Direct Collapse Supermassive Black Holes from Ultralight Dark Matter
研究超轻暗物质晕中光子参数共振激发产生莱曼-沃纳光子，以促成超大质量黑洞种子直接坍缩形成。
2025-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Collapse of Differentially Rotating Supermassive Stars: Conformally Flat Simulations
在共形平坦的广义相对论时空中，利用3+1流体力学模拟研究了快速旋转相对论性超大质量恒星的引力坍缩。我们研究了$q \equiv J/M^{2} \sim 1$（$J$是角动量，$M$是恒星的引力质量）的差异旋转超大质量恒星从$R/M \sim 65$（$R$是恒星的圆周半径）的径向不稳定开始到共形平坦近似失效的演化过程。我们发现$q \gtrsim 1$是一颗径向不稳定的差动旋转恒星，它的坍缩形成了一个黑洞$q \lesssim 1$。阻止$q \gtrsim 1$黑洞形成的主要原因是相当大的角动量停留在表面。我们还发现，大部分的质量密度崩溃相干形成一个超大质量黑洞没有明显的磁盘或酒吧。在没有非轴对称变形的情况下，从径向不稳定性开始的差动旋转超大质量恒星的坍缩是激光干涉仪空间天线中爆发和准正常振铃波的有希望的来源。
2004-07-29 astro-ph gr-qc
Evolution of Rotating Supermassive Stars to the Onset of Collapse
我们对超大质量恒星坍缩形成超大质量黑洞的过程进行了完全相对论性的研究。在这里，我们开始我们的调查，通过分析的长期演变的超大质量恒星的动力学不稳定性和崩溃的发病。我们专注于旋转的影响，假设均匀，和广义相对论。我们确定的临界配置，在径向不稳定设置，并确定其结构的细节。我们证明了这个临界组态的关键无量纲比R/M、T/ |W|和J/M^2（T是转动动能，W是引力势能）是万有数，与恒星的质量、自旋、半径或历史无关。我们比较结果从近似，解析处理与完全相对论，数值计算，并找到很好的协议。我们解析地解决了这些参数的时间演变的不稳定性的发病。光子辐射冷却驱动演化，伴随着质量、角动量和熵损失。临界配置作为初始数据，为未来的相对论，流体动力学，三维模拟不稳定的超大质量恒星的崩溃。由于这种内爆是从一个普遍的临界组态开始的，坍缩也是唯一确定的，应该会产生一个普遍的引力波形。在本文中，我们简要地推测了这种坍缩的可能结果，并评估了它在多大程度上为形成超大质量黑洞提供了一条有希望的途径。
1999-09-14 astro-ph gr-qc
Impact of dynamical collapse models on inflationary cosmology
暴胀在经典和量子水平上解决了几个宇宙学问题，在动机良好的暴胀模型的理论预测和观测之间有很强的一致性。本文研究了在暴胀和辐射占优时期，唯象地解决量子测量问题的动力学坍缩模型对共动曲率微扰功率谱的修正.我们发现，这些修正对于参考值的崩溃参数是强烈地可忽略的。
2021-09-01 gr-qc hep-th quant-ph
Relativistic Collapse of Rotating Supermassive Stars to Supermassive Black Holes
有令人信服的证据表明，超大质量黑洞（SMBH）存在。然而，这些物体的起源或它们的种子仍然未知。我们正在进行广义相对论模拟的引力坍缩到黑洞在不同的情况下，以帮助揭示如何SMBH种子可能出现在宇宙中。太阳质量约为10^9的SMBH必须在z > 6时或大爆炸后10^9年内形成，才能为类星体提供动力。除非最初的种子黑洞已经有相当大的质量，否则气体吸积到这个时候可能很难建立这样的SMBH。超大质量恒星（SMS）是大质量种子黑洞的一个可能的祖先。我们通过后牛顿引力下的三维流体动力学模拟和完全广义相对论下的轴对称模拟跟踪了SMS坍缩为SMBH的过程。在这些模拟中，任意质量M的初始SMS在质量脱落极限处均匀旋转，并且在径向崩溃时略微不稳定。最终的黑洞质量和自旋分别为M_h/M ~ 0.9和J_h/M_h^2 ~ 0.75。剩余的质量进入质量为M_{disk} /M ~ 0.1的圆盘。即使祖星的总自旋J/M^2 = 0.97安全地低于克尔极限，这个圆盘也会出现。坍缩产生了轻微的引力辐射爆发。非轴对称的酒吧或单臂螺旋可能会出现在准静态的发展过程中的SMS，在其崩溃，或在周围的磁盘孔，和准周期波的潜在来源，可检测的LISA。
2003-10-02 astro-ph gr-qc
Observational constraints on inflationary potentials within the quantum collapse framework
在标准的宇宙暴胀理论中，还没有完全解释从一个完美的各向同性和均匀的宇宙中产生原始宇宙种子的物理机制。为了克服这一缺点，D. Sudarsky等人提出了一个假说：自致坍塌假说。在这个方案中，暴胀子的波函数的客观坍缩产生了所有尺度上的不均匀性和各向异性。在本文中，我们分析了一组通货膨胀潜力的崩溃建议的背景下，并在标准的通货膨胀框架内的可行性。为此，我们使用最近的CMB和BAO数据进行统计分析，以获得预测的标量谱指数$n_s$的上下文中的一个特定的崩溃模型：维格纳计划。在坍缩方案和标准暴胀模型中，用慢滚参数表示的张量标量比$r$和$n_s$是不同的.对于每一个潜在的考虑，我们比较预测的$n_s$和$r$与建立的限制在这两个图片的观测数据。我们的分析结果表明，在大多数情况下，在两个框架中的观测极限所允许的暴胀潜力的差异。特别是，在标准方法中，势越凹，数据就越有利。另一方面，在维格纳方案中，数据同样有利于所有类型的凹势，包括那些在凸和凹家庭之间的边界。
2019-02-22 astro-ph.CO gr-qc
Inflationary gravitational waves in collapse scheme models
暴胀范式是协和宇宙学模型的重要基石。然而，标准暴胀不能完全解决从早期均匀和各向同性阶段到另一个缺乏与我们现在的宇宙相对应的对称性的阶段的过渡。在以前的工作中，一个自诱导的波函数的崩溃已被建议作为缺少的暴胀成分。大多数关于坍缩假说的分析都只集中在与标量扰动相关的谱的特征上，并且在半经典引力框架内。在这封信中，工作在一个联合的度量物质量子化的通货膨胀，我们计算，第一次，张量功率谱和张量标量比对应的原始引力波的振幅，从考虑一个通用的自诱导坍缩。
2015-12-07 astro-ph.CO gr-qc
Collapse of a Rotating Supermassive Star to a Supermassive Black Hole: Post-Newtonian Simulations
利用广义相对论的后牛顿（PN）近似下的（3 + 1）流体动力学模拟，研究了旋转超大质量恒星（SMS）的引力坍缩.这个问题是特别具有挑战性的，因为在空间中的巨大的动态范围，必须在崩溃的过程中覆盖。我们从R_{p}/M = 411处的径向不稳定性开始，发展出一个均匀旋转的SMS，其中R_{p}是恒星的适当极半径，M是总质量能量，到PN近似崩溃的点。我们引入了一个比例因子和一个“随动”坐标来处理坍缩过程中半径的大变化，并将注意力集中在中心核上。由于T/W，旋转动能与引力结合能的比值，在整个坍缩过程中几乎与1/R_{p}成正比，坍缩的恒星最终可能超过动力学不稳定的临界值T/W，形成棒模。然而，对于恒星旋转均匀的开始崩溃，我们没有发现任何不稳定的增长之前，我们的模拟终止的酒吧。我们确实发现，坍缩很可能连贯地形成一个超大质量黑洞（BH），几乎所有的物质都落入黑洞，只留下很少的喷射物质形成圆盘。在没有非轴对称棒形成的情况下，当我们的积分终止时，均匀旋转SMS的坍缩不会导致明显的准周期引力波（GW）发射。然而，相干性质的内爆表明，旋转SMS崩溃将是一个有前途的源GW爆发。我们还预计，随着BH的形成，长波长准周期波将导致准正常振铃。这些波可以被LISA检测到。
2002-02-06 astro-ph gr-qc
Stability of rigidly rotating supermassive stars against gravitational collapse
在广义相对论中，我们重新讨论了刚性旋转超大质量恒星（SMS）的长期稳定性。我们假设SMSs处于核燃烧阶段，可以用多方指数$n_p$略小于$3$的多方状态方程来模拟。稳定性是根据转折点法确定的。我们找到了SMSs的$n_p$（$2.95 \alt n_p \alt 3$）的合理范围的稳定性条件的拟合公式。这种情况再次证实，虽然非旋转的SMS与质量$\sim 10^5M_\odot$-$10^6M_\odot$可能会经历一个广义相对论引起的准径向崩溃，刚性旋转的SMS与旋转的比例与引力势能（$β$）的$\sim 10^{-2}$可能是稳定的崩溃，除非他们能够吸积$\sim 5$倍以上的质量在（相对短暂的）氢燃烧阶段的演变。我们讨论我们的结果的影响。
2016-04-03 astro-ph.HE gr-qc
Collapse of differentially rotating supermassive stars: Post black hole formation
利用广义相对论中的3+1流体动力学模拟研究了差异旋转超大质量恒星的坍缩。我们特别关注崩溃的开始，以了解崩溃SMS的最终结果。我们发现，从平衡星的质量之间的黑洞（BH）和周围的磁盘的估计比是大致相同的数值模拟的结果。这表明，在没有非轴对称不稳定性的情况下，轴对称坍缩的图像足以说明坍缩的最终状态。我们还发现，准周期引力波继续发射后，准正规模式的频率已经衰减。我们还发现，当新形成的BH几乎是极端克尔时，准周期振荡的振幅在演化的后期阶段增强。几何特征，冲击波，和流体的不稳定性建议作为这种放大行为的原因。这种差动旋转SMS崩溃的替代方案可能由LISA观察到。
2009-08-21 astro-ph.CO gr-qc
The Formation of Supermassive Black Holes and the Evolution of Supermassive Stars
越来越多的观测结果支持超大质量黑洞的存在。超大质量黑洞和它们的形成事件很可能被像LISA这样的长波长天基引力波干涉仪探测到。然而，超大质量黑洞的祖先的性质是相当不确定的。超大质量黑洞的形成方案，无论是涉及到恒星动力学演化的致密集群或流体动力学演化的超大质量恒星已被提出。每一个这些形成的情况下，审查和超大质量恒星的演化，然后检查在一些细节。在长期冷却阶段，均匀旋转的超大质量恒星将旋转到质量脱落极限，并最终收缩到相对论坍缩点。当冷却时有差异旋转的超大质量恒星，在相对论性坍缩开始之前，可能会遇到动力学棒模不稳定性。在坍缩之前或坍缩过程中经历这种棒形扭曲的超大质量恒星，可能是一个强的准周期长波长引力辐射源。
2000-09-06 astro-ph gr-qc
Novel Possibility of Nonstandard Statistics in the Inflationary Spectrum of Primordial Inhomogeneities
暴胀被认为是现代宇宙学的基石之一。然而，标准暴胀范式对宇宙结构起源的解释并不完全令人满意。基本问题是，通常的解释无法指出产生我们宇宙的不均匀性和各向异性的物理机制，从与早期暴胀状态相关的完全均匀和各向同性的真空状态开始。我们简要回顾这个问题，在这里与建议，以解决这个缺点的动力学崩溃的真空状态的暴胀场，这已被认为是在以前的工作。这份手稿的主要目的是讨论与坍缩相关的某些统计方面及其在原始光谱中的含义，特别是那些与可能出现的新型不寻常相关性有关的统计方面。
2012-04-21 gr-qc
Maximally Rotating Supermassive Stars at the Onset of Collapse: The Perturbative Effects of Gas Pressure, Magnetic Fields, Dark Matter and Dark Energy
在宇宙学红移越来越大的类星体的发现可能有利于“直接坍缩”作为最有希望的形成超大质量黑洞的演化路线。在这种情况下，超大质量黑洞形成时，它们的祖先-超大质量恒星-变得不稳定的引力坍缩。对于由纯辐射压力支撑的、在质量脱落极限下旋转的均匀旋转恒星，坍缩开始时的临界位形由无量纲自旋和半径参数$J/M^2$和$R/M$的普适值表征，与质量$M$无关。我们考虑气体压力，磁场，暗物质和暗能量对这些参数的微扰效应，从而确定这种普遍性的有效性域。我们得到的关键参数的领导阶修正，并建立其标度与相关的物理参数。我们比较了两种不同的方法来近似气体压力的影响，这起着最重要的作用，找到相同的结果，上述无量纲参数，也发现与最近的数值结果很好的协议。
2018-07-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Black Hole Particle Accelerator as a Machine to make Baby Universes
广义相对论预言，一个天文学上真实的旋转黑洞的内视界是受质量暴胀不稳定性影响的。暴胀不稳定性的作用就像一个由引力驱动的、具有非凡能量的粒子加速器，它沿着内视界的主要出零方向和入零方向将吸积的粒子流加速到碰撞能量，如果没有任何干预，碰撞能量通常会以指数方式超过普朗克能量。暴胀的不稳定性是由不断的吸积所推动的，并且不可避免地发生在我们宇宙中的每一个黑洞中。这个奢侈的机器，黑洞粒子加速器，具有制造婴儿宇宙的设备的特征。由于碰撞在超大质量黑洞内部最多，再生效率要求我们的宇宙有效地制造超大质量黑洞，正如所观察到的那样。
2013-05-20 gr-qc
Cosmological constraints on non-standard inflationary quantum collapse models
我们简要地回顾了一个重要的缺点-出土在以前的作品-的标准版本的宇宙结构的种子出现的暴胀模型。我们在这里考虑一些后果，从彭罗斯和迪奥西关于量子引力引起的波函数减少的想法的启发下提出的建议，这已经提出来解决的缺点，认为它对暴胀子场的影响是什么可以导致宇宙结构的种子出现。该提议导致原始谱偏离尺度不变的Harrison-Zel'dovich谱，从而导致不同的CMB功率谱。我们进行统计分析，以测试两个量子坍缩方案与最近的数据从CMB，包括7年的释放WMAP和斯隆数字巡天使用LRGs测量的物质功率谱。统计分析的结果表明，几个崩溃模型是兼容的CMB和LRG数据，并建立约束的自由参数的模型。这些数据对标量场模的坍缩的时间尺度没有限制。
2012-05-30 astro-ph.CO gr-qc
Inflationary cosmology of the extreme cosmic string
从研究极端超大质量宇宙弦扭折的内部时空的爱因斯坦方程的宇宙学解开始，并通过使用具有适当对称性的迷你超空间在半经典近似中评估这种扭折形成的概率测度，我们已经找到了一组支持这一主张的论据，即扭结的极端弦实际上可以被看作是普朗克对的无界链--大小的宇宙一旦一个这样的宇宙对沿着普朗克尺度的原始相变被创造出来，它就会经历一个无休止的持续自我再生过程，这是由形成这对宇宙的每个宇宙中的混沌膨胀驱动的。
1998-10-27 gr-qc
Novel vacuum conditions in inflationary collapse models
在暴胀模型的框架内，纳入自发减少的波函数的出现的种子的宇宙结构，我们研究的影响上的原始标量功率谱通过选择一个新的初始量子态的特点的微扰的暴胀。具体而言，我们调查在何种条件下可以恢复基本上无标度的原始不均匀性谱时，标准的Bunch-Davies真空被另一个最小化的重整化应力-能量张量通过阿达玛程序。我们认为，在半经典引力图象中，这种选择真空态的新规定比传统规定更适合于自诱导坍缩方案。我们表明，参数化的崩溃，在以前的作品中考虑的时间，保持。此外，我们得到一个角谱的CMB温度各向异性一致的最适合的观测数据。因此，我们得出结论，崩溃机制可能是一个更根本的字符比以前怀疑。
2017-10-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Gravitational waves from supermassive stars collapsing to a supermassive black hole
在轴对称数值相对论模拟中，我们从一个快速旋转的超大质量恒星（SMS）核心的坍缩中推导出引力波形，该坍缩直接导致超大质量黑洞（SMBH）的种子。我们发现，在黑洞形成过程中发射的引力波的峰值应变振幅是$\approx 5 \times 10^{-21}$在频率$f \approx 5$ \，mHz的宇宙学红移$z=3$的事件，如果崩溃的SMS核心是在氢燃烧阶段。如果灵敏度与$f=1$的LISA一样高-10 mHz，则这种引力波将可由具有信噪比$\approx 10$的eLISA等空间激光干涉探测器探测到。引力波信号的探测将为测试SMBH种子形成的直接塌陷场景提供潜在的机会。
2016-06-23 astro-ph.HE gr-qc
Formation of Supermassive Black Holes: Simulations in General Relativity
有令人信服的证据表明超大质量黑洞存在。然而，这些物体的起源或它们的种子仍然未知。我们讨论了形成超大质量黑洞种子的几种可能的情况。这些包括超大质量恒星的灾难性坍缩，无碰撞粒子或恒星的相对论性星团的坍缩，普通恒星或恒星质量致密天体的致密星团的重力热演化，以及自相互作用的暗物质晕的重力热演化。爱因斯坦的广义相对论方程需要描述这些场景的关键方面，并进行大规模的数值模拟来解决它们。
2003-04-10 astro-ph gr-qc
Towards a formal description of the collapse approach to the inflationary origin of the seeds of cosmic structure
暴胀在我们目前对宇宙的理解中起着核心作用。根据标准观点，暴胀子场的均匀和各向同性模式驱动了宇宙接近指数膨胀的早期阶段，而其他模式的量子涨落（不确定性）则产生了宇宙结构的种子。然而，如果我们接受加速膨胀导致宇宙进入一个基本上均匀和各向同性的时空，所有物质场的状态都在它们的真空中（除了暴胀子场的零模），我们就不能逃避这样的结论：宇宙的状态作为一个整体将始终保持均匀和各向同性。最近在[A]中提出。Perez，H. Sahlmann和D. Sudarsky，“关于宇宙结构种子的量子起源”。定量重力23，2317-2354（2006）]认为暴胀子场的态函数的坍缩（代表超越既定范式的物理学，并可能与彭罗斯的量子引力效应有关）可能是缺失的元素，因此将是原始不均匀性出现的原因。在这里，我们将讨论一种强烈依赖于弯曲时空上的量子场论的形式主义，在这种形式主义中，我们可以实现对这样一个过程的详细描述。出现的情况澄清了问题的许多方面，在概念上是相当透明的。尽管如此，我们会发现，这些结果使我们认为，由此产生的图像与时空的纯几何描述并不完全相容。
2012-08-09 gr-qc
Dark matter mounds from the collapse of supermassive stars: a general-relativistic analysis
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)（高等高级研究国际学院）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；Institute for Fundamental Physics of the Universe (IFPU)（宇宙基础物理研究所）；Instituto de Fisica de Cantabria (CSIC-UC)（坎塔布里亚物理研究所）；INFN Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）
研究通过广义相对论分析超大质量恒星坍缩形成暗物质丘的相空间分布，发现非绝热坍缩下暗物质分布显著变化，为未来EMRI观测提供更真实的暗物质性质和黑洞形成历史信息。
2026-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The slow roll condition and the amplitude of the primordial spectrum of cosmic fluctuations: Contrasts and similarities of standard account and the "collapse scheme"
暴胀范式在宇宙学界得到了非常广泛的接受，这在很大程度上是由于这样一个事实，即它被认为是“自然地解释”了一个几乎与尺度无关的功率原始波动谱，这与观测结果非常吻合。在大多数模型中，波动的预期总尺度被证明是太大了，因为它与慢滚参数成反比，而慢滚参数预期是非常小的。这一事实需要对暴胀子势进行微调。在最近的一系列工作中，有人认为，暴胀图景的成功并不能完全用应用于宇宙学背景的量子理论的规则来证明，还需要一个额外的元素，类似于波函数的自诱导坍缩。在那里，有人建议，在处理中纳入这种崩溃可能会避免需要微调的潜力，折磨大多数通货膨胀模型。在这篇文章中，我们将详细讨论如何获得新方案和标准账户中扰动大小的估计，并将后者中最流行的一种与新方案中相应的一种进行比较。我们将看到，这个提议包括一个绕过这个问题的崩溃方案，但我们将看到，价格似乎是一个目的论的，因此非物理的，对崩溃特征的微调。
2010-10-06 gr-qc
Powerful explosions from the collapse of rotating supermassive stars
本研究通过广义相对论流体动力学模拟发现，旋转超大质量恒星核心坍缩形成黑洞后，由环状体驱动的激波爆炸可释放约$10^{55}-10^{56}$尔格能量，抛射物质量与速度分别饱和于初始质量的1%和光速的20%，且粘性加热对动能贡献次要。
2024-08-21 astro-ph.HE gr-qc
Classicalization of inflationary perturbations by collapse models in the light of BICEP2
暴胀和由此而来的原初微扰的量子起源，比BICEP 2观测原初引力波之后的任何时候都有更坚实的基础。这种范式成功的一个关键因素在于解释所观察到的宇宙学不均匀性的经典性，尽管它们是量子起源的。虽然退相干提供了对这个问题的部分理解，但单一结果的问题激发了宇宙学背景下量子坍缩模型的分析，这些模型一般修改了原始扰动的动力学，因此可以在观测值上留下印记。我们重新审视这样一个最近提出的工作模型的经典化自发崩溃\cite{Das:2013qwa}在BICEP 2的观察，寻找可能的修改张量功率谱及其影响。我们表明，它可以潜在地改变单场模型的一致性关系和精确测量的$n_T$和它的运行可以作为一个测试这样的动力学在早期宇宙。
2014-07-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Magnetorotational Collapse of Supermassive Stars: Black Hole Formation, Gravitational Waves and Jets
我们进行MHD模拟在全GR的均匀旋转的恒星是轻微不稳定崩溃。我们的模拟模拟了超大质量恒星（SMS）直接坍缩成种子黑洞（BH）的过程，这些黑洞可以成长为类星体和活动星系核中心的超大质量黑洞。他们还粗略地模拟了大质量Pop III恒星向BH的坍缩，这可能会为遥远的长伽马射线爆发（GRB）提供一小部分能量。我们采用的最初的恒星模型是$Γ= 4/3$多面体种子与动态不重要的偶极磁场（B场）。我们对待初始的B-场配置要么局限于恒星内部或从内部延伸到恒星外部。坍缩后形成的黑洞质量为$M_{BH} \simeq 0.9M$（$M$是初始恒星的质量），自旋为$a_{BH}/M_{BH}\simeq 0.7$。一个巨大的、炽热的、磁化的环面围绕着BH的残骸。在引力波（GW）峰值振幅之后的$Δt\sim 400-550M\approx 2000-2700(M/10^6M_\odot)$ s处，初始喷流被发射。圆盘寿命为$Δt\sim 10^5(M/10^6M_\odot)$ s，喷流光度为$L_{EM}\sim 10^{51-52}$ ergs/s。如果这种功率的$\gtrsim 1-10\%$被转换成伽马射线，SWIFT和FERMI可能会探测到这些事件的大红移$z\sim 20$。因此，SMS可能是超长GRB的来源，而大质量的Pop III星可能是在红移$z \sim 5-8$观测到的长GRB的一小…
2017-08-18 astro-ph.HE gr-qc
Spherical collapse of supermassive stars: neutrino emission and gamma-ray bursts
本文给出了超大质量恒星球对称引力坍缩的数值模拟结果。使用广义相对论流体动力学代码的崩溃进行了研究。爱因斯坦方程和流体方程的耦合系统采用观测者时间坐标，通过用输出零超曲面来划分时空来求解。该代码包含一个状态方程，其中包括辐射，电子和重子的影响，以及详细的微观物理来解释电子-正电子对。此外，热中微子发射的能量损失也包括在内。我们能够跟踪SMS从不稳定开始到黑洞形成的崩溃过程。模拟了几个质量在$5\times 10^5 M_{\odot}- 10^9 M_{\odot}$范围内的SMS。在所有的模型中，一开始都有一个明显的视界形成，包围着恒星质量最里面的25%。从计算的中微子光度，估计的能量沉积的$ν\barν$ -湮灭。只有一小部分能量沉积在恒星表面附近，正如富勒和施（1998）最近提出的那样，它可能导致被认为是$γ$射线爆发原因的超相对论流。我们的模拟表明，对于质量大于$5\times 10^5 M_{\odot}$的坍缩SMS，能量沉积至少小了两个数量级，无法解释在宇宙学红移处观察到的长持续时间爆发的能量学。此外，在没有旋转效应的情况下，能量会沉积在包含大部分恒星质量的区域。因此，物质的相对论抛射是不可能的。
2001-03-09 astro-ph gr-qc
Relativistic collapse and explosion of rotating supermassive stars with thermonuclear effects
我们提出的结果的坍缩超大质量恒星和不旋转的二维广义相对论数值代码Nada，解决了爱因斯坦方程的BSSN形式主义和广义相对论流体动力学方程的高分辨率的冲击捕获计划。这些数值模拟使用状态方程，其中包括气体压力的影响，并以表格形式与辐射和电子-正电子对相关。我们还考虑了氢和氦燃烧释放的热核能量的影响。我们发现，质量为5 × 10 ^{5}太阳质量，初始金属丰度大于Z_{CNO} ~0.007的天体，如果不旋转，确实会爆炸，而对于匀速旋转的天体，爆炸的金属丰度阈值降低到Z_{CNO} ~0.001。对于质量为~10^{6}太阳质量的恒星，热核爆炸的临界初始金属丰度增加。对于那些没有爆炸的恒星，我们遵循黑洞形成阶段以外的演化。我们计算了中微子能量损失率，由于几个过程中可能是相关的引力坍缩这些对象。坍缩为BH的模型的中微子和反中微子的峰值亮度约为10^{55} erg/s。中微子的总辐射能量在坍缩为BH的模型的~10^{56}尔格和爆炸模型的~10^{45}-10 ^{46}尔格之间变化。
2012-02-01 astro-ph.CO gr-qc
JWST's Little Red Dots as collapsed Supermassive Dark Stars
Colgate University（科尔盖特大学）
提出超大质量暗星（SMDSs）作为准星（quasi-star）的前身，通过暗物质湮灭而非核燃烧提供能量，自然满足准星形成所需的结构和能量条件，从而解释JWST观测到的“小红点”（LRDs）现象。
2026-09-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Simulating the Magnetorotational Collapse of Supermassive Stars: Incorporating Gas Pressure Perturbations and Different Rotation Profiles
质量为$M \gtrsim 10^{4-6}M_\odot$的坍缩超大质量恒星（SMS）长期以来一直被推测是可以成长并成为超大质量黑洞（SMBH）的种子。我们以前进行了GRMHD模拟的边缘稳定磁化$Γ= 4/3$多面体均匀旋转的质量脱落限制模型的直接崩溃的SMS。这些配置完全由热辐射压力和具有$M \gtrsim 10^{6}M_\odot$的模型SMS支持。我们发现，在初始恒星质量的$90\%$周围形成了一个旋转的黑洞（BH），周围环绕着一个巨大的，热的，磁化的环面，最终发射出一个初期的喷流。在这里，我们进行GRMHD模拟的$Γ\gtrsim 4/3$，多面体占气体压力的扰动作用的SMS与$M \lesssim 10^{6}M_\odot$。我们还考虑了不同的初始恒星自转轮廓。恒星最初被一个动态的弱偶极磁场所覆盖，该磁场要么局限于恒星内部，要么从恒星内部延伸到恒星外部。我们发现BH残留物的质量是初始恒星质量的$90\%-99\%$，它与初始恒星自转轮廓以及$Γ-4/3$有很大的关系。在BH形成之后的$t\sim 250-550M\approx 1-2\times 10^3(M/10^6M_\odot)$ s之后，喷射被发射，并持续$\sim 10^4-10^5(M/10^6M_\odot)$ s，与长伽马射线爆发的持续时间一致。我们的研究结果表明，Blandford-Znajek…
2018-11-13 astro-ph.HE gr-qc
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 quantum origins of the cosmological asymmetry
作为暴胀阶段量子涨落结果的宇宙结构起源的标准暴胀版本并不完全令人满意：宇宙到底如何从均匀和各向同性阶段过渡到量子不确定性变成实际非均匀的阶段？波动？关键是，在这方面，暴胀的预言在任何已知的量子物理方案中都不能得到充分的证明。在[A]中提出了一项建议。Perez，H. Sahlmann和D. Sudarsky，Classical and量子引力23，2317（2006）]通过调用类似于暴胀子场的各种模式的量子机械波函数的坍缩的过程来解决这个问题。这反过来又受到了R.彭罗斯讨论了量子引力在导致量子力学标准幺正演化崩溃中可能扮演的角色。在这项工作中，我们提出并研究了一个新的崩溃计划，遵循的相关性表明在维格纳功能的初始状态。此外，在他的论文工作中，我们将专注于更详细的研究三个崩溃方案（鲁棒性，多次崩溃）和他们可能会留下的痕迹上的观测数据。
2010-10-27 gr-qc
Supermassive Black Holes from self-gravitating Bose-Einstein Condensates comprised of Ultra-light Bosonic Dark Matter
观测到的活动星系核的红移$\gtrsim 6$表明，超大质量黑洞（SMBHs）已经形成的早期。物质的吸积到第三族恒星的残余导致SMBHs是一个非常缓慢的过程，因此，这样的模型遇到困难，解释类星体在$ z \gtrsim 6$检测。在本文中，我们调用的暗玻色晕物质，最初存在于自引力玻色爱因斯坦凝聚（BEC）相的崩溃，导致SMBH的形成。利用Gross-Pitaevskii方程，采用高斯试探波函数，我们确定其参数的时间依赖性，从而跟踪波函数的时间演化。如果由质量为$m$的全同暗玻色子组成的凝聚体，当凝聚体的有效尺寸收缩到相应的史瓦西半径以下时，立即坍缩形成质量为$M_{eff}$的黑洞，则可以导出一个简单的不等式$ m \ M_{eff} \gtrsim 0.64 \ m^2_{Pl} $，它是由引力自引力和量子排斥之间的竞争引起的.超轻（$m \sim 10^{-23} \ \mbox{eV}$）暗玻色子的存在不仅可以导致质量$\sim 10^{12} \ M_\odot$在$ z > 6$的SMBH，而且这种粒子可以伪装成暗物质以及暗能量。在ELAIS-N1 GMRT深场中发现了对齐的无线电喷流，这使我们能够进行简单的估计，以证明旋转BEC的涡旋坍缩形成黑洞，可以产生具有对齐自旋的SMBH，其尺度超过集群大小长度尺度，每个SMBH具有角动量$J \lesssim 3.6 \ n_W…
2016-11-16 gr-qc
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
Supermassive black hole seeds from direct collapse of CDM-curvature peaks
University of Canterbury（坎特伯雷大学）；Institute of Cosmology & Gravitation, University of Portsmouth（朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所）；INFN Sezione di Trieste（的里雅斯特意大利国家核物理研究所）；Rikkyo University（立教大学）；iCLA, Yamanashi Gakuin University（山梨学院大学国际基督教学习中心）；Centre for Theoretical Physics, Jamia Millia Islamia（贾米亚米利亚伊斯兰大学理论物理中心）
利用完全非线性相对论框架，研究冷暗物质曲率峰直接坍缩形成超大质量黑洞种子，发现宽补偿曲率峰在红移大于5时形成10^3-10^6太阳质量的黑洞。
2026-05-28 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
General-relativistic instability in rapidly accreting supermassive stars: the impact of rotation
通过广义相对论（GR）不稳定性坍缩的超大质量恒星（SMS）被认为是超大质量黑洞的可能祖先。它们在不稳定开始时的质量和角动量在许多方面都是关键，特别是关于直接坍缩的观测特征的可能性。在这里，我们研究的稳定性旋转，快速吸积的SMSs对GR，并得出这些恒星在死亡的属性。的hylotropic结构的基础上，相关的快速吸积SMSs，我们定义的假设下，在辐射区域，允许差分旋转的局部角动量守恒的旋转配置文件。我们发现，旋转有利于稳定的快速吸积的SMSs的吸积角动量表示一个分数f > 0.1%的开普勒角动量。当f = 0.3%-0.5%时，与GR稳定性相一致的最大质量比非旋转情况增加了一个数量级。当f = 1%时，如果恒星质量不超过10^7-10^8 Msun，就不能达到GR不稳定性。这些结果意味着，像在非旋转的情况下一样，直接坍缩黑洞的祖先的最终质量在不同的区间内变化，这取决于所考虑的情况：对于原始原子冷却的晕，10^5 Msun < M < 10^6 Msun;对于富含金属的星系合并，10^6 Msun < M < 10^9 Msun。这些模型表明，离心屏障是无效的，以防止直接形成的超大质量黑洞在崩溃的SMS。此外，星系合并的条件似乎比原子冷却的晕更有利于在黑洞形成时可探测到的引力波发射和超长伽马射线暴。
2021-04-23 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Baryon-induced collapse of dark matter cores into supermassive black holes
研究提出重子气体亚爱丁顿吸积可使稳定费米子暗物质核越过临界质量并坍缩为SMBH，模型可解释高红移及并合星系中的超大质量黑洞快速形成。
2023-12-12 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Computing gravitational waves from slightly nonspherical stellar collapse to black hole: Odd-parity perturbation
非球形恒星坍缩成黑洞是引力波探测器最有希望的引力波源之一。在线性化的爱因斯坦理论中，我们数值研究了从一个稍微非球形的恒星坍缩到一个黑洞的引力波。我们采用球形坍缩星作为零级解，并利用微扰理论计算了球形背景下的引力波。本文主要研究奇宇称模的微扰。利用多方指数为$n_p=1$和3的多方状态方程，定性地研究了中子星和超大质量恒星从一个边缘稳定的平衡位形坍缩到黑洞过程中发射的引力波.由于物质微扰廓线可以任意选择，我们给出了几种不同的微扰廓线。对于$n_p=1$，引力波形的主要特征是黑洞准正规模振铃，而不考虑最初给出的扰动轮廓。然而，对于$n_p=3$，波形强烈地依赖于初始扰动轮廓。换句话说，引力波形强烈地依赖于恒星的构型，反过来，在超大质量恒星的情况下，对扰动的函数形式的特别选择。
2003-06-06 astro-ph 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
On the viability of gravitational Bose-Einstein condensates as alternatives to supermassive black holes
黑洞是广义相对论中时空能量耦合的必然数学产物。目前，这些天体对于理解天体物理学和宇宙学中的许多现象至关重要。然而，无论是理论还是观测都无法明确证明黑洞的存在，也无法让我们了解它们的内部结构，因此研究人员只能猜测它们的性质。本文考察了超大质量玻色-爱因斯坦凝聚体（以下简称SMBEC）作为超大质量黑洞替代物的可靠性。这样的凝聚体被发现遭受因果关系的问题，终止其宇宙学的增长，以获得类星体的典型质量，并触发其自我坍缩成超大质量黑洞（SMBH）。有人认为，SMBEC核心最有可能受到广泛的减速，其旋转频率以及涡流耗散引起的磁场线程地壳，从而减少了超流性的核心。鉴于两个同心球之间的旋转超流体已被证实是动态不稳定的非轴对称扰动，我们得出结论，剩余能量存储在核心将足够大，把流动湍流和耗散，随后导致核心崩溃玻色子。讨论了在正常天体物理条件下正常物质向玻色凝聚体转化机制的可行性。我们最终得出结论，在缺乏一个深刻的理论量子引力，黑洞应该继续是最喜欢的建议，黑洞候选人。
2011-09-20 astro-ph.HE cond-mat.supr-con 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
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
Supermassive Primordial Black Holes From Inflation
本研究探讨了超大质量黑洞由原初密度扰动直接坍缩形成的可能性，指出高度非高斯性的曲率扰动分布可避免CMB谱畸变限制，并提出非最小自相互作用曲率子暴胀模型作为潜在机制。
2024-02-20 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Spin, Accretion and the Cosmological Growth of Supermassive Black Holes
如果超大质量黑洞（SMBH）是类星体和活动星系核的能量来源，那么类星体SDSS 1148+5251，具有最高红移（z_QSO=6.43）的类星体，拥有一个在大爆炸后0.9 Gyr内形成的超大质量黑洞。这一要求限制了SMBH的宇宙学形成，SMBH被认为是通过吸积和合并的组合从较小的初始种子中生长出来的。我们专注于气体吸积到种子产生的崩溃的Pop III星在高红移。我们将最近的相对论，磁流体动力学模拟盘吸积到克尔黑洞跟踪耦合演化的质量和自旋的孔。由于合并，我们允许一个典型种子的质量额外放大~10^4，这与最近的蒙特卡罗模拟对包含黑洞种子的冷暗物质晕的分层合并的模拟一致。我们发现，在z_QSO = 6.43的条件下，Pop III黑洞种子生长到~10^9 M_sun时，比标准薄盘更有利于MHD吸积盘。MHD盘倾向于将空穴驱动到次最大平衡自旋速率a/M ~ 0.95和辐射效率λ_M ~ 0.2，而标准薄盘将它们驱动到最大自旋（a/M = 1）和效率（λ_M = 0.42）。这种效率上的微小差异导致了在爱丁顿极限下通过吸积进行的质量放大的巨大差异。MHD平衡效率与观测到的类星体加活动星系核光度密度与局部SMBH质量密度的比值一致。我们的原型分析的目的是刺激纳入相对论恒星坍缩和MHD吸积模拟的结果在未来的蒙特卡罗模拟的层次结构的形成，以更好地确定宇宙学的作用SMBHs和他们的质量和自旋分布。
2004-11-05 astro-ph gr-qc
Probing supermassive black hole seed scenarios with gravitational wave measurements
本文探讨利用LISA、AION和AEDGE等探测器对中等质量黑洞双星引力波测量，以区分不同超大质量黑洞种子形成机制，并评估各探测器的探测能力与参数测量精度。
2024-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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
Early Formation of Supermassive Black Holes via Dark Star Gravitational Instability
该研究表明早期宇宙暗星可通过吸积增长至超大质量后经广义相对论性不稳定性坍缩为黑洞，此机制稳健且能为高红移超大质量黑洞提供种子。
2025-11-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
The response of ultralight dark matter to supermassive black holes and binaries
标量场可以产生受限结构，如玻色子星或Q球。这些天体是有趣的假想的新“暗物质星”，但也很好地描述了超轻场时的暗物质晕。在这里，我们研究的动力学响应时，在其附近的外部物质（恒星，行星或黑洞）激发的这种限制玻色子结构。这样的微扰既可以是穿过玻色子组态的，也可以只是作为周期源。我们的设置也可以有效地描述一个大质量的黑洞和周围环境之间的相互作用，不久后，大质量的身体已经经历了“踢”，由于重子物质在银河系中心的崩溃。它还描绘了暗物质耗尽作为一个反应的光环内的螺旋双星。我们计算总能量损失，以及在这些过程中辐射的线动量和角动量，并进行第一次自洽计算的动态摩擦作用在这些背景下的移动物体。我们证明了牛顿玻色子星（NBS）中心的引力坍缩为超大质量黑洞伴随着周围核心的微小变化。NBS最终会被吸积，但只有在比哈勃尺度的天体物理参数大的时候。恒星或超大质量双星能够“搅动”并从NBS中排出标量。对于在LIGO或LISA波段的二进制，接近合并，标量发射影响波形在领先的$-6$ PN阶相对于占主导地位的四极项;系数太小，允许检测下一代干涉仪。我们的研究结果提供了黑洞或恒星与它们所处的超轻暗物质环境之间相互作用的完整图景。
2020-08-31 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
