galactic Dark Matter Halo
本研究构建了整合黑洞旋转与Dehnen暗物质晕影响的类Kerr时空，系统分析晕参数对黑洞视界、阴影及拟正规模的影响，为探测黑洞暗物质环境提供新方法与依据。
2025-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
When Primordial Black Holes from Sound Speed Resonance Meet a Stochastic Background of Gravitational Waves
原始黑洞作为暗物质的潜在候选者，是各种天文观测的核心范畴。鉴于引力波（GW）和射电天文学的爆炸性发展，我们深入分析了宇宙学GW的一个随机背景，该背景是由过大的原始密度扰动引起的，具有几个尖峰，这些尖峰是由声速共振效应激发的，可以预测PBH质谱上的一种特殊模式。在对PBH形成机制进行研究的基础上，我们首次对起源于暴胀期和辐射主导期的诱导引力波进行了研究。我们报告说，除了传统的过程中产生的GWs在辐射占主导地位的阶段，在子哈勃政权在通货膨胀期间的诱导GWs的贡献可以成为显着的临界频带，因为一个狭窄的共振效应。所有的贡献加在一起，产生一个特定的配置文件的能谱的GWs，可以观察到的兴趣，在即将到来的天文实验。我们的研究揭示了可能的联合探测PBH通过多信使天文学的各种观测窗口，包括搜索的电磁效应与天文望远镜和与GW仪器的遗迹GW的随机背景。
2019-08-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Seven Hints for Primordial Black Hole Dark Matter
七个观测结果指向了原始黑洞（PBH）的存在，构成了宇宙中暗物质的全部或重要部分：高级LIGO/VIRGO探测到的黑洞的质量和自旋，M31中遥远类星体和恒星的微透镜事件的探测，半径低于15秒差距的超微弱矮卫星星系的探测，核心星系暗物质轮廓的证据，X射线和红外宇宙背景之间的相关性，以及宇宙历史早期超大质量黑洞的存在。其中一些提示是新发现的，它们都与LIGO事件重建的广泛PBH质量分布相兼容，在PBH质量$m_{\rm PBH} \approx 3 M_\odot$上达到峰值，并通过了对PBH丰度的所有其他限制。PBH暗物质也提供了一种新的机制来解释矮星系的质光比，包括最近探测到的一个不受暗物质支配的弥漫星系。最后，我们推测LIGO探测到的事件中，有0.1%到1%涉及质量低于Brachasekhar质量的PBH，这将明确证明PBH的存在。
2018-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
