Constraints on the cosmic string loop collapse fraction from Primordial Black Holes
宇宙弦环的一小部分$f$可以坍缩形成原始黑洞(PBH)。因此,对PBH丰度的约束可用于约束$f$。我们更新这些计算,考虑到PBH扩展质量函数,并找到$f < 10^{-31} (G μ/ c^2)^{-3/2}$。这比以前的约束严格了大约两个数量级。对PBH丰度的更严格限制的改进部分地被宇宙弦环形成率的理论计算的改进所抵消。
2020-06-15 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes and the String Swampland
最近,“沼泽地带”被建议作为一组标准来评估有效场论(EFT)是否与量子引力嵌入一致。这些标准限制了理论中标量场的行为,对早期宇宙学有很强的意义。正如我们所证明的,它们也将对原始黑洞(PBH)和暗物质(DM)的形成产生直接影响。
2018-12-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial anisotropies from cosmic strings during inflation
本文研究了原初宇宙弦在暴胀功率谱上的印记。宇宙弦对曲率扰动功率谱有两种不同的贡献。第一种修正方式在违反各向同性的同时,遵守平移不变性。这在CMB图中产生四极统计各向异性,其受到普朗克数据的约束。第二个贡献打破了均匀性和各向同性,产生偶极功率不对称的变化的温度波动,其幅度下降到小尺度。我们表明,最强的约束弦的张力是从四极各向异性,并认为负责形成弦的基础理论的质量规模不能比大统一理论的规模高得多。给出了弦对CMB角功率谱的对角和非对角分量的预测。
2017-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial magnetic field limits from cosmological data
我们研究了由宇宙学数据产生的原初磁场的极限,包括大爆炸核合成、宇宙微波背景极化平面法拉第旋转极限和大尺度结构形成的极限。我们表明,物理相关的量是有效的磁场的值,它的限制是独立的磁场是如何产生的。
2010-09-10 astro-ph.CO
Stringy constraints on primordial electromagnetic fields in axion inflation
研究弦论有效作用量中原初电磁场的产生,用DBI作用量替代常规轴子暴胀方案,发现场强受弦标限制,且因Chern-Simons耦合系数为O(1),磁发生仅能在弦景观的有限区域实现。
2024-07-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Tensor Tilt from Primordial B-modes
一个原始的宇宙微波背景B模式被广泛认为是早期暴胀膨胀的“确凿证据”。然而,结构起源的竞争理论,包括弦气体和弹跳宇宙学,也产生了原始的张量扰动,引起了B模式。这些模型可以通过它们张量谱的尺度依赖性来区分:暴胀预测红色倾斜($n_T<0$),弦气体和圈量子宇宙学预测蓝色倾斜($n_T>0$),而非奇异物质反弹给出零倾斜($n_T=0$)。我们进行贝叶斯分析,以确定多远$|n_T|$必须偏离零之前,可以检测到当前和未来的B模式实验的倾斜。我们发现,如果$|n_T| > 0.3$太大,以至于不能从$n_T=0$的情况中区分出单场暴胀或弦气体,那么普朗克与QUIET(II)结合将决定性地检测到$n_T \neq 0$。虽然像CMBPol这样的未来任务将提供改进,但只有理想的卫星任务才能够提供足够的贝叶斯证据来区分所考虑的每个模型。
2011-10-06 astro-ph.CO
Probing Primordial Magnetic Fields Using Ly-alpha Clouds
从早期结构形成的原始磁场的影响,我们知道,在早期结构形成过程中的原始磁场的存在下,可以诱导更多的扰动在小尺度(目前1-10 Mpc/h)相比,通常的LCDM理论。剪切关联和Ly-alpha云等宇宙学观测量可以有效地探测这些尺度上的物质功率谱。本文讨论了原初磁场对Ly-alpha云分布的影响。我们模拟了包含原始磁场贡献的视线密度涨落。我们计算这种情况下的Ly-alpha不透明度的演变,并比较我们的理论估计Ly-alpha不透明度与现有的数据来约束原始磁场的参数。我们还讨论了两个密度场相关的情况。我们的分析产生的磁场强度的上限约为0.3-0.6 nG的范围内的近尺度不变的模型,对应于磁场功率谱指数n \simeq-3。
2012-10-27 astro-ph.CO
Production of Primordial Black Holes in the Double D3-Brane - anti-D3-Brane Inflation Model
Cornell University(康奈尔大学);Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学)
该研究扩展弦论中的D3-反D3膜暴胀模型为双对形式,发现其湮灭产生的介电3膜可作为原初黑洞种子,为原初黑洞起源提供了新的弦论视角。
2026-08-14 astro-ph.CO hep-th
Primordial Black Holes from String Inflation
我们提出了一个单场弦暴胀模型,该模型允许在低质量区域产生原始黑洞,在那里它们可以占暗物质丰度的很大一部分。潜在的是典型的IIB型纤维通货膨胀模型,并具有在CMB尺度的平台和近拐点在大距离尺度的功率谱增强,由于一段时间的超慢滚动。基本参数的可调谐性是通过扫描弦景观来保证的,它们对量子校正的稳定性是通过有效的移位对称性来保证的。
2018-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The cosmic microwave background temperature bispectrum from scalar perturbations induced by primordial magnetic fields
我们评估的角度双谱的CMB温度各向异性在大角尺度由于随机背景的原始磁场。非高斯性的形状取决于磁场功率谱的谱指数,并且对于标度不变的磁谱,非高斯性在压缩位形中达到峰值。通过使用由磁场产生的双谱的大角度部分,本界对非高斯性设定了对原始磁场的振幅的限制,对于尺度不变的情况为10 nGauss,对于其他谱指数为20 nGauss。
2009-06-15 astro-ph.CO
$\mathcal O(10) M_\odot$ primordial black holes and string axion dark matter
LIGO-Virgo合作通过探测它们合并时发出的引力波,发现了与$M \sim 30M_\odot$一样重的黑洞。暴胀产生的原始黑洞(PBH)可能是这类事件的起源。虽然很容易假设这些PBH构成所有的暗物质(DM),但对于具有$\mathcal{O} (10) M_\odot$的PBH存在许多限制,这些限制与PBH作为所有DM的想法相矛盾。此外,它是已知的弱相互作用大质量粒子(WIMP),这是一个常见的DM候选人几乎是不可能共存的PBH。这些观察促使我们寻求DM的另一个候选者。本文假设解决强CP问题的弦轴子构成了所有的DM,讨论了LIGO事件中弦轴子DM与暴胀PBH的共存。
2018-01-05 astro-ph.CO hep-ph
21cm fluctuations from primordial magnetic fields
最近对星系际空区和高红移星系中磁场的观测表明,大尺度磁场具有原始起源。如果在复合时期之后不久就出现了原始磁场,它们一方面会引起密度涨落,另一方面会将能量耗散到原始气体中,从而显著改变宇宙的热历史。在这里,我们考虑这两种影响,并使用简单的蒙特卡罗模拟计算21厘米线的亮度温度波动。我们发现,来自能量耗散的21厘米线的涨落只出现在很小的尺度上,而来自密度涨落的涨落在与观测相关的角尺度上总是占主导地位。
2014-05-25 astro-ph.CO
Non-standard primordial fluctuations and nongaussianity in string inflation
在弦论中,暴胀场景通常涉及大量的光标量场,它们的存在可以丰富暴胀时期产生的原初涨落的后暴胀演化。我们提供了一个简单的例子,这样的后暴胀处理内的显式字符串暴胀的建设,使用卡勒模量作为暴胀的框架内的大体积IIB型字符串通量紧致化。我们认为,在这一广泛的类别内的暴胀模型往往有一个选择标量是足够轻的宇宙学相关的,其贡献的原始波动谱可以竞争的标准方式产生的暴胀。因此,这些模型经常预测在普朗克卫星可能观测到的水平f_NL ~ O(10)上的非高斯性,在弯曲子情景的弦实现中,双谱由具有压缩形状的三角形最大化。我们认为,这样一个信号的观测将强烈倾向于弦宇宙学,如这些预测在非常早期的宇宙多场动力学。
2010-07-22 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Induced gravitational waves, metastable cosmic strings and primordial black holes in GUTs
本文研究翻转SU(5)混合暴胀模型中亚稳态宇宙弦与水滴相变产生的两类引力波,其联合频谱符合PTA观测,并预言了质量约10^29克、可由引力透镜实验检验的原生黑洞。
2024-12-31 astro-ph.CO hep-ph
Weak Primordial Magnetic Fields and Anisotropies in the Cosmic Microwave Background Radiation
结果表明,小尺度磁场存在于复合诱导重子密度不均匀性的可观的幅度。这种不均匀性的存在改变了宇宙的电离历史,这反过来又降低了多普勒峰的角尺度,并通过光子扩散增加了丝绸阻尼。这一独特的特征可用于未来的宇宙微波背景观测,以(或证伪)强度为B~10^(-11)高斯的原始磁场的存在。
2011-08-11 astro-ph.CO
Cosmic strings and primordial black holes
宇宙弦和原始黑洞(PBH)通常在描述早期宇宙的许多场景中自然形成。在这里,我们表明,如果宇宙弦和PBH都存在,它们的相互作用会导致一系列有趣的后果。在它们形成的时候,PBH附着在弦上并影响它们的演化,导致黑洞-弦网络的形成,通常会抑制红移范围内的环的产生。随后,网络内部的重连产生了由几个黑洞和连接弦组成的小网络。网络中黑洞的数量以及网络的稳定性取决于弦的拓扑性质。由于引力波的发射,这些网呈指数级振荡和收缩。这导致了潜在的可观察到的字符串驱动的合并PBH。这些弦可以使PBH远离星系晕,使得目前对PBH的限制不适用。或者,重PBH可以将低张力弦拖到星系中心。超导弦可以表现为指向超大质量黑洞的无线电细丝。
2018-08-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
S-Z power spectrum produced by primordial magnetic fields
宇宙极早期产生的原始磁场是星系团中观测到的磁场的起源的候选者之一。复合后,洛伦兹力作用于剩余的离子和电子,产生重子的密度涨落。因此,这些起伏诱导了暗晕的早期形成,暗晕的形成导致了宇宙微波背景辐射中的Sunyaev-Zel'dovich(S-Z)效应。由于原始磁场的这种额外的S-Z效应放大了小尺度上宇宙微波温度各向异性的角功率谱。这种放大依赖于原始磁场谱的同动幅度和幂律指数。通过与小尺度CMB观测结果的比较,我们得到了原始磁场的约束条件,即,当n=-2.9时,B < 2.0 nGauss;当n=-2.6时,B < 1.0 nGauss,其中B是h^-1 Mpc时磁场的同向振幅,n是幂律指数。未来的S-Z测量有可能给出比在复合时期由磁场引起的宇宙微波背景的温度各向异性和极化更严格的约束。
2011-01-28 astro-ph.CO
Distinguishing Primordial Magnetic Fields from Inflationary Tensor Perturbations in the Cosmic Microwave Background
声称通过宇宙微波背景的B模式偏振探测到来自暴胀的宇宙学张量扰动需要区分其他可能的B模式源。其中一个潜在的混淆来源是原始磁场。对于足够低振幅的B模式信号,微波背景温度和偏振功率谱从幂律张量扰动和从幂律原生磁场是不可区分的。然而,我们表明,这样的磁场将引起一个小规模的法拉第旋转,这是检测使用四点统计类似于引力透镜的微波背景。法拉第旋转信号将区分磁场感应的B模式偏振信号与有效张量-标量比大于0.001的张量扰动,这在即将到来的偏振实验中是可检测的。
2022-05-11 astro-ph.CO
CMB bispectrum from primordial magnetic fields on large angular scales
原始磁场导致非高斯信号在宇宙微波背景(CMB),即使在最低阶,磁应力,和温度各向异性,它们诱导,依赖于二次的磁场。相比之下,宇宙微波背景辐射的非高斯性是由暴胀标量扰动引起的,它只作为高阶效应出现。我们在这里提出了一种新的探针的随机原始磁场,利用其诱导的特征CMB非高斯。特别是,我们计算的CMB双谱($b_{l_{_1}l_{_2}l_{_3}}$)诱导的随机原生场大角度尺度。我们发现一个典型的值$l_1(l_1+1)l_3(l_3+1) b_{l_{_1}l_{_2}l_{_3}} \sim 10^{-22}$,磁场的强度$B_0 \sim 3$纳米高斯和一个近尺度不变的磁谱。目前对双谱的观测限制允许我们对$B_0 \sim 35$纳米高斯设置上限,这可以通过包括对双谱的其他磁感应贡献来改善。
2009-09-03 astro-ph.CO
Mechanisms for Primordial Black Hole Production in String Theory
我们考虑的机制,产生一个显着的人口的原始黑洞(PBH)内字符串启发单场模型的通货膨胀。PBH的产生需要在与CMB和PBH形成相关的尺度之间的曲率扰动的功率谱中进行大的放大。原则上,这可以通过在充气期间暂时打破慢滚条件来实现。在这项工作中,我们确定了两个字符串设置,可以实现这一过程。在暴胀的弦轴子模型中,次主导非微扰效应可以将陡峭的悬崖和平缓的高原叠加到主导轴子势上。悬崖可以暂时违反慢滚条件,而高原可以导致超慢滚膨胀阶段。因此,我们实现了一个弦驱动的模型,它既与普朗克在宇宙微波背景下的观测结果相匹配,又产生了一群轻PBH,这可以解释暗物质的一阶分数。在DBI暴胀模型中,由翘曲因子的陡峭下降引起的声速的急剧增加可以驱动放大。在这种情况下,PBH的发现可能表明在大量的非平凡的动力学,如通量反膜湮灭在一个弯曲的喉咙的尖端。
2018-07-02 astro-ph.CO hep-th
CMB and matter power spectra from cross correlations of primordial curvature and magnetic fields
本文给出了具有初始曲率扰动的随机磁场非零互相关情况下宇宙微波背景(CMB)的温度各向异性和偏振的完整数值计算。例如,如果磁场是在膨胀期间通过将电动力学耦合到用曲率标识的标量场而生成的,则会产生这种互相关。对于一个近尺度不变的磁场的1 nG,它被发现,在低多极的贡献,由于交叉相关占主导地位的纯磁模式。线性物质的功率谱在大尺度上也有类似的行为。
2013-01-25 astro-ph.CO
Improved constraint on the primordial gravitational-wave density using recent cosmological data and its impact on cosmic string models
在一系列广泛的模型中,人们都预期在早期宇宙中发生的过程会产生原始的随机引力波背景。观察这一背景将为宇宙的进化历史打开一扇独特的窗户。像宇宙微波背景(CMB)或重子声学振荡(BAO)这样的探测器可以用来设定频率高于$10^{-15}$ Hz的随机引力波背景能量密度$Ω_{GW}$的上限。我们进行了一个配置文件的可能性分析的普朗克CMB温度各向异性和引力透镜数据结合WMAP低$\ell$偏振,BAO,南极望远镜和阿塔卡马宇宙学望远镜的数据。我们发现,$Ω_{GW}h_{0}^{2} < 3.8 \times 10^{-6}$在95\%的置信水平绝热初始条件,提高了以前的限制的一个因素2.3。假设原初引力波是由宇宙弦网络产生的,我们导出了宇宙弦参数空间的不相容极限。如果环的大小是由引力反作用决定的,那么大于$\sim 4 \times 10^{-9}$的弦张力值将被排除在重联概率$10^{-3}$之外。
2015-01-11 astro-ph.CO gr-qc
Constraint on the primordial vector mode and its magnetic field generation from seven-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Observations
研究了一种原始矢量模及其产生的磁场。首先,我们把观测约束的原始矢量模的数量从七年的WMAP数据。该约束被发现为$r_v \lesssim -\frac{r}{40}+0.012$,其中$r_v$和$r$分别是矢量和张量扰动幅度相对于标量的量。其次,在给定$r_v$的约束条件下,我们计算了原始矢量模不可避免地产生的磁场谱。发现矢量模式产生的最大磁场量由$B\lesssim 10^{-22}{\rm G} (\frac{r_v}{0.012})^{1/2} (\frac{k}{0.002})^{(n_v+1)/2}$给出,其中$n_v$是矢量模式的谱指数。我们发现了一个非平凡的取消的磁场产生的辐射占主导地位的时代,这创造了一个特征切断$k\approx 1.0$ Mpc $^{-1}$周围的磁场频谱。
2011-12-20 astro-ph.CO
CMB spectral distortions constraints on primordial black holes, cosmic strings and long lived unstable particles revisited
我们计算的光谱扭曲霍金蒸发的原始黑洞的重组时代之前,考虑到所有标准模型粒子的排放,包括夸克和胶子,并在不断膨胀的宇宙中产生的粒子级联。我们表明,原始黑洞的丰度的约束比以前的计算,只考虑到主要的光子发射强超过一个数量级。我们还表明,光谱扭曲的形状是不同的$y$或$i$型扭曲,是敏感的原始黑洞的质量。我们还扩展了以前的约束条件的衰变长寿命的不稳定粒子重组前额外的衰变通道。我们发现,对于暗物质质量$\lesssim$ 1 GeV,光谱畸变形状是暗物质质量的函数,以及标准模型粒子的衰变通道。我们还提供了新的超导宇宙弦衰变的谱失真约束。我们明确地表明,考虑从弦衰变发射的光子谱不仅是重要的未来的实验,而且已经可用的COBE-FIRAS数据。
2020-03-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
String theory and primordial cosmology
弦宇宙学的目标是提供一个可靠的描述非常早期的宇宙在该制度下,标准模型物理学不再适用,我们可以安全地应用超弦模型的基本成分,如电子和轴子力,对偶对称性,缠绕模式,限制大小和曲率,更高的维度之间的基本扩展对象的相互作用。我们所追求的目标是解决(或至少减轻)标准宇宙学和暴胀宇宙学的大问题,如时空奇点、跨普朗克体系的物理学、暴胀的初始条件等等。
2014-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Can primordial magnetic fields seeded by electroweak strings cause an alignment of quasar axes on cosmological scales?
在早期宇宙的电弱相变中形成的非拓扑电弱弦的衰变可能在今天的宇宙中留下可观察到的印记。这样的弦可以自然地产生原始的磁场。于是原星系倾向于形成其旋转轴与外部磁场平行的星系,而且,外部磁场产生的扭矩迫使星系轴与磁场对齐,即使这两个轴最初并不对齐。这可以解释类星体偏振矢量的排列(观察到的,但尚未解释)。我们证明了两个环状电弱弦所留下的磁场的形状可以解释类星体极化矢量的非平凡排列,并对未来的观测做出预测。
2010-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining Primordial Magnetic Fields by CMB Photon-Graviton Conversion
我们重新审视了在外部磁场存在的情况下使用光子-引力子转换机制来探测最后一个散射表面和当前表面之间可能存在的小尺度原始磁场的方法。具体而言,我们调查的转换效率的影响,由于物质的存在,包括等离子体集体效应和原子的极化率。一般来说,这些影响往往会降低转换概率。在这个更符合实际的情况下,根据COBE对宇宙微波背景黑体谱的测量精度,我们找到了复合时原初磁场强度的一个上限,即B <30 G。虽然目前基于光子-引力子转换机制的束缚不如直接利用CMB温度各向异性得到的束缚那么紧,但它仍然提供了对原始磁场和除了复合之外的历元的重要的独立约束。如果CMB黑体光谱测量在未来的实验如PIXIE中变得更精确,则该界限可以显著改善。
2013-09-02 astro-ph.CO
Reionization constraints on primordial magnetic fields
研究了原初磁场引起的额外密度涨落对红移范围内再电离历史的影响:$6 < z < 10$。我们进行了一个全面的MCMC物理分析,允许原始磁场(强度,$B_0$,功率谱指数$n_{\scriptscriptstyle \rm B}$),再电离,和$Λ$ CDM宇宙学模型相关的参数的变化。我们发现,磁场强度范围:$B_0 \simeq 0.05{-}0.3$ nG(近无标度功率谱)可以显着改变再电离历史在上述红移范围内,可以缓解之间的紧张关系WMAP和类星体的吸收光谱数据。我们的分析对磁场强度$B_0 < 0.358, 0.120, 0.059$ nG(95% c.l.)对于$n_{\scriptscriptstyle \rm B} = -2.95, -2.9, -2.85$。这些代表了其他宇宙学观测中最强的磁场约束。
2015-05-11 astro-ph.CO
Primordial magnetic fields and gravitational baryogenesis in nonlinear electrodynamics
本文在非线性电动力学的框架下,评述了原初磁场的放大和引力重子生成机制,即通过Ricci标量曲率与重子流之间的耦合,在宇宙中产生重子不对称性的机制。为了研究原初磁场强度的放大,我们写下规范不变波动方程,然后在宇宙的三个不同时代(德西特时代、再加热时代和辐射主导时代)求解它们(在长波近似下)。利用观测到的银河系磁场的振幅和重子的不对称性,分别用无量纲参数$r\sim 10^{-37}$和$η_B\lesssim 9\times 10^{-11}$表征,得到了进入非线性电动力学的参数约束条件.
2009-07-21 astro-ph.CO
Evolution of Cosmological Perturbations in the Presence of Primordial Magnetic Fields
原始磁场的可能存在影响了宇宙的结构形成。本文指出,以往导出的有磁场的密度微扰的初始条件与爱因斯坦方程不一致。我们发现,这种不一致性是由于不必要的取消贡献的磁场和原始辐射。在CDM框架下,通过重新考虑辐射占优时代的非相对论物质贡献,给出了长波极限下的完整方程组和一致的初始条件,并在协变方法中进行了显式推导.通过数值求解这些方程,我们得到了宇宙微波背景各向异性的角谱和有磁场的物质功率谱。我们发现在$l \lesssim 4000$处,CMB各向异性的角功率谱的幅度与文献中的结果相比最多可以改变一个数量级。
2009-03-20 astro-ph.CO
Revision of Faraday rotation measure constraints on the primordial magnetic field using the IllustrisTNG simulation
以前推导的法拉第旋转约束的体积填充星系际磁场(IGMF)使用的分析模型,作出了一系列简化假设的磁场在星系际介质的演变,并没有考虑重子反馈对大尺度结构的影响。在这项工作中,我们修改现有的法拉第旋转的IGMF使用的数值模型的星系际介质从IllustrisTNG宇宙学模拟,其中包括一个复杂的模型的重子反馈。我们使用的IllustrisTNG模型来计算旋转措施,并比较由此产生的平均值和中位数的旋转措施的绝对值与数据从NRAO VLA巡天(NVSS)。星系际介质的数值模型包括一个完整的压缩原始磁场的磁流体动力学模型,以及一个模型的区域,磁场不是原始的,而是由重子反馈过程产生的。分离这两种类型的区域,我们能够评估原始磁场对法拉第旋转信号的影响。我们发现,通过修正压缩的原初场区域,并考虑到星系际介质的一部分被重子反馈过程而不是原初场传播的磁场所占据的事实,法拉第旋转被$\simeq 3$的因子所束缚。这导致大相关长度IGMF的$B_0<1.8\times10^{-9}$ G。
2022-09-07 astro-ph.CO
Primordial black hole superradiance and evaporation in the string axiverse
该研究在弦轴子宇宙图景下,探究轻原初黑洞因轻轴子霍金发射自旋加快后触发的重轴子超辐射不稳定性,分析超辐射与蒸发的耦合动力学,得出质量-自旋分布规律并发现重轴子衰变可产生特征谱线。
2023-06-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmic superstrings, metastable strings and ultralight primordial black holes: from NANOGrav to LIGO and beyond
本研究提出超轻原初黑洞通过早期物质主导阶段降低高频引力波振幅,缓解LIGO与PTA数据间张力,并利用未来探测器探索其性质。
2025-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Evaporating primordial black holes, the string axiverse, and hot dark radiation
我们表明,原始黑洞(PBH)发展不可忽略的自旋通过霍金发射的大量轴子一般存在于弦论紧化。这是因为标量可以在无角动量模式($l=0$)下发射,在这种模式下,没有角动量从BH中移除,因此足够多的标量可以补偿费米子、规范玻色子和引力子发射产生的自旋下降。由此产生的$10^8$ - $10^{12}$ kg PBH的特征自旋分布可能由未来的伽马射线观测站测量,前提是PBH丰度不是太小。这产生了一个独特的探测光标量的总数在基本理论,独立于如何弱,他们与已知的物质相互作用。目前由霍金辐射产生的热的MeV-TeV的轴子的局部能量密度可能超过$ρ_{\rm CMB}$。蒸发对PBH的约束也有所减弱。
2021-10-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes from cusp collapse on cosmic strings
原初黑洞是宇宙学和天体物理学的重要研究对象,作为暗物质候选者和引力波的潜在来源,受到了广泛的关注。一种可能的PBH形成机制是宇宙弦的引力坍缩。到目前为止,关于宇宙弦产生PBH的全部文献都集中在(准)圆形宇宙弦环的坍缩上,这只占宇宙环总数的一小部分。在这里,我们证明了一种新的PBH形成机制:崩溃的一小部分宇宙弦附近的尖点。使用箍猜想,我们表明,崩溃是不可避免的,每当一个尖点出现在一个宏观大的循环,形成一个PBH的静止质量小于质量的循环的一个因素的无量纲弦张力的平方,$(Gμ)^2$。由于尖点是宇宙弦环的一般特征,并且不依赖于像圆形坍缩这样的精细调谐的环结构,这意味着宇宙弦产生的PBH比以前认识到的要多得多。由此产生的PBH是高度旋转的,并被提升到超相对论速度;它们占据了BH质量自旋参数空间的一个独特区域,因此是宇宙弦的“吸烟枪”观测特征。我们推导出新的约束$Gμ$从尖点塌陷PBH的蒸发,并更新现有的约束$Gμ$从引力波搜索。
2020-08-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Prospects for Primordial Gravitational Waves in String Inflation
假设早期宇宙有(i)微扰弦论及其场论极限的描述(ii)四维有效场论中的慢卷暴胀时代和保持后者受控的尺度体系$M_{inf} < m_{kk} < m_s \lesssim M_{pl}$,我们导出了原初引力波振幅的上限。该边界对数值系数和展开参数的轻微变化非常敏感。例如,允许耦合和质量平方层次结构$\lesssim 0.2$,意味着$r \lesssim 0.05$,但更安全地要求层次结构$\lesssim 0.1$,则边界变为$r \lesssim 10^{-6}$。此外,大体积--通常用于弦模型以保持反向反应和模量稳定在控制之下--会使$r$下降。因此,暴胀引力波的任何探测都将给弦论带来有趣但困难的挑战。
2016-07-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Oscillation in power spectrum of primordial gravitational wave as a signature of higher-order stringy corrections
在低能有效弦论中,$α'$修正涉及到介子场与高斯-邦纳项的耦合。我们假设,介子势是微调,使介子场可能会迅速振荡,而周围的最小潜力,但通货膨胀的背景不受影响。通过数值计算,我们发现,如果在暴胀结束前的约$\sim 60$ e-折叠时刻开始振荡,$α^\prime$修正可能会给暴胀引力波谱带来不寻常的振荡,这种振荡可能会在CMB B模偏振中留下可测量的印记.
2016-02-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Signatures of Primordial Energy Injection from Axion Strings
本研究通过解析论证和宇宙学模拟发现轴子弦会将部分能量沉积为高能标准模型辐射,被原初等离子体吸收后产生新特征,从而利用CMB功率谱数据对低质量轴子弦的衰变常数给出了约束。
2023-08-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detectability of nGauss primordial magnetic fields in the B-mode polarization of CMB
宇宙中大尺度磁场的起源仍然是未知的。观测结果表明,在最后的散射表面存在n高斯原始磁场。这种场的存在将影响宇宙学扰动的演化,并可能在CMB各向异性上留下印记。在这里,我们表明,B-模式功率谱进行了明确的签名的随机原始磁场高达几个nGauss。具体地说,存在的nGauss原始磁场改变BB功率谱在所有尺度。在大尺度下,张量模式对B模式谱有贡献,而非零矢量模式在小尺度下有贡献。我们表明,B模式的CMB进行了独特的签名的原始磁场。为了验证我们的预测,我们使用BICEP 2和POLARBEAR数据,发现从实验中的B模式观测是一致的非零原始字段。我们还使用BICEP 2观测约束的原始磁场。我们提供了一个详细的分析与原始磁场的CMB的B-模式极化,并调查即将到来的CMB任务的影响。
2020-02-04 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Fluctuations in String Cosmology
本论文致力于基于弦论的暴胀情景研究。暴胀是宇宙早期短暂的加速膨胀,它为宇宙学标准大爆炸模型(SBBM)的问题提供了自然的解释。暴胀理论在现象学上的成功,为无数努力建立它与粒子物理学的联系提供了动力。弦论是高能尺度统一理论的有力竞争者,是寻找暴胀理论基础的一个明显框架。因此,我们试图确定由弦论激发的暴胀情景的特征,以及它们的观测结果。特别是,我们将感兴趣的膜膨胀模型,其中的暴胀场具有非正则动力学和再加热的时代被解释为(反)膜的相互湮灭。这份文件包含一个介绍宇宙学和弦论以及模型建设的努力untertaken在他们的交叉点在最近几年。在论文中发表的科学文章都有一个简短的摘要,并在arXiv上单独提供。
2010-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Not-quite-primordial black holes seeded by cosmic string loops
本文建立适用于任意宇宙弦环速度分布的完整弦环播种晕质量函数,并据此计算可直接坍缩为高红移万至十万倍太阳质量黑洞的晕,发现其能解释 JWST 观测到的“小赤点”丰度。
2025-07-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultrahigh frequency primordial gravitational waves beyond the kHz: The case of cosmic strings
研究宇宙弦产生的超高频(千赫兹至100吉赫兹)引力波背景,预测其信号可达大爆炸核合成界限,特征应变高达$10^{-26}$,为探测大统一物理及弦微观结构提供途径。
2024-05-24 astro-ph.CO hep-ph
Spectator Axions in String Inflation and Primordial Black Holes
Università di Bologna(博洛尼亚大学);INFN, Sezione di Bologna(意大利国家核物理研究所博洛尼部分所);University of Manitoba(曼尼托巴大学);University of Winnipeg(温尼伯大学)
本研究探究弦理论纤维暴胀中轴子的动力学,发现亚普朗克衰变常数轴子多不影响曲率扰动功率谱,特定参数轴子可增强扰动以辅助原初黑洞成核。
2026-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole Archaeology with Gravitational Waves from Cosmic Strings
本研究通过宇宙弦引力波谱的双步抑制特征,探测早期物质主导时期,从而约束质量在$10^4$至$10^9$克之间的轻原初黑洞,并讨论了自旋效应。
2023-08-31 astro-ph.CO hep-ph
Stringy-Running-Vacuum-Model Inflation: from primordial Gravitational Waves and stiff Axion Matter to Dynamical Dark Energy
在以前的工作中,我们推导出了弦宇宙的运行真空模型(RVM),它提供了一个有效的描述从暴胀到现在的时代的四维弦启发宇宙学的演变。在这个“弦RVM”版本的背景下,假设早期宇宙的特征是纯粹的引力自由度,来自无质量的引力弦多重态,包括反对称张量场。后者起着重要的作用,因为它的对偶产生了一个“刚性”的引力轴子“物质”,这反过来又耦合到引力异常项,假设在早期时代是非平凡的。在存在原始引力波(GW)扰动的情况下,这种反常耦合导致类似于RVM的动力学暴胀,而没有外部暴胀子。我们在这里回顾这个框架,并讨论潜在的场景生成这样的原始GW,其中形成不稳定的域壁,最终崩溃的非球对称的方式,引起GW。我们还注意到,在后暴胀时代,当产生适当的势能时,同一类型的“刚性”轴子物质可以提供宇宙中的暗物质(DM)的(一部分),它很可能是超轻的,这取决于弦启发模型的参数。总而言之,RVM暴胀的新(弦)机制保留了原始(更唯象的)RVM的基本结构,以及它的主要优点:即,一种优雅退出和产生大量熵的机制,能够解释视界问题。它还预言了公理暗能量和目前宇宙中存在的本质型温和动力学暗能量(DE),两者都是宇宙演化暴胀阶段的“活化石”。
2020-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Parker Bound and Monopole Pair Production from Primordial Magnetic Fields
我们提出了新的界限的基础上的原始磁场在再加热和辐射主导的时代的生存的磁单极子的宇宙丰度。新的边界可以比传统的帕克约束银河磁场,以及直接搜索的边界更强。我们也将我们的边界应用于由原始磁场本身通过施温格效应产生的单极子,并推导出原始场生存的附加条件。
2022-09-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Baryogenesis from ultralight primordial black holes and strong gravitational waves from cosmic strings
超轻原初黑洞(PBH)($\lesssim10^9$ g)通过霍金辐射(HR)完全蒸发,并产生给定理论中的所有粒子,而不管它们之间的其他相互作用。如果右手中微子是由PBH蒸发产生的,那么通过轻生作用成功的重子生成预言了右手中微子和黑洞的质量尺度。我们表明,考虑到理论中的轻子数违反(RH中微子质量的产生)是规范的$U(1)$破坏的结果,随后形成PBH,宇宙弦网络自然会产生强的随机引力波(GW)脉冲星计时阵列(PTA)和LIGO 5灵敏度水平的信号。此外,由于早期宇宙中存在一个黑洞主导的过渡时期,此时重子不对称性与初始PBH密度无关,GW谱在MHz频率附近出现一个突变。因此,为了观察通过HR发射引力子的通常GW信号的破裂,需要更高频率的GW探测器。NANOGrav PTA最近发现了一个随机的共同频谱过程(解释为GWs)在许多恒星之间,这与大宇宙弦环($α\simeq 0.1$)的PBH重子生成有矛盾。
2021-07-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Using Gravitational Waves to put limits on Primordial Magnetic Fields
我们描述了一种技术,使用模拟张量扰动,以放置在早期宇宙的磁场的强度上限。作为一个例子,我们应用这种技术的原始核合成的开始。我们确定,在那个时间之前存在的任何磁性种子场仍然在被放大的过程中。在未来,我们计划将这项技术应用于更广泛的初始磁场和宇宙学纪元。
2017-01-05 astro-ph.CO gr-qc
Axion production from primordial magnetic fields
原初磁场产生的类轴子粒子(axionlike particles,ALP)对宇宙学有重要影响。我们讨论了在原始磁场存在下碱性磷酸酶的产生。我们发现一个区域的ALP质量和光子耦合实现了所观察到的性质的暗物质与适当的初始条件的磁场。根据最近对来自星系团的3.5千电子伏谱线的研究,这一区域可能是有趣的。对于一个小的轴子质量,先前允许的参数空间的区域被排除在生产过剩的ALP作为一个热/暖暗物质组件。由于碱性磷酸酶的丰度强烈依赖于原始磁场的初始条件,我们的研究结果提供了影响的情况下,磁。
2017-08-07 astro-ph.CO hep-ph
Closed String Thermodynamics and a Blue Tensor Spectrum
BICEP-2小组报告了原始宇宙微波背景B模式偏振的探测,并暗示了相对于较小尺度而言,大角度尺度下的功率受到抑制。假设B模偏振是由原始引力波引起的,这可能意味着原始引力波光谱的蓝色倾斜。这样的倾斜与标准的暴胀模型是不相容的,尽管几年前在弦宇宙学的哈格多恩相热产生原始微扰的机制的背景下就预测到了。本说明的目的是鼓励对数据进行更严格的审查,先验数据由一个可立即证伪的模型提供信息,但其中\textit{predicts}的特征可能受到数据的青睐-即蓝色张量倾斜与标量光谱的诱导和互补红色倾斜,具有与两者相关的自然大的张量标量比。
2014-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Searching for cosmic strings via black hole spin-down
本文提出利用附着宇宙弦导致黑洞自旋减缓来搜寻宇宙弦,预测大质量原初黑洞近零自旋,并探讨通过脉冲星观测超大质量黑洞自旋减缓。
2024-09-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial black holes and secondary gravitational waves from string inspired general no-scale supergravity
在一般的无标度超引力暴胀模型中研究了原初黑洞暗物质的形成和标量诱导次级引力波的产生。通过在Kähler势中加入一个指数项,暴胀子经历了一个超低速滚动的周期,小尺度下的原始功率谱的振幅增强到$\mathcal{O}(10^{-2})$ .原始曲率扰动的增强功率谱可以具有尖锐和宽峰。在我们的模型中可以产生一个宽质量范围的PBH,和伴随的SIGW的频率范围从纳赫兹到千赫。我们展示了四个基准点,其中生成的PBH质量约为$\mathcal{O}(10^{-16}M_{\odot})$、$\mathcal{O}(10^{-12}M_{\odot})$、$\mathcal{O}(10^{-2}M_{\odot})$和$\mathcal{O}(10^{2}M_{\odot})$。质量在$\mathcal{O}(10^{-16}M_{\odot})$和$ \mathcal{O}(10^{-12}M_{\odot})$周围的PBH可以构成几乎所有的暗物质,伴随的SIGW可以被即将到来的天基引力波天文台探测。此外,伴随恒星质量PBH形成的SIGW可以用来解释由北美纳赫兹天文台探测到的纳赫兹波段的引力波随机GW背景,并可以由未来的干涉引力波天文台进行测试。
2021-12-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Limits on primordial magnetic fields from primordial black hole abundance
原始磁场(PMF)是解释星系际磁场等观测到的大尺度磁场的可行候选者之一。我们提出了一种新的机制,为我们带来了信息PMF的基础上的原始黑洞(PBH)的丰度小尺度。保偏光纤的各向异性应力可以作为早期宇宙超视界曲率扰动的一个来源。如果PMF的振幅足够大,则所产生的密度扰动也具有大的振幅,从而增强PBH丰度。由于保偏光纤的各向异性应力是由磁场的平方组成的,因此密度扰动的统计特性服从非高斯分布。假定PMF的功率谱为高斯分布和δ函数型,基于Monte-Carlo方法,得到了PMF的密度扰动的近似概率密度函数,并将PMF的振幅与PBH的丰度联系起来。最后,我们把最强的约束PMF的振幅为几百纳高斯的$10^{2}\;{\rm Mpc}^{-1} \leq k\leq 10^{18}\;{\rm Mpc}^{-1}$,典型的宇宙学观测从来没有达到。
2020-05-27 astro-ph.CO gr-qc
The origin, evolution and signatures of primordial magnetic fields
到目前为止,宇宙在所有尺度上都是磁化的。在最大的尺度上,星系和星系团的磁场在微高斯水平上,在高达10千秒差距的尺度上是相干的。最近的观测证据表明,即使是空洞中的星系际介质也可能存在弱的$\sim 10^{-16}$高斯磁场,在Mpc尺度上是相干的。一个有趣的可能性是,这些观测到的磁场是早期宇宙的遗迹,尽管后来被坍缩物体中的发电机放大和维持。本文综述了原始磁场的起源、演化和特征。在对膨胀宇宙中的磁流体动力学做了一个简短的总结之后,我们转向膨胀和其他相变过程中的磁场产生。我们跟踪的线性和非线性演化所产生的原始领域通过辐射时代,包括粘性效应。讨论了原始磁场在宇宙微波背景上的灵敏观测特征,包括普朗克的电流约束。复合后,原始磁场可以强烈影响结构的形成,特别是在矮星系尺度上。由此产生的签名上的再电离,红移21厘米线,弱透镜和莱曼- $α$森林的概述。来自无线电和$γ$射线天文学的限制进行了总结。天体物理电池和发电机在重塑原始领域的作用进行了简要的审议。评论结束时,一些最后的想法原始磁场。
2016-04-24 astro-ph.CO gr-qc