Gravitational Collapse in the Post-Inflationary Universe
宇宙可能会在暴胀和大爆炸核合成之间经历一个有效的物质主导时代，在此期间，引力束缚结构可以在视界下形成。特别是，暴胀子场可以坍缩成暴胀子晕，在非常早期的宇宙中形成“大尺度”结构。我们结合N体模拟与高分辨率放大区域，其中非相对论薛定谔-泊松方程用于解决详细的，波浪状结构的暴胀子晕。在它们内部形成了孤子核心，将结构形成模拟与晚期宇宙中的轴子状粒子相匹配。我们用玻色子星的类比来表示这些物体\textit{inflaton stars}。基于半解析的形式主义，我们计算了它们的总体质量分布，这表明，如果早期物质主导的时代持续20个$e$倍，某些区域将达到$10^{15}$的超密度。最大质量的暴胀子星的半径可以缩小到史瓦西半径以下，这表明它们可以在热化之前形成原始黑洞。
2022-01-13 astro-ph.CO hep-ph
Constraining quantum collapse inflationary models with CMB data
提出了暴胀子波函数的自致坍缩假说，认为这是所有尺度上出现非均匀性和各向异性的原因。这一建议是在几乎德西特时空近似的背景下研究的，这导致了一个完美的标度不变的功率谱，也为准德西特背景，它允许区分偏离标准的方法，由于包括崩溃假设。在这项工作中，我们进行了一个贝叶斯模型比较两个不同的选择，在一个完整的准德西特膨胀的情况下的自诱导崩溃。特别是，我们分析的可能性，检测这些崩溃计划的印记在低多极的各向异性温度功率谱的宇宙微波背景（CMB）使用最新的数据提供的普朗克合作。我们的研究结果表明，所分析的两个坍缩方案之一提供了相同的贝叶斯证据的最小标准宇宙学模型$Λ$ CDM，而另一种情况是弱不利的标准宇宙学。
2016-12-05 astro-ph.CO
Post-inflationary structure formation boosted by parametric self-resonance
本文通过结合克莱因-戈登与薛定谔-泊松方法的高分辨率模拟，研究暴胀子共振放大后的引力坍缩，发现晕内孤子核心及极小尺度复杂引力动力学，拓展了暴胀后非线性结构形成的可能范围。
2024-02-22 astro-ph.CO hep-ph
Constraining quantum collapse inflationary models with current data: The semiclassical approach
暴胀子波函数的自致坍缩假设被引入作为负责在所有尺度上出现非均匀性和各向异性的物理过程的候选者。特别地，我们考虑了暴胀子波函数动力学精确形式的不同方案：i）基于自发个体坍缩的GRW型坍缩方案，它产生各种物理量的非零期望值，作为标准暴胀方案的修正; ii）基于暴胀子波函数的薛定谔演化的连续自发局域化（CSL）型修改的建议，基于坍缩算子的自然选择。我们进行了系统的分析，在半经典重力近似下，考虑一个完整的准德西特膨胀的情况下，这些模型的立场。我们注意到，对宇宙微波背景（CMB）温度和偏振谱的预测与标准宇宙学模型略有不同。我们还分析了这些建议与贝叶斯模型比较，使用最近的CMB和重子声振荡（BAO）的数据。我们的研究结果表明，联合CMB和BAO数据的一个研究的崩溃计划模型比$Λ$ CDM一个中等的偏好，而没有偏好时，只考虑CMB数据。此外，使用CMB数据的分析为CSL和标准模型提供了相同的贝叶斯证据，即数据在LCDM模型的简单性和崩溃情景的复杂性之间没有偏好。
2019-02-20 astro-ph.CO
Constraining tachyonic inflationary β-exponential model with Continuous Spontaneous Localization collapse scheme
Universidade Federal de Campina Grande（坎皮纳格兰德联邦大学）
本文通过连续自发定位崩溃方案约束tachyonic膨胀性β指数模型，分析了β-指数势对功率谱的影响，并推导了标量谱指数和张量-标量比。
2025-11-21 astro-ph.CO hep-th
On signatures of spontaneous collapse dynamics modified single field inflation
尽管原始扰动是在暴胀过程中量子起源的，但观察到的原始扰动的经典性要求这些初始波动的量子到经典过渡的机制。由于文献提出了一些试图解决这个问题的合理机制，因此重要的是要寻求这几种方法的具体观测特征，以便更好地了解早期宇宙动力学。在这几种方法中，量子力学的自发坍缩动力学是最可行的，因为坍缩机制固有地改变了一般的量子动力学，从而留下离散的观测签名。我们观察到标量场的观测量，即标量倾斜$n_s$、标量倾斜运行$α_s$和标量倾斜运行运行的运行$β_s$，在正则标量场和$k-$暴胀情形下，不能潜在地区分坍缩修正的暴胀动力学.塌缩机制的唯一可分辨的印记在于，只有当塌缩参数$δ$非零且为正时，张量扇区的观测量才以修正的一致性关系和蓝倾张量谱的形式出现。
2017-05-19 astro-ph.CO gr-qc quant-ph
Quantum collapse as source of the seeds of cosmic structure during the radiation era
宇宙结构的种子从一个完美的各向同性和均匀的宇宙中出现，并没有被标准版本的暴胀模型清楚地解释，因为所涉及的动力学在任何时候都保持均匀性和各向同性。D。Sudarsky和合作者在以前的论文。在所有这些工作中，暴胀子模的波函数的坍缩被限制在暴胀期间发生。在本文中，我们分析了坍缩发生在辐射时代的可能性。在暴胀子场变量必须受坍缩影响而动量变量可以或不可以受坍缩影响的条件下，可以构造一个可行的模型。另一个需要满足的条件是崩溃时间必须独立于$k$。然而，当与最近的观测数据比较时，模型的预测无法与标准通货膨胀情景提供的预测区分开来。其主要原因是由于辐射时代获得的原始功率谱与最新CMB观测结果一致的标量波动幅度相匹配。后一种约束限制了坍缩的可能次数，并确保暴胀子场对能量动量张量的贡献与辐射场的贡献相比可以忽略不计。
2014-09-29 astro-ph.CO gr-qc
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
Tracing Inflationary Imprints Through the Dark Ages: Implications for Early Stars and Galaxies Formation
Hassan II University（哈桑二世大学）；Virtual Institute of Astroparticle Physics（天体粒子物理虚拟研究所）；Southern Federal University（南联邦大学）；National Research Nuclear University MEPhI（国立核研究医科大学MEPhI）
研究通过分析通胀特征对早期宇宙结构形成的影响，揭示了暗物质晕和早期星系形成的物理机制，并探讨了原始黑洞作为星系种子的潜在作用。
2026-02-15 astro-ph.CO gr-qc
Collapse models and cosmology
本文综述了将量子坍缩理论应用于宇宙学和宇宙暴胀的尝试。这些尝试的动机是量子力学起源的宇宙学扰动理论受到单一结果问题的困扰，这是量子测量问题的现代化身，而坍缩模型可以提供这些问题的解决方案。由于暴胀预言可以通过宇宙学数据非常准确地检验，这也导致了对坍缩模型的限制。这些约束的情况下，连续自发本地化（CSL），并被证明是前所未有的效率。
2021-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Towards supermassive primordial black holes from inflationary bubbles
本研究探讨暴胀气泡演化成超大质量原初黑洞（SMPBHs）的机制，分析亚临界气泡通过隧穿贡献SMPBHs的可能，提出SMPBHs初始成团机制以提升双体并合率，解释NANOGrav信号。
2023-12-19 astro-ph.CO gr-qc
Inflation including collapse of the wave function: The quasi-de Sitter case
描述宇宙结构的种子从完美的各向同性和均匀宇宙中出现的精确物理机制，还没有被标准版本的暴胀模型完全解释。为了克服这一缺点，D. Sudarsky和他的合作者提出了一个建议：自我诱发崩溃假说。在这个方案中，暴胀子波函数的客观坍缩是导致所有尺度上的不均匀性和各向异性的原因。在以前的论文中，该提案是用几乎精确的de Sitter时空近似的背景，导致一个完美的标度不变的功率谱。在本文中，我们考虑了一个完整的准de Sitter展开，并计算了三种不同选择的自诱导坍缩的原始功率谱。考虑准德西特背景，使我们能够区分偏离一个确切的尺度不变的功率谱，这是由于包括崩溃的假设。这些偏差也不同于标准的暴胀模型与运行谱指数的预测。并与最新观测资料所推荐的原始功率谱和CMB温度涨落谱进行了比较。从这项工作中进行的分析，可以看出，本文中分析的大多数崩溃计划是可行的候选人来解释目前的观测CMB波动谱。
2015-09-09 astro-ph.CO gr-qc
The `unitarity problem' of Higgs inflation in the light of collapse dynamics
希格斯暴胀是目前最引人注目的暴胀模型之一。它不仅很好地解释了观测到的数据，而且还提供了将暴胀子场包含在粒子物理学的标准模型中的方法，而不需要对其进行任何扩展。尽管如此，由于需要大的非最小耦合的曲率标量的暴胀场，或在这种情况下的希格斯场，这个模型遭受的问题，通常被称为“unitarity”或“naturalness”问题。另一方面，为了解决原初模式从量子到经典跃迁这一长期存在的“解释问题”，量子力学的坍缩动力学最近被纳入暴胀机制。我们表明，包括这样的崩溃机制在希格斯膨胀有助于减轻“幺正性问题”的很大程度上。
2018-08-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On mass spectra of primordial black holes
早期宇宙中存在原始黑洞的证据不断更新。对它们质谱的新限制挑战了PBH形成的现有模型。其中一个已知的模型是基于暴胀时期后的封闭壁坍塌。它的内在特征是多次产生小质量的PBH，这可能与不久的将来的观测结果相矛盾。我们表明，壁塌缩的机制可以应用到产生实质上不同的PBH质谱，如果考虑到经典运动的标量场连同它们的量子涨落在暴胀阶段。
2021-09-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Black hole formation from a general quadratic action for inflationary primordial fluctuations
最新的毫微微和微透镜约束表明，原始黑洞的$\sim 10^{-16} M_\odot$和$\sim 10^{-12} M_\odot$，分别可能构成了大部分的暗物质。我们描述了解析和数值的动态暴胀波动具有随时间变化的传播速度或有效的普朗克质量可以导致丰富的原始黑洞生产。作为一个例子，我们提供了一个特设的DBI类模型。一个非常大的原始频谱起源于一个小的声速通常导致强耦合内的香草有效理论的暴胀微扰。然而，我们指出，幽灵通货膨胀可能能够绕过这个问题。我们还考虑了固体暴胀中黑洞的形成，为此，除了类似的困难之外，我们还强调了再加热过程的重要性。此外，我们审查的基本形式主义的大辐射密度起伏的崩溃，强调适当的选择规范不变变量的相关性。
2019-06-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Pre-inflationary QCD axion stars after moduli domination
University of Oxford（牛津大学）
大爆炸前QCD轴子暗物质在早期物质主导时期经历绝热密度扰动，产生约1个量级的扰动，这些扰动在量子 Jeans 尺寸处坍缩成轴子星，可能包含50%的暗物质。
2026-04-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Early Galaxies from Rare Inflationary Processes and JWST Observations
本研究探讨宇宙暴胀期间稀有泊松过程如何产生局域过密区，进而形成异常高红移星系，其质量与红移范围可被JWST及未来巡天探测，且符合现有低红移观测限制。
2025-02-12 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Primordial gravitational waves and the collapse of the wave function
“自致坍缩假说”是由D. Sudarsky和合作者解释宇宙结构的起源从一个完美的各向同性和均匀的宇宙在暴胀制度。在本文中，我们计算的张量模式的功率谱，在半经典引力近似下，与一个通用的自诱导坍缩的暴胀的波函数的附加假设，我们还计算张量标量比的估计。基于此计算，我们表明，所考虑的建议表现出强烈的抑制张量模式的振幅，然而，相应的振幅仍然是一致的联合BICEP/KECK和普朗克合作的限制张量标量比。
2015-10-29 astro-ph.CO gr-qc
Origin of structure: Statistical characterization of the primordial density fluctuations and the collapse of the wave function
在过去的十年中，原始密度扰动的统计特性被认为是对早期宇宙物理过程的有力探索。在暴胀范式中，双谱的性质是区分关于宇宙学扰动起源细节的竞争性情景的关键之一。然而，所有的方案，基于传统的方法，所谓的“量子到经典的过渡”在通货膨胀期间，缺乏的能力，指出准确的物理机制，负责产生我们的宇宙的不均匀性和各向异性开始和完全均匀和各向同性的真空状态与早期的通货膨胀制度。在过去的工作中，我们已经表明，涉及自发动力学减少的量子态的建议提供了合理的解释说，原始的不均匀性和各向异性的诞生。在目前的手稿中，我们表明，当考虑在这种建议的背景下，频谱和双谱的表征结果是完全不同的，从那些发现在传统的方法，特别是，一些统计特征，必须以不同的方式处理，导致一些相当不同的结论。
2015-06-06 astro-ph.CO gr-qc
Inhomogeneities from quantum collapse scheme without inflation
在这项工作中，我们考虑的宇宙结构的种子的出现在Hollands和Wald提出的非暴胀模型的框架内的问题。特别是，我们考虑修改的建议，旨在占打破对称性的初始量子态，导致生成的原始不均匀性。这种新的成分被描述在一个自发减少的波函数。我们调查在何种条件下，可以恢复一个基本上无标度的原始不均匀性的频谱，以及哪些是占主导地位的偏差，在模型中出现的结果，引入的量子态的崩溃到该方案。
2015-03-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
First Star Formation in the Presence of Primordial Magnetic Fields
最近有人声称，原始磁场可以缓解宇宙学上的哈勃张力。我们认为，这种领域的第一个宇宙学对象的形成的影响，形成小晕的恒星，为当今的磁场强度范围内的$2\times 10^{-12}$ - $2\times 10^{-10}$ G。这些值对应于阿尔文速度与$v_a/c_s\approx 0.03 - 3$声速的初始比值。我们发现，当$v_a/c_s\ll 1$，效果是温和的。而当发生$v_a\sim c_s$时，引力坍缩的开始时间延迟，持续时间延长了$Δ$ z = 2.5的红移.当$v_a > c_s$时，坍缩被完全抑制，并且迷你晕继续增长，并且在达到原子冷却极限之前不太可能坍缩。利用目前对原始磁场的观测极限，我们得出结论，暴胀产生的原始磁场可能对第一颗恒星的形成产生重大影响，而后暴胀产生的磁场则不会。
2021-01-22 astro-ph.CO
Constraining inflationary potentials with inflaton PBHs
如果在原始暴胀之后，宇宙经历了一个相对较长的再加热时期，它可能会出现一个由振荡暴胀子场支持的物质主导阶段。在这一时期，来自暴胀子的微小扰动重新进入宇宙视界，可以维里化形成\textit{inflaton}结构。如果原始超密度足够大，它们的相关暴胀子结构可能坍缩形成原始黑洞（PBH）[L. E. Padilla，J. C. Hidalgo和K. A. Malik，Phys.Rev.D，vol.106，p.023519，Jul 2022;以下简称P1]。为了以相当大的速度发生，原始功率谱应该在小尺度上得到增强，这是单场暴胀通过超慢滚动阶段（由暴胀势中的近拐点产生）通常引起的特征。在这篇文章中，我们考虑两个特定的通货膨胀潜力，目前这个近拐点，我们看看PBH的形成率通过P1提出的机制。我们报告的限制，这两个特定的模型从边界到PBH丰度。这作为P1中提出的PBH形成机制的有用性的说明。
2023-03-29 astro-ph.CO
Primordial black holes and gravitational waves from non-canonical inflation
原始黑洞（PBH）通常可以通过增强的宇宙学扰动的坍缩在暴胀环境中形成，通过其相关的观测特征为我们提供了进入早期宇宙的途径。在目前的工作中，我们提出了一个新的机制PBH生产的非正则通货膨胀，使用一类陡峭变形的通货膨胀潜力与自然值的非正则指数。特别是，通过要求显着的PBH生产，我们提取的非典型指数的约束。此外，我们发现，我们的方案可以导致小行星质量的PBH的形成，这可以占全部的暗物质，以及生产太阳质量的PBH内的LIGO/VIRGO检测波段。最后，我们发现，由二阶引力相互作用引起的坍缩形成PBH的增强宇宙学扰动可以产生随机引力波背景。非常有趣的是，我们获得了未来GW实验可检测的GW信号，特别是SKA，LISA和BBO。
2023-02-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Searching for Inflationary Physics with the CMB Trispectrum: 3. Constraints from Planck
利用Planck PR4温度与极化四点谱数据，结合最优估计量搜寻33种暴胀模板振幅，未发现原初非高斯性性的证据，对暴胀Lagrangian参数设置了严格约束，并首次分析了方向依赖四点谱与宇宙对撞机塌缩极限等模板。
2025-05-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Observational constraints on the second-order primordial power spectrum: Exploring a Continuous Spontaneous Localization inspired inflationary model
本文研究受 CSL 启发的量子坍缩暴胀模型，将原初功率谱计算至哈勃流函数二阶，并用观测数据约束参数以解释标量谱跑动对幂律的偏离。
2023-12-06 astro-ph.CO gr-qc
Inflation without quantum gravity
有时候，人们会争论，暴胀张量模的观测将为量子引力提供第一个证据。然而，在通常的暴胀形式中，标量模也包含量子化的度量扰动。我们考虑的问题，在一个半经典的设置，其中只有物质是量子化的，时空是经典的。我们假设态坍缩在类空超曲面上，发现标量扰动谱依赖于超曲面。对于合理的选择，我们可以恢复最小耦合单场模型中标量微扰的通常暴胀预言。在模型中，非最小耦合到重力是重要的，场值是次普朗克，我们没有得到一个几乎标度不变的标量扰动谱。由于引力波只产生于二阶，张量与标量之比可以忽略不计。我们的结论是，暴胀引力波的检测确实需要有引力量子化的观测证据。
2015-05-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Primordial Black Hole Formation in Non-Standard Post-Inflationary Epochs
在早期宇宙中，当大的过密度引力坍缩时，它们会导致原始黑洞（PBH）。根据暴胀导致必要的大扰动的精确模型，在尺度上比宇宙微波背景（CMB）调查所探测的尺度小得多，质量为$\lesssim$ $10^3 M_{\odot}$的PBH可以在暴胀结束和核合成之间的某个时候形成。然而，在这段时间内缺乏对宇宙确切膨胀历史的直接探测，这给PBH的形成过程带来了不确定性。在暴胀后的一段时间内，交替的宇宙学演化的存在影响了（i）PBH质量和坍缩超密度尺度之间的关系;以及（ii）PBH丰度和超密度幅度之间的关系。在这篇评论中，非标准的宇宙学时代有关的PBH生产的差异的动机和讨论。本文从唯象的角度讨论了在非标准历元中发展PBH形成框架的重要性，特别强调了引力波（GW）唯象学的进展，因为丰富的PBH总是伴随着大的诱导GW。本文还对一般非标准历元中PBH的形成进行了综述，包括数学形式。具体的例子，如PBH的形成在一个动能为主的时代和早期的物质为主的时代，讨论了与数字显示更高的PBH丰度相比，在标准辐射统治的生产。
2023-02-24 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole formation from self-resonant preheating?
本文通过解析和格点计算，指出自共振预热中原初黑洞形成并非普遍结果，且非谐性导致的振荡子通常不坍缩为黑洞。
2025-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Breaking Eternal Inflation: Empirical Viability of a Spontaneous Collapse Scenario
Universidad Nacional de La Plata（拉普拉塔国立大学）；CONICET（阿根廷国家科学研究委员会）；Università di Padova（帕多瓦大学）；INFN Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学核科学研究所）；Universidad de Barcelona（巴塞罗那大学）
该研究通过量子塌缩机制解释宇宙结构形成并抑制永恒暴胀，利用普朗克数据验证了模型的实证可行性。
2026-03-02 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological angular momentum from quantum rotation
School of Science, Huzhou University（湖州学院理学院）
本文提出通过量子涨落产生空间角动量的新机制，通过监视复标量场的旋转储存内部角动量，并通过引力坍缩产生可观测的黑洞自转分布。
2026-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion Isocurvature Perturbations Survive the Scaling Evolution of Axion Domain Walls
Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（东北大学前沿研究综合科学研究所）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理系）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN（理化学研究所交叉理论数学科学中心(iTHEMS)）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, University of Tokyo（东京大学卡弗里宇宙物理学起源国际研究联盟(WPI)、UTIAS）；Department of Physics, Tokyo Metropolitan University（东京都立大学物理系）
该研究分析了轴子畴壁的演化，发现畴壁坍缩产生的轴子可使等曲率扰动在畴壁湮灭后仍存活，并探讨了相关暗物质的等曲率约束。
2026-08-17 astro-ph.CO hep-ph
Eigenvalue formulation of Stochastic Inflation and application to large perturbation generating inflationary features
Institute for Basic Science（基础科学研究院）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本文提出一种自洽的本征值技术求解随机暴胀中e-fold数的概率分布函数，并应用于平坦势和常数漂移势，揭示了PDF的幂律行为和不同势阱下的定性差异。
2026-11-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes through preheating instabilities in $α$-attractor models
Universidade da Beira Interior（贝拉内陆大学）；Centro de Matemática e Aplicações da Universidade da Beira Interior（贝拉内陆大学数学与应用中心）；Jagiellonian University（雅盖隆大学）；University of Utah（犹他大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；University of Portsmouth（朴茨茅斯大学）
研究α-吸引子暴胀模型中PBH产生，聚焦预热阶段。通过三个标准分析PBH形成，用PS和KP形式计算质量分数，发现PS形式高估PBH丰度，KP形式更现实，还与观测约束比较，凸显考虑非球对称效应和准确坍缩动力学的重要性。
2026-07-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Effects of Critical Collapse on Primordial Black-Hole Mass Spectra
某些暴胀模型以及早期宇宙中相变的实现预测了原始黑洞的形成。对于大多数质量范围，原始黑洞形式的物质比例受到各种尺度上许多不同观测的限制。原始黑洞被假设为当穿过视界的超密度具有大于视界的史瓦西半径时形成。因此，传统上假定原始黑洞的质量等于它们形成时的视界质量。然而，对它们坍缩的详细计算表明，在每个时间点形成的原始黑洞应该形成不同质量的光谱，服从临界标度。虽然这已经知道了超过15年，这种标度行为的影响在很大程度上被忽略时考虑的原始黑洞质谱的预测。本文研究了产生原初黑洞的各种模型的临界坍缩标度，发现它通常导致原初黑洞中所含质量的移动、加宽和整体减少。这种效应是模型和参数依赖的，不能包含在一个不断重新调整的频谱;它可以成为重要的，应该考虑到比较观测约束时。
2016-05-10 astro-ph.CO gr-qc
Expectation of primordial gravity waves generated during inflation
暴胀范式在预测宇宙微波背景中的温度各向异性方面是非常成功的。然而，暴胀也预测了CMB的B模式极化，这还没有被检测到。此外，标准的暴胀范式无法容纳从初始状态（假设是对称的）到非对称后果的演化。在Phys.Rev.D96，101301（R）中，我们表明，引入一个能够解释这种转变的元素，大大改变了对B模光谱的形状和大小的预测。特别是，采用一个现实的客观崩溃模型在一个定义良好的半经典背景下，我们发现，虽然预测的温度各向异性也没有改变（相对于标准预测），B-模式频谱得到强烈抑制-根据观察。在这里，我们提出了一个深入的讨论，分析，连同计算的细节。
2018-07-23 astro-ph.CO gr-qc
From inflation to black hole mergers and back again: Gravitational-wave data-driven constraints on inflationary scenarios with a first-principle model of primordial black holes across the QCD epoch
最近的人口研究已经在LIGO/Virgo/KAGRA（LVK）探测到的引力波（GW）事件中寻找原始黑洞（PBH）的亚群，在大多数情况下采用唯象的PBH质量分布。然而，当在标准方案中从第一性原理导出这样的人口时，宇宙在PBH形成时的状态方程可能强烈地影响PBH丰度和质量分布，这最终取决于宇宙学扰动的功率谱。本文在几个方面改进了以往的布居研究：（i）采用了描述QCD时期宇宙学扰动坍缩的最新的PBH形成模型：（ii）首次对包含PBH的GW数据进行了贝叶斯多布居推断，并直接使用功率谱参数代替唯象分布;（iii）我们批判性地面对PBH的情况下，LVK的唯象模型描述的GWTC-3目录中的中子星和BH质量范围内，也考虑PBH的总事件的子群。我们的研究结果证实，LVK的观测阻止了大部分的暗物质的恒星质量PBH的形式。我们发现，最适合的PBH模型可以包括一小部分的总事件，特别是它可以自然地解释事件的质量差距。如果较低的质量间隙事件GW 190814被解释为PBH二进制，我们预测LVK应该检测到几个太阳下合并和一个到$\approx 30$较低的质量间隙事件在即将到来的O4和O5运行。最后，映射回最适合的功率谱到一个超慢卷通货膨胀的情况下，我们表明，后者预测可检测的PBH合并在LVK波段，一个随机GW背景检测到当前和未来的仪器，并可能包括整个小行星质量PBH的暗物质。
2023-03-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Holes from Axion Domain Wall Collapse
本文研究QCD轴子模型中自封闭畴壁坍缩形成PBH的数密度与动力学，结合半解析和数值模拟，发现高$f_a$模型可产生未来引力透镜巡天可观测的PBH丰度。
2024-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Minihalos as probes of the inflationary spectrum: accurate boost factor calculation and new CMB constraints
本研究通过精确计算超致密迷你晕的增强因子，利用CMB数据约束暴胀谱的小尺度原初功率谱，首次证明p波湮灭过程也具有约束能力。
2023-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Mass bound for primordial black hole from trans-Planckian censorship conjecture
最近提出的trans-Planckian审查猜想（TCC）对暴胀哈勃尺度施加了强约束，通过考虑非瞬时再加热历史，其上限可以在很大程度上放宽。在本文中，我们将表明，如果原始黑洞（PBH）的形成在再入辐射占主导地位的时代，在小尺度上的增强曲率扰动，TCC将强加一个下界的PBH质量$M_\mathrm{PBH}>γ(H_\mathrm{end}/10^9\,\mathrm{GeV})^2\,M_\odot$，无论再加热历史的细节，其中$γ$是崩溃效率因子和$H_\mathrm{end}$是哈勃尺度结束的通货膨胀。特别是，如果膨胀的哈勃尺度大于10 TeV，那么目前PBH构成所有冷暗物质的开放窗口可以完全排除。对于在早期物质主导时代形成的PBH的情况下，获得了质量上界。
2020-02-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
PBH in single field inflation: the effect of shape dispersion and non-Gaussianities
原初黑洞（PBH）可能是由宇宙学扰动随机场的高峰值产生的。在单场暴胀模型中，当暴胀子在沿势向下的过程中越过一个小的障碍时，这种扰动就可以被播种。在辐射时代，PBH通过两种不同的机制产生。第一个是我们所熟悉的大绝热密度的坍缩。第二个是坍缩引起的遗留气泡的暴胀子场被困在一个假真空，由于大的向后波动，防止地平线大小的区域越过障碍。我们认为（数值和分析）的阈值上的超密度崩溃成PBH的非高斯性的效果。由于典型的高峰值在其形状或轮廓中具有一些分散性，因此我们还考虑了这种分散性对相应的崩溃阈值的影响。利用这些结果，我们估计作为非高斯参数$f_{\rm NL}$的函数的PBH产生的最可能的通道。我们还比较了阈值崩溃来自微扰与非微扰模板在这个模型中产生的非高斯性。结果表明：（1）对于$f_{\rm NL}\gtrsim 3.5$，来自假真空区的PBH粒子布居比来自大绝热超密度坍缩的PBH粒子布居占优势;（2）非高斯性的非微扰模板对得到精确的结果很重要. iii）在确定压实函数的阈值时，色散的影响很小，尽管在确定低$f_{\rm NL}$下的曲率扰动的阈值幅度时，色散的影响是可感知的。我们还确认，体积平均压实功能提供了一个非常准确的通用估计的阈值。
2019-11-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Impacts of Hawking Radiation from Primordial Black Holes in Critical Collapse Model on the Light Element Abundances
在临界坍缩模型下研究了原初黑洞的非热电磁霍金辐射引发的光致蜕变过程。我们考虑最简单的情况下，所有的PBH形成在一个单一的时代起源于一个狭窄的峰值暴胀光谱，并得到一个扩展的质量分布，由于引力坍缩的临界现象。临界坍缩质量函数的低质量尾的存在可能导致PBH的霍金辐射的高能光子发射增强。用迭代求解玻尔兹曼方程得到的非热光子谱计算了核的光衰变率。精确的频谱是很大的不同，基于一个经常使用的分析弯曲的幂律谱，它被发现显着依赖于所采用的PBH质量函数。利用银河系H Ⅱ区$^3$ He丰度的最新观测极限，导出了视界质量范围$10^{12} - 10^{13}$ g内PBH质谱的最新$^3$ He约束.我们的结果首次表明，$^3$ He约束的临界质量函数是约一个数量级的单色的，虽然在低质量尾区的PBH的分数是相对较小的。对于临界质量函数，$^6$ Li元素丰度也显著增强。更精确地测量$^6$ Li丰度是非常期望的，以在未来提供对PBH的有希望的约束。对于单色质量函数，我们提供了PBH辐射的光衰变和强子解离的分析界限，并且我们报告了更新的$^3$ He约束与之前结果之间的差异。
2021-05-04 astro-ph.CO
Generating PBHs and small-scale GWs in two-field models of inflation
原始黑洞（PBH）由巨大的原始超密度的引力坍缩产生，可能是观测到的暗物质的一小部分。在本文中，我们介绍了一种机制，产生一个大的原始功率谱（PPS）在两个领域的暴胀模型的特点是两个阶段的基础上一个大的非正则动力学耦合的暴胀。这种机制对于几个双场暴胀模型来说是通用的，因为在暴胀的两个阶段之间的过渡处等曲率扰动会出现暂时的快子不稳定性。我们使用一个扩展的BINGO（双谱和非高斯算子）数值计算了从最大尺度到与PBH相对应的小尺度的原始扰动。此外，我们还数值计算了频率从纳赫兹到千赫兹的二阶标量扰动产生的引力波（SBGW）的随机背景，涵盖了脉冲星定时阵、平方公里阵到爱因斯坦望远镜的观测尺度。我们讨论了它的探测前景，这些建议和即将到来的引力波实验。
2020-08-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A numerical approach to stochastic inflation and primordial black holes
某些宇宙暴胀模型在短尺度上产生强烈的宇宙学扰动，这些扰动可能在以后坍缩成原始的黑洞。为了找到这些强扰动和随之而来的黑洞的统计，有必要超越线性扰动理论。随机通货膨胀提供了一种考虑主要非线性效应的方法。在这篇文章中，我讨论了随机通货膨胀的数值计算的最新进展。数值方法可以比解析计算包含更多的非线性，并且可以应用于任何势的单场暴胀模型。
2021-10-20 astro-ph.CO gr-qc
Eternal inflation and the quantum birth of cosmic structure
我们认为永恒的通货膨胀的情况下，缓慢滚动/混乱的类型与额外的元素的客观崩溃的波函数。在传统的通货膨胀背景下加入这种新的媒介，可能是解决通货膨胀期间量子测量问题的一个可能办法，而这个问题在社会上尚未达成共识。具体来说，它可以提供一个解释的原始各向异性和不均匀性的产生，从一个完美的对称背景和调用对称动力学。我们采用连续自发局域化模型，在暴胀的背景下，作为动力学还原机制，产生原始的不均匀性。此外，在实施客观还原机制时，可以绕过永恒通货膨胀的条件。特别地，坍缩机制激发对应于暴胀子的波函数，使其自身局限于场的零模周围。然后，零模将基本上不受扰动地演化，在宇宙中任何发生暴胀的区域，将暴胀推向终点。此外，我们的方法实现了原始频谱的振幅和形状与最适合的观测数据一致。
2017-10-25 astro-ph.CO gr-qc
Scalar Induced Gravitational Waves from Warm Inflation
通过宇宙学扰动理论的二阶标量-张量模耦合，可以从暴胀过程中产生的原初曲率微扰中诱导出随机引力波。在这里，我们讨论了一个模型的温暖的通货膨胀，其中大曲率扰动产生的小尺度，因为暴胀子耗散。这些过密扰动在后期坍缩形成原初黑洞，正如我们在早期的工作（参考文献\cite{Arya:2019wck}）中所研究的那样，因此也可能是二阶张量扰动的来源。在这项研究中，我们计算这些次级引力波的频谱从我们的暖暴胀模型。我们发现，我们的模型导致产生的标量诱导引力波（SIGW）的频率范围（$1-10^6$）Hz。此外，考虑到不同的正在进行的和未来的引力波实验的灵敏度，我们讨论了这些SIGW的检测可能性。
2022-04-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stupendously Large Primordial Black Holes from the QCD axion
本文提出暴胀后闭合畴壁再入视界可形成原初黑洞，并证明QCD轴子模型在衰变常数约10^8 GeV时可产生占暗物质1%、质量超10^11倍太阳质量的极巨大PBH，且与观测约束相容。
2025-04-10 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on small-scale cosmological perturbations from gamma-ray searches for dark matter
像暴胀或相变这样的事件可以在早期宇宙中在非常小的尺度上产生大的密度扰动。因此，小尺度的探针对于例如区分暴胀模型是有用的。直到最近，唯一这样的限制来自未观测到的原始黑洞（PBH），与最大的扰动有关。中等振幅的扰动可以在物质辐射相等后不久坍缩，形成暗物质的超紧凑迷你晕（UCMH），其丰度远远大于PBH。如果暗物质自我湮灭，UCMH将成为间接探测的绝佳目标。在这里，我们将讨论的伽马射线通量预期从UCMHs，观测它们的前景与伽马射线望远镜，并限制原始功率谱来自他们的非观测费米大面积空间望远镜。
2012-05-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Primordial Black Holes from Spatially Varying Cosmological Constant Induced by Field Fluctuations in Extra Dimensions
本文提出超大质量黑洞可能源于暴胀期间额外维度标量场量子涨落导致的空间不均匀暗能量畴的直接坍缩，并指出该机制与脉冲星计时阵列观测到的随机引力波背景证据相吻合。
2024-04-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Quantum origin of the primordial fluctuation spectrum and its statistics
通常对暴胀期间宇宙结构起源的解释并不完全令人满意，因为它缺乏一种物理机制，能够从与早期暴胀状态相关的完全均匀和各向同性的初始状态产生我们宇宙的不均匀性和各向异性。[A]中的建议。Perez，H. Sahlmann和D. Sudarsky，Classical量子引力，23，2317，（2006）]认为波函数的自发动力学坍缩是这个问题的一个可能答案。在这项工作中，我们简要地回顾了标准方法所面临的困难，以及上述建议提供的答案，并探讨其相关性的调查有关的原生频谱和其他统计方面的宇宙微波背景和大尺度物质分布的表征。我们将看到，新的方法导致考虑一些相关问题的新方法，特别是对可能在可用数据上留下印记的非高斯性的独特表征。
2013-09-17 astro-ph.CO gr-qc
Uncertainties in primordial black-hole constraints on the primordial power spectrum
原初黑洞（PBH）的存在（和丰度）取决于暴胀过程中产生的原初扰动的功率谱。到目前为止，还没有观测到PBH，相反，在不同尺度上，它们的存在范围越来越严格。直到最近，这已经被利用在试图限制部分的暴胀功率谱不受宇宙学观测。我们首先指出，简单的翻译PBH的非观测界限的原始功率谱的约束是不准确的，因为它没有包括现实的PBH的形成和演变方面。然后，我们证明，通过研究两个例子的不确定性的临界和非球形崩溃的影响，即使他们可能看起来很小，他们有重要的影响约束的有用性。特别是，我们指出，由非球形坍缩引起的不确定性可能远远大于特定的边界从PBH非观测和一般的最大帽源于条件$Ω\leq 1$上的暗物质密度的PBH的形式之间的差异。因此，我们谨慎地建议只将整体最大暗物质约束应用于早期宇宙的模型，因为这个要求目前似乎提供了一个更可靠的约束，这更好地反映了我们目前缺乏PBH形成的详细知识。这些和其他效应，如合并，聚集和吸积，也可能放松对其他原始致密物体的非观测约束，如超致密的暗物质迷你晕。
2018-02-02 astro-ph.CO gr-qc
Massive galaxy clusters like "El Gordo'' hint at primordial quantum diffusion
在标准宇宙学模型中，一般假设初始密度扰动在所有尺度下都是高斯分布。然而，原始量子扩散必然会在暴胀扰动的分布中产生非高斯的指数尾。这些指数尾对宇宙中坍缩结构的形成有直接的影响，正如在原始黑洞的背景下所研究的那样。我们发现，这些尾巴也影响了非常大尺度结构，使重集群像“埃尔戈多”，或大空洞，如一个与宇宙微波背景冷点，更有可能。我们计算的晕质量函数和集群的丰度作为红移的函数在指数尾的存在。我们发现，量子扩散一般扩大的数量重集群和耗尽subhalos，效果不能被著名的$f_{\mathrm{NL}}$更正。因此，这些宇宙晚期的特征可能是暴胀过程中量子动力学的指纹，应该被纳入$N$体模拟中，并与天体物理数据进行核对。
2023-02-18 astro-ph.CO gr-qc
Non-linear Dynamics and Primordial Black Hole Formation During Kination
King’s College London（伦敦国王学院）
研究暴胀后期kination时期标量扰动的非线性动力学，探讨原初黑洞形成及其作为重加热机制的潜力。
2026-02-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
From quantum fluctuations to galaxy power spectrum multipoles
Center for Data-Driven Discovery, Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（数据驱动发现中心，卡弗里宇宙学前沿研究所（WPI），UTIAS，东京大学）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（卡弗里宇宙学前沿研究所（WPI），UTIAS，东京大学）
本文讲义系统梳理了从暴胀量子涨落产生的原初扰动到星系功率谱多极矩的完整理论链条，涵盖线性功率谱、红移空间畸变、Kaiser模型及非线性偏袒和单圈有效场论等核心方法，为全形状分析提供明确推导。
2026-09-21 astro-ph.CO
