Current and future neutrino limits on the abundance of primordial black holes
在早期宇宙中形成的原始黑洞(PBH)是通过霍金辐射发射中微子的来源。这样的天体物理中微子可以在地球上检测到,对彗星质量的PBH丰度的限制可以从中微子通量的零观测中得出。在这里,我们考虑非旋转PBH和改进的约束,使用超级神冈中微子数据,以及我们进行预测的下一代中微子(超神冈,JUNO,DUNE)和暗物质(DARWIN,ARGO)探测器,我们比较。对于质量小于$\sim \textrm{few} \times 10^{14}$ g的PBH,PBH现在应该已经蒸发了,而质量更大的PBH仍然存在,并构成宇宙暗物质的一部分。我们考虑单色和扩展(对数正态)的质量分布,和PBH质量范围从$10^{12}$ g到$\sim 10^{16}$ g。最后,我们还比较了我们的结果与以前的文献。
2022-09-29 astro-ph.CO hep-ph
Explaining the PeV Neutrino Fluxes at KM3NeT and IceCube with Quasi-Extremal Primordial Black Holes
University of Massachusetts, Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校)
本文提出用准极端原初黑洞解释KM3NeT和IceCube观测到的高能中微子通量,并指出这些黑洞可能构成宇宙暗物质。
2026-02-17 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on the neutrino mass and the primordial magnetic field from the matter density fluctuation parameter $σ_8$
本文根据原初磁场存在下大尺度结构的形成,分析了中微子质量的极限。我们发现,一个新的上限中微子质量是可能的基础上适合宇宙微波背景和物质功率谱时,考虑到现有的独立约束的物质密度波动参数$σ_8$和原始磁场。
2010-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effects of primordial fluctuations on relic neutrino simulations
本研究利用N-1-body模拟框架,发现初始条件中的原初涨落对宇宙中微子背景(C$ν$B)的丰度和各向异性影响显著,其效果与纳入大尺度结构相当,对未来PTOLEMY等观测数据的解释至关重要。
2024-11-13 astro-ph.CO hep-ph
CMB anisotropies and linear matter power spectrum in models with non-thermal neutrinos and primordial magnetic fields
计算了在初始随机磁场存在下,三个具有非热相空间分布的轻中微子模型的宇宙微波背景(CMB)的温度各向异性和极化的角功率谱以及线性物质功率谱.非热相空间分布函数被假定为费米-狄拉克分布和高斯分布之和。据发现,已知的有效的描述的非热模型在一个额外的相对论自由度的双热模型,也可以扩展到包括一个随机磁场的模型。数值解的范围内得到的磁场参数。
2021-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Primordial neutrino asymmetry evolution with full mean-field effects and collisions
中微子振荡和平均场效应极大地丰富了早期宇宙中中微子演化的现象学。考虑到这些影响,最显着的中微子自相互作用平均场的贡献,我们重新审视的问题的原始中微子不对称性的演变,包括第一次完整的表达碰撞,描述散射和湮灭与电子/正电子和反应之间(反)中微子。我们发现,绝热转移的平均振荡(ATAO)计划,以前开发的数值方法没有中微子简并和基于大分离的时间尺度在这个问题上,是足以达到相同的精度作为完整的量子动力学方程积分的概括,但显着更快。这种近似强调了同步振荡在中微子化学势演化中发挥作用的物理学,特别是在只有两个中微子混合的特殊情况下。特别是,它可以理解是什么控制振荡的开始和振幅,以及为什么有一个更大频率的集体振荡的后续制度。我们还发现,这是非常重要的是使用完整的碰撞项,而不是依赖于阻尼近似,为了不高估碰撞如何减少这些同步振荡。最后,我们定性研究如何混合参数影响最终的中微子配置,特别是我们表明,CP破坏狄拉克相位不能实质上影响最终的$N_{\rm eff}$,也不是最终的电子(反)中微子光谱,因此不应该影响宇宙学观测。
2022-03-30 astro-ph.CO hep-ph
Muon neutrinos and the cosmological abundance of primordial black holes
本文研究被包裹原初黑洞中暗物质湮灭产生的河外缪子中微子通量,并利用IceCube十年曝光数据推导原初黑洞宇宙学丰度的上限,提供了一种新的约束途径。
2024-07-18 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino Signatures in Primordial Non-Gaussianities
在有效场论中研究了中微子的宇宙对撞机现象。计算了中微子的质量谱及其在压缩极限双谱中的特征振荡信号。dS-协变和慢滚修正都被考虑,因此是在暴胀期间的电弱对称性破缺的情况。有趣的是,我们发现暴胀子的慢滚背景为中微子的产生提供了一个化学势。化学势极大地放大了振荡信号,并使重中微子的信号大得可以观察到,而不需要微调。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Effects of active-sterile neutrino mixing during primordial nucleosynthesis
在本工作中,我们讨论了在原始光核产生过程中包含无菌活性中微子振荡的影响。我们假设无菌中微子质量本征态可能与两个最轻的活性中微子质量本征态振荡,混合角分别为$ϕ_1$和$ϕ_2$。我们还允许一个常数重整化(由一个参数($ζ$))的不育中微子占领因素。以$ζ$和混合角为自由参数,计算了活动中微子和惰性中微子的分布函数以及原初丰度。使用可观察的数据,我们设置约束的自由参数的模型。原始丰度数据与小混合角相一致,在3 $σ$水平上,$ζ$值小于0.65。
2016-10-18 astro-ph.CO
Primordial neutron star; a new candidate of dark matter
Z-玻色子交换作用在左手中微子和中子之间产生吸引力。Ginzburg-Landau平均场计算和Bogoliubov变换表明,这种吸引力导致中微子-中子对凝聚和超流性。当超流形成的结果应用于早期宇宙时,视界尺度对凝聚可能成为暗能量的一个组成部分。热宇宙介质中的其他费米子的进一步吸积,产生了由处于β平衡的质子、中子、电子和中微子组成的原始中子星的种子。原始中子星可能提供了一种机制,如果适当选择一小部分宇宙热粒子凝聚成中微子-中子超流体和原始中子星,而不使宇宙过于接近,那么原始中子星可能提供了部分或全部宇宙中的暗物质。通过测量原始中子星形成时的中微子爆发和实验室原子实验中超流遗迹中微子的探测,可以从原理上验证这一设想。
2022-09-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial neutrinos fade to gray: constraints from cosmological observables
本文提出一种推广传统 $y$-畸变的“灰色”谱分布模型,通过 PRIMAT 代码结合大爆炸核合成与宇宙微波背景测量,约束了中微子谱畸变与额外辐射,发现大畸变伴随额外辐射被当前观测允许甚至偏好,呼吁重新审视早期宇宙中微子退耦物理。
2025-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Dirac and Majorana neutrino signatures of primordial black holes
我们通过霍金辐射研究了作为大质量中微子源的原始黑洞。在黑洞发射中微子质量本征态的假设下,我们定量地描述了中微子的质量和费米子-狄拉克或马约拉纳-性质对PBH演化和寿命的影响。在狄拉克中微子的情况下,PBH辐射出等量的右手和左手中微子,因此可能增加中微子种类的有效数量$N_{\rm eff}$。假设初始单色PBH质谱,初始质量$M_i$与粒子视界质量相关,并考虑当前对$N_{\rm eff}$的约束,我们导出初始PBH分数$β^\prime$在区间$4.3\times 10^7\ {\rm g}\lesssim M_i \lesssim 10^9$ g中的界限。未来对$N_{\rm eff}$的测量可能能够将黑洞质量的初始分数限制在1 g以下。如果发现$N_{\rm eff}$中存在过量辐射,那么含有狄拉克中微子的PBH可以提供最小的解释,例如,对于$10^7\ {\rm g} \lesssim M_i\lesssim 10^9$ g和$β^\prime \gtrsim 10^{-13}$,产生了$0.2\lesssim ΔN_{\rm eff}\lesssim 0.37$水平的过量辐射,这可以缓解哈勃参数测量的紧张。最后,我们得到的右螺旋中微子从PBH在地球上的扩散通量,并表明,他们的检测在一个类似PIMMY的探测器(使用中微子捕获氚)将是困难的。
2020-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Effects of Long-lived 10 MeV Scale Sterile Neutrino on Primordial Elemental Abundances and Effective Neutrino Number
根据贫金属星的观测结果推断的原始锂丰度比标准大爆炸核合成(BBN)模型的理论值小3倍。我们假设一个简单的模型,其中包含一个质量为O(10)MeV的无菌中微子nu_H,它在BBN之后衰变很长时间。然后,我们研究了无菌中微子衰变的宇宙学效应。我们将nu_H衰变产生的电子和正电子诱导的非热光子的注入谱表示为nu_H质量和光子温度的函数。然后,我们一致地解决了(1)宇宙热历史,(2)非热光子诱导的非热核合成,(3)重子光子比η,(4)有效中微子数N_eff。nu_H衰变的能量注入量受到原始D和7 Li丰度、Neff值和宇宙微波背景能谱的限制。我们发现7 Be在10^4-10^5 s的寿命和>~ 14 MeV的质量范围内发生了光衰变,Li问题得到了部分解决。7 Be破坏超过3倍是不可能的,因为相关的D过度破坏。在参数区域中,eta值略微减小,而N_eff值增加了<~ 1的因子。修正了文献中关于7 Be(g,a)3 He和7 Li(g,a)3 H光致衰变截面的误差。然后发现,新的光致衰变率比旧的速率小2.3至2.5倍,因此7 Be和7 Li的光致衰变效率明显更小。
2014-08-11 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino Emission and Plasma Heating from Primordial Black Holes: An Improved Approach to $N_\mathrm{eff}$ Constraints
本文通过同时考虑原初黑洞霍金辐射产生的次级中微子和光子等离子体加热效应,改进对 $N_{\mathrm{eff}}$ 的计算,从而对初始质量在 $10^9$–$10^{13}$ 克范围内的轻原初黑洞丰度给出新的宇宙学约束。
2025-09-02 astro-ph.CO hep-ph
KM3-230213A and IceCube Neutrino Events from Metastable Dark Matter of Primordial Black Hole Origin
Pandit Deendayal Energy University (PDEU)(潘迪特·迪恩达达尔能源大学)
研究探讨了KM3-230213A及IceCube高能中微子事件可能源自原初黑洞蒸发产生的超重暗物质衰变,通过约束原初黑洞丰度参数β,发现PeV-EeV范围的暗物质质量可解释这些事件并符合残留暗物质约束。
2026-05-13 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino cooling effect of primordial hot areas in dependence on its size
我们考虑宇宙中假设的原始热区的温度动力学。这些区域可以由原始密度不均匀性产生,并且可以存活到现代,特别是由于原始黑洞(PBH)大小为$R \gtrsim 1$ pc和更大。在这里,我们集中在中微子冷却效应,这是实现由于弱$p\leftrightarrow n$跃迁和$e^{\pm}$湮灭的反应。研究发现,给定的中微子冷却机制在很宽的参数范围内都有效。对于PBH集群考虑的典型参数,冷却机制是相当有价值的温度$T \gtrsim 3$兆电子伏。
2020-11-28 astro-ph.CO
Natural Saturation Of The Sterile Neutrino Dark Matter Resonant Production By a High Lepton Flavor Asymmetry In Primordial Plasma
Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院核物理研究所);Moscow Institute of Physics and Technology(莫斯科物理技术学院)
本文发现高轻子味不对称性会延迟惰性中微子共振产生并触发活性中微子振荡,从而自然饱和暗物质丰度,并给出混合参数的两个数量级约束范围。
2026-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Evolution of Primordial Neutrino Helicities in Astrophysical Magnetic Fields and Implications for their Detection
由于早期宇宙在螺旋度状态下的退耦,在天体物理磁场中传播的原初中微子会发生旋进和螺旋度变化。鉴于XENON1T实验可能发现太阳中微子的大磁矩,我们估计了宇宙和银河磁场中残留中微子的螺旋度翻转。翻转概率对中微子磁矩和磁场结构都很敏感,因此可能是场的探测器。正如我们发现的那样,即使磁矩远低于XENON1 T提出的值,也会通过逆氚β衰变显著影响残余中微子螺旋度及其探测率。
2021-04-19 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Light burden of memory: Constraining primordial black holes with high-energy neutrinos
本研究利用 IceCube 高能中微子数据约束轻质量原初黑洞与“记忆负担”效应的联合参数空间,并评估 IceCube-Gen2、GRAND 的未来探测能力。
2025-03-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Primordial Black Hole Dark Matter evaporating on the Neutrino Floor
原初黑洞(PBH)假设产生于宇宙生命的最初时刻,是潜在的暗物质(DM)候选者。针对质量在$[5 \times10^{14} - 5 \times 10^{15}]$ g范围内的PBHs,指出PBHs蒸发产生的中微子可以通过相干弹性中微子核散射(CE $ν$ NS)相互作用,在多吨DM直接探测实验中产生可观测的信号.我们表明,与高曝光设想的下一代设施,它将有可能设置边界上的部分DM组成的PBH改善现有的中微子极限与超级神冈。我们还量化到什么程度的信号源自一小部分DM的PBH的形式将修改所谓的“中微子地板”,众所周知的障碍对检测弱相互作用大质量粒子(WIMPs)的占主导地位的DM组件。
2021-06-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Primordial Black Hole Neutrinogenesis of Sterile Neutrino Dark Matter
本研究提出惰性中微子暗物质的原初黑洞蒸发生成新机制,该机制不依赖活性-惰性中微子混合,生成的0.3 MeV-0.3 TeV温惰性中微子具有独特能谱,可通过X射线与引力波重合信号检验。
2024-03-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Directional Neutrino Bursts from Spinning and Moving Primordial Black Holes
本研究提出旋转且运动的原初黑洞可产生定向高能中微子爆发,并利用 IceCube 与 KM3NeT 的非观测结果更新原初黑洞数密度约束。
2025-07-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The KM3NeT event: a primordial high energy neutrino?
Université Libre de Bruxelles(布鲁塞尔自由大学)
研究探讨KM3NeT观测到的高能中微子事件是否源于早期宇宙中长寿命原始 relic 的衰变或湮灭,提出该假设能产生独特的谱特征,缓解与其他实验结果的矛盾,并需通过专用代码研究中微子与背景中微子的相互作用及辐射过程对谱的影响。
2026-04-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dynamical friction in the primordial neutrino sea
标准的大爆炸宇宙学预言宇宙中微子的背景温度为$T_ν\simeq 1.95~$ K。根据目前的中微子振荡测量,我们知道大多数中微子以大的但非相对论的速度运动。因此,暗物质晕在原始中微子的海洋中移动,在它们后面形成中微子尾流,由于{ \it动力学摩擦}的影响,这会使它们慢下来。在本文中,我们量化这种效果为现实的晕,在结构形成的晕模型的背景下,并表明它的规模为$m_ν^4$ $\times$相对速度,并单调增长的晕质量。星系红移巡天可以通过不同星系群的红移空间扭曲(RSD)对这种效应敏感(在$>3σ$置信水平上,取决于巡天性质、中微子质量和等级)。
2017-04-28 astro-ph.CO
Non-standard cosmic expansion histories: Neutrino decoupling and primordial nucleosynthesis signatures
本研究探讨非标准宇宙膨胀历史中超硬流体的影响,发现中微子退耦和原初核合成观测对这类模型提供约束,其中氦-4丰度测量最严格,未来改进可测试其显著效应区域。
2024-02-09 astro-ph.CO hep-ph
Spin-Flavor Oscillations of Relic Neutrinos in Primordial Magnetic Field
本研究探讨原初磁场对遗迹中微子的作用,证明狄拉克中微子可在早期宇宙通过自旋-味振荡半数变为惰性中微子,且该效应在标准模型磁矩数倍的实验约束下仍可实现,为新物理与宇宙磁场研究提供新视角。
2024-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Light Sterile Neutrinos and Inflationary Freedom
我们进行宇宙学分析,我们允许原始功率谱的标量扰动假设的形状是不同的,从通常的幂律预测的最简单的宇宙膨胀模型。我们用分段三次Hermite插值多项式(PCHIP)参数化自由原始功率谱。本文考虑了一个3+1中微子混合模型,其中一个无菌中微子的质量在eV量级,它可以解释在短基线中微子振荡实验中观察到的异常现象。我们发现,自由的原始功率谱允许调和宇宙学数据与一个完全热化的无菌中微子在早期宇宙。此外,宇宙学分析给了我们一些关于原始功率谱形状的信息,它在波数$k=0.002\,\text{Mpc}^{-1}$周围呈现出一个特征。
2015-02-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Ultra-High-Energy Neutrinos from Primordial Black Holes
本文提出原初黑洞晚期蒸发产生的霍金辐射可解释IceCube和KM3NeT探测到的PeV级超高能中微子事件,并指出若暗物质中PBH占显著比例,则观测事件率与理论预期一致。
2025-08-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Neutrino and Positron Constraints on Spinning Primordial Black Hole Dark Matter
原始黑洞可以有很大的自旋--这是一个对它的蒸发率有很大影响的基本性质。通过寻找MeV能量范围内的中微子和正电子,我们对自旋不可忽略的原始黑洞的可探测性进行了全面的研究。扩散超新星中微子背景搜索和观测银河系中心正电子的511 keV伽马射线线设置了竞争性限制。与不旋转的黑洞相比,旋转的原始黑洞被探测到略高的质量范围。我们使用中微子的约束比弥散伽马射线背景的约束稍弱,但互补和鲁棒。我们的正电子约束通常在较低质量范围内较弱,在较高质量范围内较强,与非旋转的原始黑洞相比。它们通常比那些从质量大于几个$\times \, 10^{16}$ g的原始黑洞的漫射伽马射线测量中得到的结果更强。
2020-09-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Neutrino decoupling including flavour oscillations and primordial nucleosynthesis
我们重新讨论了中微子在早期宇宙中的味振荡去耦。我们重新推导的量子动力学方程,确定中微子演化的基础上BBGKY类层次结构,并包括第一次完整的碰撞项,与所有相关的反应的对角和非对角项。我们重点讨论了零化学势的情况,并数值求解这些方程。我们还开发了一个近似方案的基础上绝热演化的物质基础。事实上,振荡和宇宙学时间尺度之间的巨大差异允许考虑平均味振荡,当与微分系统雅可比矩阵的直接计算相结合时,平均味振荡可以将数值积分加速两个数量级。近似的数值方案也是有用的,以获得更多的洞察中微子去耦的物理。结合等离子体热力学QED修正的最新结果,我们将中微子的有效数更新为$N_{\mathrm{eff}} = 3.0440$。最后,我们研究了中微子退耦过程中味振荡对随后的原始核合成的影响。
2020-12-06 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Probing the small-scale primordial power spectrum via relic neutrinos and acoustic reheating
University of Zurich(苏黎世大学);University of Trento(特伦托大学);Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA)-INFN(基本物理与应用特伦托研究所(TIFPA)-意大利国家核物理研究所);Institute d’Astrophysique de Paris (IAP)(巴黎天体物理学研究所);The Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);University of Oxford(牛津大学)
研究通过残留中微子和声学再加热探测小尺度原初功率谱,利用中微子衰减降低温度以限制原初曲率功率谱,与大爆炸核合成等其他观测结果互补。
2026-05-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Fugacity and Reheating of Primordial Neutrinos
我们澄清在定量的方式的影响,不同的化学$T_c$和动力学$T_k$冻结出温度上的中微子逸度$Υ_ν$低于平衡,即$Υ_ν<1$,减少和中微子温度$T_ν$通过部分再加热的增加。我们通过修正的再热关系式$T_ν(Υ_ν)/T_γ$建立了$Υ_ν$和$T_k$之间的联系,其中$T_γ$是背景辐射的温度。我们的结果表明,必须引入化学非平衡参数,即,逸度,$Υ_ν$,作为一个额外的标准宇宙学模型参数在CMB波动的评价,因为它的值允许测量$T_k$。
2013-04-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Neutrino Cooling of Primordial Hot Regions
中微子冷却的影响可能的主要区域填充的热物质进行了讨论。这些区域可能包含不同起源的原始密度不均匀性,并存活到现代。我们证明了当初始温度在区间$10\, {\rm keV} ... 100\, {\rm MeV}$内时,该区域的最终温度为$\sim 10\, {\rm keV}$。这种冷却是由于含有$n-p$跃迁的核反应而实现的。下限$10\, {\rm keV}$是由阈值效应和$n$、$e^{\pm}$密度减少导致的反应速率抑制引起的。
2020-06-11 astro-ph.CO
Sensitivity floor for primordial black holes with neutrino searches
本研究通过多个中微子探测器对天体物理反电子中微子通量的零观测,将原始黑洞作为暗物质主导组分的质量约束设定为高于6.4×10^15 g,并指出弥散超新星中微子背景导致灵敏度底限,使探测器难以识别质量高于9×10^15 g且占暗物质100%的原始黑洞。
2024-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Tau neutrinos from ultracompact dark matter minihalos and constraints on the primordial curvature perturbations
中微子的观测和研究为揭示暗物质粒子的性质提供了一种间接的途径。对于μ介子中微子的探测,主要问题是大气背景,这是由大气中的宇宙射线与原子之间的相互作用引起的。与μ介子中微子相比,τ中微子具有更小的大气背景,特别是向下的方向。除了经典的中微子源外,暗物质粒子也可以湮灭为中微子,是潜在的高能天体物理源。由于暗物质粒子的湮灭率与粒子数密度的平方成正比,因此在暗物质晕中心附近,湮灭率较大,特别是对于一种新的暗物质结构--超致密暗物质微晕(UCMHs).在以前的工作中,我们已经研究了由于暗物质湮灭引起的UCMH中的μ介子中微子通量。此外,由于UCMH的形成与小尺度的原初密度扰动有关,我们得到了对小尺度原初曲率扰动幅度的限制,即$1 \lesssim k \lesssim 10^{7} ~\rm Mpc^{-1}$ .在这项工作中,我们专注于下行的τ中微子从UCMH由于暗物质湮灭。通过与τ中微子通量本底的比较,得到了对UCMH质量分数的限制。然后利用UCMH质量分数的限制,得到了对原始曲率扰动幅度的限制,并将其推广到尺度$k \sim 10^{8} ~ \rm Mpc^{-1}$上.
2017-11-03 astro-ph.CO
Dark neutrino interactions make gravitational waves blue
新的中微子相互作用可以阻止它们在早期宇宙中的自由流动,即使在弱解耦时期之后。与标准的$Λ$ CDM预测相比,这导致了小尺度上原始引力波振幅的增强。本文计算了暗物质中微子相互作用对CMB张量$B$模谱的影响。我们表明,新的中微子相互作用的影响产生的规模或$\ell$依赖的印记在CMB $B$模式的功率谱在$\ell \gtrsim 100$。如果在未来的实验中检测到原始的$B$ -模,偏离标度不变性的蓝色光谱可能不一定意味着简单暴胀模型的失败,而是可能是相对论粒子的非标准相互作用的标志。新的中微子相互作用也会引起CMB B模功率谱的相移,这是不能通过简单修改原始张量功率谱来模拟的。在CMB $B$模谱中除了张量与标量之比之外还隐藏着丰富的信息。
2018-04-03 astro-ph.CO hep-ph
Testing Super-Heavy Dark Matter from Primordial Black Holes with Gravitational Waves
质量为$M_{BH}<10^9$ ~g的超轻原初黑洞在大爆炸核合成之前蒸发,产生所有的物质场,包括暗物质,特别是超重的暗物质:$M_{DM}\gtrsim 10^{10}$ GeV。如果暗物质通过$U(1)$破缺获得质量,那么赋予暗物质质量的相变也会产生辐射引力波的宇宙弦。因为破环尺度$Λ_{CS}$与$M_{DM}$是同一个量级,宇宙弦辐射的引力波有足够大的振幅,可以在现有和计划中的实验设施所能达到的所有频率上被探测到。此外,早期原始黑洞统治的时代在引力波谱中引入了一个独特的频谱中断,其频率与超重暗物质质量有关。因此,原初引力波的随机背景特征可能表明超重暗物质起源于原初黑洞。从这个角度来看,最近通过两个纳米频率脉冲星定时阵列发现了许多恒星之间的随机共谱过程,这将把暗物质质量固定为$3\times 10^{13}~\text{GeV} \lesssim M_{DM} \lesssim 10^{14}~\text{GeV}$。在$0.2~\text{Hz} \lesssim f_* \lesssim 0.4~\text{Hz}$处(未)检测到光谱中断将(排除)证实信号的这种解释。
2022-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Early or phantom dark energy, self-interacting, extra, or massive neutrinos, primordial magnetic fields, or a curved universe: An exploration of possible solutions to the $H_0$ and $σ_8$ problems
在本文中,我们探讨了现有的紧张局势的局部宇宙膨胀率,$H_0$,和振幅的集群大规模结构在$8\, h^{-1}\mathrm{Mpc}$,$σ_8$,以及模型,声称要减轻这些紧张局势。我们考虑七种模型:演化暗能量($w$ CDM)、额外辐射($N_\mathrm{eff}$)、大质量中微子、曲率、原始磁场(PMF)、自相互作用中微子模型和早期暗能量(EDE)。我们用三个数据集来测试这些模型,这些数据集涵盖了可测量的宇宙学时代的全部范围,具有显著的精度,并且对系统效应进行了充分的测试:普朗克2018年宇宙微波背景数据,斯隆数字巡天重子声学振荡尺度测量,以及Ia型超新星的万神殿目录。我们使用最近的SH0ES $H_0$测量和$σ_8$(及其相关参数$S_8=σ_8\sqrt{Ω_\mathrm{m}/0.3}$)的几种测量。我们发现四个模型在贝叶斯模型选择中高于“强”阈值,$w$ CDM,$N_\mathrm{eff}$,PMF和EDE。然而,只有EDE还将完整数据集中的$H_0$张力缓解至低于2 $σ$。因此,没有模型在全数据集中对$S_8/σ_8$张力进行描述,在$H_0$和$S_8/σ_8$张力的组合情况下,也没有模型比$Λ$ CDM更好。
2022-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Constraining primordial black holes and primordial curvature power spectrum with extragalactic muon neutrino
Qufu Normal University(曲阜师范大学)
研究由WIMPs和PBHs组成的混合暗物质情景,通过分析PBHs周围WIMP湮灭产生的河外中微子通量,得出PBHs中暗物质比例上限及原初曲率功率谱上限,为相关研究提供了新约束。
2026-08-26 astro-ph.CO
Massive Neutrinos and Magnetic Fields in the Early Universe
原始磁场和大质量中微子可以在CMB温度和极化中留下有趣的信号。我们对辐射主导的宇宙中的一般微扰进行了系统的分析,考虑了任何原始磁场,并包括中微子质量的领先阶效应。我们证明了大质量中微子从性质上改变了由磁场引起的大尺度扰动,但这种影响比以前声称的要小得多。我们计算的CMB功率谱来源于不均匀的原始磁场,从中微子去耦之前和之后,包括标量,矢量和张量模式,并始终模拟密度和各向异性应力源之间的相关性。在附录中,我们提出了一般的级数解的可能规则的原始扰动。
2010-02-10 astro-ph.CO
Relic neutrinos: Antineutrinos of Primordial Nucleosynthesis
首次计算了原始核合成时期中子和氚衰变形成的反中微子能谱。这个光谱是除了标准宇宙中微子背景(C $ν$ B)之外的非热增加,其热光谱在原始核合成开始之前形成。对于大于$10^{-2}\,$ eV的能量,计算的非热反中微子通量超过C $ν$ B谱,并且在这个范围内没有其他可比较的反中微子源。对这些反中微子的观测将使我们能够直接观察非常早期的宇宙和发生在原始核合成之前、期间和之后一段时间的非平衡过程。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-th
Unveiling Neutrino Halos with CMB Lensing
该研究探讨在可预见的未来通过宇宙微波背景弱引力透镜探测暗物质晕周围的中微子晕的可能性,有望提供首个超越线性理论的宇宙中微子观测特征。
2024-04-16 astro-ph.CO hep-ph
Impact of Neutrino Properties and Dark Matter on the Primordial Lithium Production
7Li以下的轻元素是在标准条件下由早期宇宙的标准大爆炸核合成(SBBN)产生的。所有观察到的这些轻元素的原始丰度都与SBBN预测的非常匹配,除了7Li似乎是过度生产。由于影响锂丰度的各种可能性,解决这种差异是相当具有挑战性的。在目前的工作中,我们专注于非标准的可能的解决方案,如化学势和中微子温度的变化。此外,还分析了暗物质的影响。我们发现,包括这些非标准的假设有助于减少锂的丰度由SBBN预测。我们认为这可能是解决锂问题的一个可能步骤。
2019-01-11 astro-ph.CO
Primordial Black Hole Sterile Neutrinogenesis: Sterile Neutrino Dark Matter Production Independent of Couplings
提出惰性中微子通过原初黑洞蒸发产生的“PBH惰性中微子产生”新机制,其不依赖活性-惰性混合,使惰性中微子可在0.3 MeV至0.3 TeV质量范围内成为温暗物质,并指出诱导引力波与X射线观测的巧合为独特特征。
2024-07-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
High-Energy Neutrino Constraints on memory burdened Bardeen and Kerr Primordial Black Holes
School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学物理与天文学院);Indian Institute of Science Education and Research, Pune(印度科学教育与研究机构)
该研究探讨受记忆负荷的巴丁、克尔原初黑洞的中微子发射,利用冰立方等观测数据约束其丰度,发现巴丁正则化与克尔旋转效应不同,当前及未来中微子观测对探测这类原初黑洞具有互补性。
2026-08-24 astro-ph.CO hep-ph
High-energy neutrino constraints on primordial black holes as dark matter
Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago(芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所);University of Massachusetts, Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校)
本文利用高能中微子望远镜数据,首次对亚小行星质量的原初黑洞进行约束,通过中微子通量和地球附近经过的暂现信号提出限制,未来探测器可进一步提高约束精度。
2026-04-10 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Inflationary Freedom and Cosmological Neutrino Constraints
中微子绝对质量尺度上最严格的界限来自宇宙学数据。这些界限之所以成为可能,是因为大量的遗迹中微子影响宇宙的膨胀历史,并导致在小于相关自由流长度的尺度上抑制物质聚集。然而,由此产生的对宇宙学扰动的影响是相对于由暴胀引起的密度扰动的原初功率谱的,因此原初功率谱中的自由度影响中微子质量约束。利用对宇宙微波背景、星系功率谱和哈勃常数的测量,我们约束了中微子的质量和种类数,得到了一个与模型无关的原初功率谱。用一个20节点的样条函数来描述原始功率谱,我们发现,如果只使用CMB数据,中微子质量上限比采用幂律形式时弱三倍。原始功率谱本身在波矢量范围$k \approx 0.01 - 0.25$ Mpc $^{-1}$中被限制为优于10%。星系团数据和哈勃常数的测定在控制暴胀自由度对中微子约束的影响方面起着关键作用。两者的加入消除了中微子质量束缚的暴胀自由退化,给出了中微子质量之和$Σm_ν< 0.18$ eV(在95%置信水平下,普朗克+BOSS+ $H_0$),近似独立于假设的原始功率谱模型。当允许一个自由的有效数量的物种,$N_{eff}$,$Σm_ν$和$N_{eff}$的联合约束放松了因子1.7时,原始功率谱的幂律形式被放弃,有利于样条参数化。
2014-04-04 astro-ph.CO
Primordial tensor mode from the neutrino sector
Institute for Advanced Research, Nagoya University(名古屋大学高级研究院);Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University(名古屋大学小林-益川粒子宇宙起源研究所);Department of Physics, Nagoya University(名古屋大学物理系);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo(东京大学理学部 Kavli宇宙物理学数学研究所)
研究来自中微子扇区的原初张量模式,聚焦中微子八极矩模式,推导爱因斯坦 - 玻尔兹曼系统初始条件并计算CMB各向异性角功率谱,该模式大尺度度规响应弱,能与标准张量模式分离。
2026-07-20 astro-ph.CO
Neutrino signals from ultracompact minihalos and constraints on the primordial curvature perturbation
与标准暗物质晕相比,最近提出的一种新的暗物质结构--超致密微晕(UCMHs)的密度剖面更陡,形成时间更早。如果暗物质是由弱相互作用大质量粒子(WIMP)组成的,那么由于暗物质湮灭而来自UCMH的潜在信号(例如中微子)将被IceCube/DeepCore或其他探测器探测到,并且这样的信号将具有非常有用的伽马射线观测的互补性。另一方面,UCMH的形成与较小尺度上的原始曲率扰动有关。因此,对UCMH丰度的限制可以用来限制这些尺度上的扰动。在以前的工作中,在文献中,作者集中在γ射线信号的UCMH由于暗物质湮灭。在这项工作中,我们调查的中微子信号从附近的UCMH。虽然没有多余的中微子信号的暗物质湮灭已被观察到,UCMH的丰度的限制可以得到,这些限制可以转化为小尺度上的原始曲率扰动的限制。
2013-05-18 astro-ph.CO
The primordial helium abundance and the number of neutrino families
基于对HII区的观测和Porter等人(2013)对He I线复合系数的新计算,我们获得了原始氦的质量丰度为$Y_P = 0.2446\pm0.0029$。我们考虑了$Y_P$测定的13个误差来源,其中一些主要是由于系统效应,而其余的主要是由于统计效应。我们将我们的结果与文献中存在的其他$Y_P$测定结果进行比较。结合我们的$Y_P$值与原始核合成的计算,我们发现了一些中微子物种$N_{eff} = 2.90\pm0.22$,和中子平均寿命$τ_ν = 872\pm14(s)$。
2016-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutrino-Dark Sector Equilibration and Primordial Element Abundances
研究中微子与暗物质领域平衡对原始元素丰度的影响,通过计算轻元素丰度和约束条件,探讨不同温度和自由度对宇宙早期演化的影响。
2024-02-15 astro-ph.CO hep-ph
Signatures of primordial black hole dark matter at DUNE and THEIA
原始黑洞(PBH)是一种潜在的暗物质候选者,其质量可以跨越许多数量级。如果它们的质量在$10^{15}-10^{17}$ g的范围内,它们可以通过霍金辐射的蒸发释放出相当大的MeV中微子通量。我们探索的可能性,检测轻(非)旋转PBH与未来的中微子实验。我们专注于两个下一代设施:深地下中微子实验(DUNE)和THEIA。我们模拟了预期的事件谱在两个实验假设不同的PBH质量分布和自旋,我们提取预期的95%C. L。对这些场景的敏感性。我们的分析表明,未来的中微子实验,如DUNE和THEIA将能够对PBH暗物质设置竞争性约束,从而在目前主要受光子数据约束的PBH参数空间的一部分中提供互补探针。
2021-09-29 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Evolution of Primordial Neutrino Helicities in Cosmic Gravitational Inhomogeneities
来自大爆炸的残余中微子主要在螺旋本征态中与热等离子体解耦。它们随后通过宇宙引力不均匀性的传播改变了狄拉克和马约拉纳中微子的螺旋度,从而提供了一个独立的宇宙演化探测器。我们在这里确定的概率,遗迹中微子翻转其螺旋度,在宇宙微波背景测量的密度不均匀性的频谱。我们发现,对于狄拉克中微子,如果中微子磁矩是标准模型中预测的量级,那么引力螺旋度的修改介于磁场的影响和如果磁矩是与XENON1T实验中看到的低能电子事件的过量相一致的尺度,那么引力螺旋度的修改就会产生更大的影响。我们给出简洁的推导,在广义相对论中,在膨胀的宇宙中,一个旋转的粒子对弱引力场的半经典响应,并估计由太阳的引力引起的太阳发射的中微子的螺旋度修改。
2021-10-28 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Testing 3+1 and 3+2 neutrino mass models with cosmology and short baseline experiments
最近的短基线中微子振荡实验和宇宙微波背景各向异性测量的结果表明存在额外的不育中微子。在本文中,我们适当地结合这些数据集,推导出3+1和3+2框架中的不育中微子质量的界限,发现两个数据集之间潜在的良好协议。然而,当分析中包括星系团时,振荡和宇宙学数据之间的张力明显存在。
2012-07-27 astro-ph.CO hep-ph