Primordial Black Holes from the QCD axion
我们提出了一种产生原始黑洞（PBH）的机制，它与宇宙膨胀无关，发生在略低于QCD相变的位置。我们的设置依赖于长寿命的弦域壁网络的崩溃，并自然地实现在QCD轴子模型与域壁数$N_{DW}>1$和Peccei-Quinn对称性破缺膨胀后。在我们的框架中，暗物质主要由meV质量范围内的轴子以及一小部分重$M \sim 10^4-10^7 M_\odot$ PBH组成，即$Ω_{\text{PBH}} \gtrsim 10^{-6} Ω_{\text{CDM}} $。后者可在减轻$Λ$清洁发展机制模型在亚银河尺度上的某些缺点方面发挥作用。这种情况在正在进行的轴子搜索以及引力波观测站中都有明显的特征。
2019-02-21 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes Formation Beyond the Standard Cosmic QCD Transition
Institute of Nuclear and Particle Physics, Technical University Dresden（德累斯顿工业大学核与粒子物理研究所）；Institute of Theoretical Physics, University of Wroclaw（弗罗茨瓦夫大学理论物理研究所）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（高级系统理解中心）
本文探讨了原初黑洞在宇宙黑暗时代和暗物质候选中的作用，分析了QCD相变对黑洞形成的影响，并研究了超出标准模型的物理对宇宙方程状态和黑洞形成概率分布的影响。
2026-04-14 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes with QCD Color Charge
本文提出早期宇宙中PBH通过吸收未禁闭夸克和胶子获得QCD色荷的机制，估算了近极端色荷PBH的数密度，并探讨其唯象学意义。
2024-05-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effects of the QCD Equation of State and Lepton Asymmetry on Primordial Gravitational Waves
利用量子色动力学（QCD）的状态方程（EoS），我们研究了QCD对暴胀时代产生的原初引力波（PGW）的影响。我们还考虑了不同的情况下，消失和非零轻子不对称性，后者是由宇宙微波背景实验的约束。我们的结果表明，对于不同的格点量子色动力学Eos，在QCD跃迁附近的频率范围（$10^{-10}- 10^{-7}$ ~Hz），或者对于非零轻子非对称性，在更大的频率范围内，微扰QCD所预测的引力波背景有百分之几的偏差.未来的引力波实验，如SKA、EPTA、DECIGO和LISA等，在测量PGW振幅时具有足够高的灵敏度，可以探测这些差异，并揭示宇宙QCD跃迁的真实性质和早期宇宙中存在的非零轻子不对称性。
2019-05-22 astro-ph.CO gr-qc hep-lat
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
The Threshold for Primordial Black Hole Formation: a Simple Analytic Prescription
原始黑洞可能是在早期宇宙中由非线性宇宙学扰动重新进入宇宙学视界而形成的，当时宇宙仍然是辐射主导的。从超视界尺度上功率谱的形状出发，根据数值模拟的结果，我们给出了一个计算原始黑洞形成阈值$δ_c$的简单公式。我们的程序考虑到高斯曲率扰动和密度对比度之间的非线性，在文献中第一次，在视界交叉，这增加了约两个因素的阈值计算超视界尺度上的一个方面的非线性效应。
2021-03-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Extreme-Value Statistics of the Spin of Primordial Black Holes
极端旋转的原始黑洞有多罕见？我们展示了如何从PBH自旋的基本分布，极值统计可以用来量化自旋PBH的克尔参数接近1的稀有性。使用峰值超过阈值的方法，我们展示了如何PBH形式的概率，自旋超过足够高的阈值可以使用广义帕累托分布计算。这使我们能够估计PBH的平均数量，其中我们可以找到一个单一的PBH形成的自旋超过一个高阈值。我们发现，原始的自旋分布在形成时会产生极其罕见的近极值自旋PBH：对于典型的参数值，大约高达一亿分之一的PBH会形成自旋超过索恩极限。我们讨论的条件下，甚至更多的极端自旋PBH可能会产生，包括修改的偏度和峰度的自旋分布通过平滑变换。我们从我们的计算中推断，如果小行星质量超过当前观测极限的蒸发质量为~10^{17} g的PBH确实对暗物质有显著贡献，那么其中一些可能是接近极值的PBH。
2021-09-25 astro-ph.CO
Primordial black-hole formation and heavy r-process element synthesis from the cosmological QCD transition. Two aspects of an inhomogeneous early Universe
TU Dresden（德累斯顿工业大学）；Deutsches Zentrum für Astrophysik (DZA)（德国天体物理中心）；DESY（德国电子同步辐射研究所）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（先进系统理解中心）；University of Wrocław（弗罗茨瓦夫大学）；University of Rostock（罗斯托克大学）
研究探讨了原始黑洞在宇宙黑暗时代和暗物质候选中的作用，以及QCD相变对原始黑洞形成和重r过程元素合成的影响。
2025-07-08 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Primordial black hole formation for an anisotropic perfect fluid: Initial conditions and estimation of the threshold
本文研究了具有各向异性压力的辐射流体中原初黑洞的形成。我们的注意力集中在描述超视界制度的宇宙学扰动的初始条件，使用的状态方程的压力和能量密度梯度的协变形式。相对于各向同性情形，各向异性的影响是修改宇宙学扰动的初始形状。利用原始黑洞的阈值$δ_\mathrm{c}$与宇宙学扰动的形状之间的依赖关系，我们在这里估计阈值是如何随各向异性的振幅而变化的。如果这种变化足够大，它可能导致多溴联苯的丰度的显着变化。
2022-10-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole Abundances and Scalar Induced Gravitational Waves from Finite-Width Power Spectra in a Stiff Thermal History
Hunan Institute of Technology（湖南理工学院）；SGT University（SGT大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Hainan University（海南大学）；Tongji University（同济大学）；Institute for Advanced Study of Tongji University（同济大学高等研究院）；Asia Pacific Center for Theoretical Physics（亚太理论物理中心）；The University of Tokyo（东京大学）；Yangzhou University（扬州大学）
本文通过数值相对论模拟研究刚性热历史中有限宽度功率谱下原初黑洞的坍缩阈值，发现阈值随宽度和状态方程参数增大，并影响暗物质丰度与引力波信号。
2026-09-23 astro-ph.CO
Non-Gaussian Formation of Primordial Black Holes: Effects on the Threshold
原始黑洞可能是在宇宙早期由足够大的宇宙学扰动重新进入视界而形成的，当时宇宙仍然是辐射主导的。这些起源于小尺度暴胀过程中产生的曲率扰动谱。由于曲率扰动$ζ$与超密度$δρ$之间的非线性关系，即使曲率扰动是高斯的，原初黑洞的形成也会受到内禀非高斯性的影响.我们调查的影响，这种非高斯性的临界阈值$δ_c$的措施，过量的质量的扰动，找到一个相对于使用$ζ$和$δρ$之间的线性关系获得的值的相对变化，百分之几。这表明临界阈值的值对于非线性是相当稳健的。当在曲率微扰中加入宇宙学上有趣的局部原始非高斯值时，情况也是如此。
2019-12-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Toward the primordial black hole formation threshold in a time-dependent equation-of-state background
研究原初黑洞（PBH）引力坍缩过程需要确定一个临界能量密度扰动阈值$δ_\mathrm{c}$，它依赖于PBH形成时宇宙的状态方程。到目前为止，大多数的分析和数值计算技术计算$δ_\mathrm{c}$通过假设一个恒定的状态方程（EoS）参数$w$在PBH形成的时间。在这项工作中，在推广了[1]的用于计算$δ_\mathrm{c}$的常数$w$处方并评论了其局限性之后，我们给出了在时间依赖的$w$背景的情况下PBH阈值的第一估计。特别是，我们适用于我们的形式主义的情况下，QCD相变，EoS参数随时间变化显着，人们期望增强PBH生产由于突然软化的$w$。最后，我们比较了我们的结果与解析和数值方法的确定$δ_\mathrm{c}$假设一个恒定的EoS参数。
2022-08-26 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole formation during cosmic phase transitions
本研究指出原初黑洞在宇宙相变期间更易形成，其质量函数可记录早期宇宙热历史，并预测QCD相变会在1.9倍太阳质量处产生峰值。
2024-06-17 astro-ph.CO
QCD and electroweak phase transitions with hidden scale invariance: implications for primordial black holes, quark-lepton nuggets and gravitational waves
Sydney Consortium for Particle Physics and Cosmology（悉尼粒子物理与宇宙学联盟）；School of Physics, The University of Sydney（悉尼大学物理学院）
研究基于标准模型的最小非线性尺度不变性框架，探讨其对宇宙学的影响，揭示电磁相变及原初黑洞、引力波和多夸克-轻子 nuggets 的生成机制。
2026-03-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Statistics of the excursion sets in models with local primordial non-Gaussianity
我们使用高于或低于一个温度阈值（偏移集）的区域的统计数据来研究具有本地类型的原始非高斯性的模型中的宇宙微波背景（CMB）各向异性。通过对大量具有不同非高斯性的模拟地图进行全天空空间分布和阈值以上/阈值以下像素的聚类计算，发现无量纲非线性参数fNL的正值增强了冷CMB漂移集的数量密度和聚类强度，降低了热CMB漂移集的数量密度和聚类强度.我们量化了这种效应的鲁棒性，这对于区分更简单的高斯假设和非高斯场景可能很重要，这些场景来自非标准的通货膨胀或替代的早期宇宙模型。热像素和冷像素的聚类表现出不同的非高斯特征，特别是在约75弧分的角尺度处（即，在多普勒峰值周围），其随着f_NL线性增加。此外，聚类作为平滑角度的函数发生强烈变化。我们提出了几个统计测试，以最大限度地提高本地原始非高斯信号的检测，并在此框架内提供一些理论见解，包括阈值水平的最佳选择。我们还描述了一个程序，旨在尽量减少宇宙方差效应，在这个统计框架内的主要限制。
2010-10-11 astro-ph.CO
Primordial black holes with an accurate QCD equation of state
利用量子色动力学（QCD）相变过程中标准模型热力学的新格点计算方法，计算了原初黑洞（PBH）由于状态方程软化而引起的质量分布增强.我们发现，增强峰约$0.7M_\odot$，与形成率增加了至少两个数量级，由于软化的状态方程在这个时候，与范围约为$0.3M_\odot<M<1.4M_\odot$在全宽半最大。对于质量范围很大的PBH，PBH的形成增加了较小的量，$10^{-3}M_\odot<M_{\rm PBH}<10^{3}M_\odot$，其中包括LIGO检测到的BH的质量。在PBH形成的数量的不确定性的最重要的来源是由于在形成过程中的未知数，而不是从相变。一个近尺度不变的密度功率谱调整，以产生一个人口的质量和合并率与LIGO检测到的一致，也应该产生一个更大的能量密度的PBH与太阳质量。如果黑洞的质量低于哈雷斯卡尔的极限，那么它的存在就是一个原始起源的确凿证据，而且它们可以说构成了冷暗物质密度的很大一部分。它们也对暴胀模型的建立提出了挑战，该模型试图在不过度产生较轻PBH的情况下产生LIGO BH。
2018-09-21 astro-ph.CO hep-ph
Threshold of primordial black hole formation in Eddington-inspired-Born-Infeld gravity
原始黑洞（PBH）如果存在的话，被认为是探测宇宙早期历史的有力工具。本质上，在辐射主导的宇宙中，PBH可以通过膨胀过程中产生的过密的原始扰动的引力坍缩形成。在这幅图中，一个重要的成分是密度对比的阈值，它定义了PBH形成的开始。在文献中，大多数阈值的估计，无论是数值的还是解析的，都是在广义相对论（GR）的框架下实现的。本文通过解析估计，指出PBH形成的阈值取决于所考虑的引力理论。在GR中，给定一个固定的状态方程，本文采用的解析估计给出了一个常数的形成阈值。如果这个理论的特征是普朗克质量以外的其他质量尺度，那么密度对比的估计阈值可能取决于PBH形成时宇宙的能量尺度。在本文中，我们考虑Eddington-inspired-Born-Infeld引力作为一个例子。我们发现，当Born-Infeld耦合常数为正时，阈值会被提高，当耦合常数为负时，阈值会被抑制。此外，我们明确表明，阈值依赖于宇宙的能量尺度在PBH形成的时间。这一结论预期对任何以附加质量标度为特征的引力理论都是有效的，表明了用PBH检验引力理论的可能性。
2021-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial magnetic field generation in the Quark Gluon Plasma phase
在本工作中，我们研究了早期宇宙中在QCD相变时期附近通过$Z(3)$畴的坍缩产生原初磁场的可能性。$Z(3)$畴壁出现在QCD的退禁闭阶段（高于$T\sim 200$ MeV），由于夸克的非平凡反射，它们的坍塌导致壁边界附近的净夸克浓度。我们观察轻子对这种夸克过剩的响应，发现轻子并不抵消夸克引起的电荷浓度。壁塌缩和净电荷集中可以导致原始等离子体中涡旋和湍流的产生。我们估计产生的磁场的大小，发现它可以是相当大的$\mathcal{O}(10^{15-18}\mathrm{G})$。该机制与QCD相变的阶数无关。
2018-12-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial Black Hole Formation in Rastall Gravity: Shifted Collapse Threshold and Exponential Abundance Sensitivity
Vellore Institute of Technology (VIT)（维洛尔理工大学）
研究Rastall引力中原始黑洞的形成，发现该参数改变了坍缩动力学，影响密度波动增长、黑洞形成临界阈值和视界交叉时的波动幅度，表明原始黑洞形成对Rastall引力扰动层面的修改具有敏感性和独立探测能力。
2026-05-11 astro-ph.CO gr-qc
A little inflation in the early universe at the QCD phase transition
我们探讨了一种在早期宇宙中重子数不可忽略时允许QCD强一级相变的情形及其可能的宇宙学可观测结果。主要的假设是一个准稳定的QCD真空态，它会导致短时间的暴胀，从而将净重子光子比稀释到今天的观测值。重子生成需要一个强有力的机制，以一个有序统一的重子不对称性开始，例如阿弗莱克-戴恩重子生成。宇宙学意义是，在1 - 10个太阳质量的暗物质质量尺度下，对原始密度波动的直接影响，在10^6 - 10^8个太阳质量的质量尺度下，光谱斜率的变化，产生初始强度高达10^12高斯的原始磁场和现今峰值应变振幅至多为h_c = 5 * 的引力波谱频率为4*10^-8 Hz时，小量子色动力学暴胀的情况可以用即将在达姆施塔特GSI的重离子研究设施FAIR来探测。
2010-06-22 astro-ph.CO
Exploring Critical Overdensity Thresholds in Inflationary Models of Primordial Black Holes Formation
本文通过数值计算不同暴胀模型中的临界过密度阈值，并结合Press-Schechter方法与峰值理论评估原初黑洞对暗物质的丰度贡献，以检验其作为暗物质候选者的可行性。
2023-09-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
New mechanism for primordial black hole formation from the QCD axion
本研究在QCD轴子框架下提出原初黑洞形成新机制，通过暴胀后重入视界的弦-墙网络中闭合畴壁坍缩产生PBH，数值模拟得出其占暗物质约0.9%且质量均一，可解释OGLE观测的超短时标引力微透镜事件。
2024-06-24 astro-ph.CO hep-ph
Radio signatures from encounters between Neutron Stars and QCD-Axion Minihalos around Primordial Black Holes
由于轴子与标准模型粒子的相互作用非常弱，因此探索QCD轴子暗物质（DM）假说极具挑战性。我们提出了一种新的途径来测试的QCD轴子DM通过瞬态无线电签名之间的遭遇来自中子星（NS）和轴子迷你晕周围的原始黑洞（PBH）。我们考虑一个一般的QCD轴子的情况下，PQ对称性破缺发生之前（或期间）的通货膨胀共存的一小部分DM的形式PBH。黑洞周围将出现典型的秒差距尺度的轴子微晕。迷你晕中的轴子密度可能远高于局部DM密度，而这些致密天体在今天银河系中的存在为检验轴子DM假说提供了一个新的机会。我们研究了银河系中小晕质量分布的演化，并估计了NS和装饰PBH之间的相遇率。我们发现，遇到引起的瞬态线状发射的射频光子产生的共振轴子光子转换在NS磁层和特征信号可以检测到与当前和未来的射电望远镜的灵敏度。因此，深入研究这些信号的搜索策略将为QCD轴子的探测提供新的途径。
2021-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Assessing the role of the Kelvin-Helmholtz instability at the QCD cosmological phase transition
为了分析非磁化相对论流体中Kelvin-Helmholtz不稳定性的非线性行为，我们用PLUTO程序进行了数值模拟。在格点量子色动力学结果的基础上，加入轻子，利用状态方程研究了宇宙学QCD相变中不稳定性的相关性。模拟结果与线性化理论的理论预测进行了比较。当马赫数小于$M_s \sim 0.1$时，我们发现两种结果都很吻合。然而，对于较高的马赫数，非线性效应是显著的。特别是，许多初始条件，看起来稳定的线性分析显示是不稳定的，根据充分的计算。由于根据晶格计算，宇宙学QCD跃迁是一个平滑的交叉，因此不期望剧烈的流体运动。因此，为了评估的Kelvin-Helmholtz不稳定性在QCD时代的作用，我们专注于模拟低剪切速度和使用单色以及随机扰动触发的不稳定性。我们发现Kelvin-Helmholtz不稳定性可以强烈地放大原初等离子体中的湍流，从而增加原初引力辐射的量。这种湍流可能与宇宙后期的演化有关，并可能对随机引力波背景产生影响。
2018-03-27 astro-ph.CO
Axion Star Nucleation in Dark Minihalos around Primordial Black Holes
我们考虑一类一般的轴子模型，包括QCD和弦轴子，其中PQ对称性在暴胀之前或暴胀期间被破坏。假设轴子是暗物质的主要组成部分，我们讨论了通过引力玻色-爱因斯坦凝聚在原始黑洞周围的维里化暗晕中轴子星的形成。我们确定了在星系形成之前小晕动力学产生轴子星的条件。今天，对于QCD（弦）轴子的情况，我们预计在太阳周围半径为100秒差距的范围内会有多达$\sim 10^{17}$（$\sim 10^9$）的轴子星。
2020-10-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black hole formation during the QCD phase transition: threshold, mass distribution and abundance
该研究通过数值模拟分析QCD相变及$e^+e^-$湮灭时期的原初黑洞形成，明确QCD时期PBH丰度提升倍数、峰值质量等参数，同时指出中微子自由流可能阻碍$e^+e^-$湮灭时期的PBH形成。
2024-04-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Formation and clustering of primordial black holes in Brans-Dicke theory
本文用Brans Dicke标量张量引力理论研究了早期宇宙中原初黑洞的形成。对密度扰动的阈值进行了修正，在阈值以上，引力坍缩发生在宇宙视界穿越之后。修正以某种方式依赖于演化的标量场。它们影响着原始黑洞形成的概率，如果标量场是不均匀的，它们会导致黑洞在大尺度上的聚集。星系团的形成反过来又增加了黑洞合并的概率和相应的引力波爆发的速率。如果观测到的部分引力波事件与原始黑洞有关，那么这些星系团可以对LIGO/Virgo引力波事件做出重大贡献。
2020-09-30 astro-ph.CO gr-qc
Sublunar-Mass Primordial Black Holes from Closed Axion Domain Walls
我们研究了原始黑洞（PBH）的形成从封闭域壁（DWs）的崩溃，自然出现在QCD轴子模型附近的QCD尺度与主弦壁网络。通过渗流理论确定了封闭DW的粒径分布，并由此进一步得到PBH的质量分布和丰度。对PBH丰度的各种观测约束反过来也约束轴子参数。我们的模型更喜欢轴子质量的meV规模（$f_{a}\sim 10^{9}$ GeV）。相应的PBH在月下质量窗口$10^{20}$ - $10^{22}$ g中（即，$10^{-13}$ - $10^{-11}M_{\odot}$），是对暗物质（DM）有重大贡献的PBH仍然可用的少数质量窗口之一。在我们的模型中，PBH丰度可以达到$\sim1\%$甚至更高的DM，对闭合轴子DW的形成效率敏感。
2020-01-07 astro-ph.CO hep-ph
Clustering of Primordial Black Holes from QCD Axion Bubbles
本文研究了用于解释LIGO/Virgo事件或超大质量黑洞种子的模型中原初黑洞与轴子微团簇的聚集现象，发现其产生的大等曲率扰动对模型参数施加了严格限制。
2025-07-17 astro-ph.CO hep-ph
A revisited Correction to the Halo Mass Function for local-type Primordial non-Gaussianity
本文研究了局部型原初非高斯性对晕数计数的影响，发现晕内部紧密度随 $f_{\rm NL}^{\rm loc}$ 变化导致现有模型失效，提出修正因子 $\kappa$ 重新参数化坍缩阈值，有效消除系统误差并避免有偏约束。
2025-06-27 astro-ph.CO
Threshold of Primordial Black Hole Formation against Velocity Dispersion in Matter-Dominated Era
本文研究了在物质主导时代速度色散对原初黑洞~（PBH）形成的影响。速度色散是通过扰动的非线性增长而产生的，并有可能阻碍引力坍缩，从而阻碍PBH的形成。为了使讨论清楚，我们考虑两个不同的长度尺度。较大的一个是引力坍缩发生的地方，这可能导致PBH的形成，和较小的一个是由于非线性相互作用的速度色散的发展。通过比较自由落体时间尺度和粒子穿过坍缩区的时间尺度，我们估计了速度色散对PBH形成的影响。作为示范，我们考虑对数正态功率谱的初始密度扰动的峰值$σ_0^2$在一个规模，对应于较大的规模。我们发现，在视界入口处的密度扰动$\tilde δ_{\rm th}$的阈值为PBH形成标度为$\tilde δ_{\rm th}\propto σ_0^{2/5}$为$σ_0\ll1$。
2023-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Cosmological QCD Phase Transition Revisited
在大的重力化学势下，QCD相图可能呈现一级相变。我们探讨了早期宇宙中这种QCD相变的宇宙学意义。我们认为，大的重子不对称性被一个小的暴胀所稀释，宇宙被困在QCD的假真空态中。小膨胀被气泡成核阻止，气泡成核导致银河系外磁场、原始黑洞和引力波的种子的原始产生。此外，冷暗物质的功率谱可以受到高达十亿太阳质量的质量尺度的影响。宇宙学QCD相变在引力波背景上的印记可以用未来的引力波探测器LISA和BBO和脉冲星计时来探测。
2010-12-22 astro-ph.CO nucl-th
Primordial Black Hole Formation from Type II Fluctuations with Primordial Non-Gaussianity
本研究探讨原初非高斯性对大振幅绝热涨落坍缩形成原初黑洞动力学及类型的影响，发现参数β会改变A型与B型PBH的形成阈值，且在A型区域内最终质量随初始振幅单调增加，与先前解析预期不同。
2024-11-12 astro-ph.CO gr-qc
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
Lighten up Primordial Black Holes in the Galaxy with the QCD axion: Signals at the LOFAR Telescope
本研究探讨QCD轴子在黑洞吸积等离子体磁场中转换为光子产生的低频射电信号，提出在特定质量范围内可由LOFAR探测，并关联OGLE微引力透镜事件。
2024-04-18 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Dark Matter and the LIGO/Virgo observations
到目前为止，LIGO/Virgo合作已经通过引力辐射的发射探测到了十个黑洞双星的合并。这些黑洞在宇宙QCD时期形成并构成所有宇宙暗物质的假设，已经被许多作者拒绝，理由是，在其他约束条件中，原始黑洞（PBH）暗物质将导致比观测到的大几个数量级的合并率。我们重新审视目前的PBH合并率的计算方法。太阳质量的PBH在相当高的红移处形成星团，在较低的红移处蒸发。我们详细考虑了由于三体之间的相互作用的两个PBH的二进制成员和第三个旁路PBH，在这样的集群的二进制属性的演变，为第一次，通过充分的数值积分。蒙特卡洛分析表明，由于这种相互作用，以前预测的合并率降低了几个数量级。在QCD时期形成的PBH暗物质的自然预测产生了一个明显的峰值周围的$1M_{\odot}$与小质量分数的PBH的肩膀上的$30M_{\odot}$，由QCD时期的状态方程确定。我们利用这一事实，使一个尝试性的预测合并率的$\sim 30M_{\odot}$ PBH的二进制文件，并发现它非常接近LIGO/Virgo确定。此外，我们表明，目前的LIGO/室女座的$\sim M_{\odot}$双星的存在限制不排除QCD PBH，使所有的宇宙暗物质。也没有约束QCD PBH从随机引力背景，预重组吸积，或矮星系构成的问题。QCD PBH的微透镜约束应该重新研究。然而，我们警告说，在这个数字上具有挑战性的问题，一些可能相关的影响无法处理…
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The onset of star formation in primordial haloes
恒星的形成一直是天体物理学中未解决的问题。大尺度结构模拟的数值研究不能解决整个过程，他们的方法通常假设只有密度超过典型阈值的气体才能容纳和形成恒星。我们调查宇宙学恒星形成的发病和比较几个非常高的分辨率，三维，N体/SPH模拟，包括非平衡，原子和分子化学，恒星形成处方，和反馈效应。我们研究了原始恒星的形成如何依赖于气体密度阈值，宇宙学参数和初始设置。对于平均密度初始条件，我们发现标准低密度恒星形成阈值（0.2 h^2/cm 3）模型预测恒星形成的开始时间为z~25-31，具体取决于所采用的宇宙学。在这些模型中，恒星的形成与达到临界点和有效逃逸坍缩之间的时间无关。在高红移时，这个时间间隔代表了哈勃时间的一个重要部分，因此这个假设可以诱导大的人为偏移到恒星形成的开始。选择更高的密度阈值（135 h^2/cm 3）可以跟踪整个冷却过程，然后估计恒星形成的开始是在红移z~12-16处。当考虑孤立的、罕见的、高密度的峰值时，化学演化要快得多，第一个恒星形成事件发生在z > 40，几乎与密度阈值的选择无关。这些结果可能对第一个宇宙学物体的形成红移产生影响，这是从平均密度环境的直接数值模拟中推断出来的，也可能对宇宙再电离历史的研究产生影响。
2009-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
GW190425, GW190521 and GW190814: Three candidate mergers of primordial black holes from the QCD epoch
LIGO/Virgo第三次观测的两个最近的引力波事件GW 190425和GW 190814都有一个伴星，如果起源于中子星或恒星黑洞，这是意料之外的，质量分别为$[1.6-2.5]~M_\odot$和$[2.5-2.7]~M_\odot$，合并率分别为$ 460^{+1050}_{-360} $和$ 7^{+16}_{-6}$事件/年/Gpc $^3$，在90\% c.l.。此外，最近的事件GW 190521具有质量为67和$91~M_\odot$的黑洞成分，因此位于所谓的对不稳定质量间隙中，在那里不应该直接形成恒星黑洞。研究了所有这些致密天体都是原始黑洞的可能性。已知的宇宙热历史预测，PBH的形成在QCD跃迁时得到加强，在这个特定的质量尺度上，它们的分布出现峰值，在$30-50~M_\odot$周围出现隆起。我们发现，从GW 190425，GW 190521和GW 190814推断的合并率与物质时代或早期宇宙中致密晕捕获形成的PBH双星一致。与此同时，$30~M_\odot$周围的黑洞合并率和太阳下PBH合并率都没有超过LIGO/Virgo的限制。这样的PBH可以解释很大一部分，甚至全部的暗物质，但它们必须足够强烈地聚集在一起，以便与当前的天体物理极限保持一致。
2021-05-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black hole formation in bulk-viscous cosmology
Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP)（亚太理论物理中心）；International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific (ICTP-AP), University of Chinese Academy of Sciences（国际理论物理中心亚太地区分中心，中国科学院大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；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学院暨物理科学与技术学院）
通过数值模拟研究体粘滞对原初黑洞形成阈值和质量的影响，发现体粘滞增强阈值并改变质量标度律。
2026-10-22 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Waves and Primordial Black Hole Productions from Gluodynamics by Holography
本文构建了与格点QCD数据吻合的全息胶子模型，研究早期宇宙禁闭/退禁闭相变产生的随机引力波与原初黑洞，并指出其引力波信号有望被IPTA和SKA探测到。
2024-01-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes from the QCD epoch: Linking dark matter, baryogenesis and anthropic selection
如果原初黑洞（PBH）形成于夸克-强子时代，那么它们的质量一定接近于克拉塞卡极限，这也是恒星的特征质量。如果它们提供了暗物质（DM），那么坍缩分数的数量级一定是宇宙学重子与光子之比$\sim 10^{-9}$，这意味着在每个PBH周围的传出激波中有效地产生重子不对称性，然后传播到宇宙的其余部分。我们认为，在冲击的温度升高提供了热点电弱重子发生的成分。这也解释了为什么重子和DM具有相当的密度，精确的比例取决于PBH相对于形成时宇宙视界的大小。所观察到的坍缩分数和重子不对称性的值取决于产生PBH的曲率波动的幅度，并可以解释与星系的存在相关的人为选择效应。我们提出了一个方案，在通货膨胀过程中的光随机观众场的量子波动产生大曲率波动在某些地区，这个字段的随机性提供了所需的选择的基础。最后，我们确定了几个观测预测我们的情况下，应该是在未来几年内测试。特别是，PBH质量函数可以扩展到足够高的质量来解释LIGO/Virgo观测到的黑洞合并。
2020-12-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Threshold of primordial black hole formation
基于物理论证，利用$w\ge 0$的状态方程$p=wρc^{2}$，导出了理想流体支配下宇宙中原始黑洞形成阈值处密度扰动幅度的新解析公式.该公式给出$δ^{\rm UH}_{H c}=\sin^{2}[π\sqrt{w}/(1+3w)]$和$\tildeδ_{c}=[3(1+w)/(5+3w)]\sin^{2}[π\sqrt{w}/(1+3w)]$，其中$δ^{\rm UH}_{H c}$和$\tildeδ_{c}$分别是均匀哈勃切片中视界穿越时刻的密度扰动幅度和数值模拟中所用的幅度度量，而常规公式给出$δ^{\rm UH}_{H c}=w$和$\tildeδ_{c}=3w(1+w)/(5+3w)$ .我们的公式显示出更好的协议，最近的数值模拟结果的定性和定量比传统的公式。对于辐射流体，我们的公式给出了$δ^{\rm UH}_{H c}=\sin^{2}(\sqrt{3}π/6)\simeq 0.6203$和$\tildeδ_{c}=(2/3)\sin^{2}(\sqrt{3}π/6)\simeq 0.4135$。我们还讨论了最大振幅和目前的结果的宇宙学意义。
2013-12-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes in loop quantum cosmology: The effect on the threshold
本文在圈量子宇宙学框架下半解析估计原初黑洞形成阈值，发现量子反弹附近低质量黑洞的阈值较广义相对论降低达50%，并提出原初黑洞门户作为探测引力量子性质的新途径。
2023-05-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Thermal QCD Axions across Thresholds
早期宇宙中的热轴子产生会经历几个质量阈值，并且由此产生的速率可能会在它们之间发生显着变化。针对不可见QCD轴子的KSVZ和DFSZ框架，我们对阈值范围内的热产生进行了系统的分析，并给出了光滑的速率结果。QCD的相变是这两类模型的障碍。对于强子KSVZ轴子，我们还处理生产的重色费米子下的Peccei-Quinn对称性收费的质量周围的温度。在DFSZ框架内，标准模型费米子在这种对称性下带电，额外的阈值是重希格斯玻色子质量和电弱相变。我们研究了宇宙学的影响，具体侧重于量化的有效数量的中微子物种的轴子暗辐射，并探讨未来的CMB-S4调查的发现范围。
2021-11-02 astro-ph.CO hep-ph
Bounds on QCD axion mass and primordial magnetic field from CMB $μ$-distortion
在大尺度磁场作用下，CMB光子振荡成轴子会引起CMB谱的畸变。利用COBE对$μ$参数的限制和在视界尺度上具有强度为$B\lesssim 3.2$ nG的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型，轴子质量的上限为，$m_a\lesssim 4.8\times 10^{-5}$ eV.另一方面，利用从ADMX实验中得到的被排除的轴子质量$m_a\simeq 3.5\times 10^{-6}$ eV值和束缚在$μ$上的COBE，对于具有当前历元$λ_B\simeq 1.3$ Mpc的相干长度的均匀磁场，对于KSVZ轴子模型和DFSZ轴子模型分别得到了$B\simeq 46$ nG和$B\simeq 130$ nG.导出了PIXIE/PRISM对$B$和$m_a$的预测对$μ$的预期灵敏度。如果未来的PIXIE/PRISM空间飞行任务能够探测到CMB $μ$畸变，并假设大尺度磁场的强度接近其规范值$B\simeq 1-3$ nG，则质量范围为$2\, μ$ eV - $3\, μ$ eV的轴子将是CMB $μ$ -畸变的潜在候选者。
2015-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Were you born in an aborted primordial black hole?
提出基于标准模型的电弱重子生成机制，利用中止的原初黑洞坍缩局部加热等离子体触发重子生成，解释重子与暗物质密度巧合。
2024-11-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraining small-scale primordial magnetic fields from the abundance of primordial black holes
本研究重新审视了通过原初黑洞丰度限制小尺度原初磁场振幅的方法，发现磁场在增加密度扰动的同时也会提高黑洞形成的密度对比阈值，据此确立了共动磁场振幅的上限。
2024-11-12 astro-ph.CO gr-qc
Constraining the impact of standard model phase transitions on primordial black holes
本文研究了早期宇宙标准模型相变对原初黑洞形成的影响，指出状态方程减弱会指数级增强形成率，但利用标准模型增强激发原初黑洞种群面临挑战，且电弱相变无法显著影响总丰度。
2025-01-23 astro-ph.CO 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
Simulation of primordial black hole formation using pseudo-spectral methods
在这项工作中，我们首次使用伪谱方法进行数值模拟的球对称黑洞形成的Friedman-Robertson-Walker宇宙。利用这些方法，对描述引力坍缩的微分方程进行了部分代数求解。然后，利用我们公开的代码，我们独立地检查并确认先前对形成原始黑洞的阈值的数值估计。通过使用切除技术和分析估计的吸积率，我们也能够估计的黑洞的质量，即使在大的偏离阈值的情况下。在那里，我们确认，与一个明确的例子，通过自相似标度律的黑洞质量的估计是准确的$O(15\%)$，最大允许的质量。
2020-01-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The Ineludible non-Gaussianity of the Primordial Black Hole Abundance
我们研究了原始黑洞的形成，它们是由早期宇宙中的大超密度坍缩产生的。由于密度衬度与共动曲率扰动之间存在非线性关系，因此超密度统计必然是非高斯的。我们表明，原始黑洞在形成的丰度可能不会被捕获的微扰方法，保留了前几个累积量的非高斯概率分布。我们提供了两种技术来计算非高斯丰度的原始黑洞在形成，一个基于峰值理论和阈值统计。我们的研究结果表明，不可避免的非高斯性质的不均匀性的能量密度，使它更难产生PBH。我们提供了简单的（半）分析表达式来计算非高斯丰度的原始黑洞，并表明，对于窄和宽的功率谱的高斯情况下，从阈值统计再现的功率谱的振幅增加了一个因素${\cal O}(2÷3)$。
2019-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Interplay between the Dark Matter Axion and Primordial Black Holes
如果原初黑洞（PBH）在轴子场振荡开始时已经主导了早期宇宙的能量密度，我们证明了QCD轴子的残余丰度和预期质量范围将被极大地修改。由于QCD轴子是暗物质（DM）的潜在候选者，我们称之为DM轴子。我们主要研究质量范围为$(10^6 - 5\times 10^8)\,$ g的PBH。我们研究了DM轴子的残余丰度与PBH参数空间之间的关系。我们数值求解一组玻尔兹曼方程，它支配着宇宙演化过程中的辐射和PBH主导的时代，提供了大量的早期宇宙的能量含量。我们进一步求解了DM轴子场的运动方程，得到了它目前的丰度。除了非相对论产生机制，轻QCD轴子是通过霍金机制从蒸发的PBH产生的，可以构成暗辐射（DR）的一部分。如果QCD轴子被发现，它将使我们深入了解早期宇宙，并探索PBH主导时代的物理学。我们估计的边界上的模型从DR轴子通过PBH蒸发和热去耦产生的，我们占等曲率边界的通货膨胀期间的Peccei-Quinn对称性被打破。我们评估所得结果对现有的CMB数据，我们评论的预测从引力波搜索。我们简要地陈述PBH吸积的后果和不确定性，这可能进一步增加宇宙学和天体粒子物理建模。
2023-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes from fifth forces
原初黑洞可以由远距离的比引力更强的第五种吸引力产生，由光标量场与非相对论性“重”粒子相互作用介导。一旦重粒子的能量分数达到一个阈值，波动就迅速变得非线性。超密度坍缩成黑洞或类似的屏蔽物体，而不需要暴胀过程中产生的原始密度波动谱中的任何特定特征。我们讨论这样的原始黑洞是否可以构成宇宙中的全部暗物质成分。
2018-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
