Ultra-Light Dark Matter in Ultra-Faint Dwarf Galaxies
冷暗物质（CDM）模型很难与星系尺度的观测结果相匹配。张力可以通过戏剧性的重子反馈效应或通过修改CDM的粒子物理来减小。在这里，我们考虑一个超轻的标量场DM粒子表现出低于DM粒子质量依赖的金斯尺度的波动性质。对于DM质量的$m\sim10^{-22}{\rm eV}$，这种情况延迟了星系形成，并避免了暗物质晕中心的尖点。我们使用新的测量半轻质量超微弱矮星系天龙座II和三角座II估计DM粒子在这个模型中的质量。我们发现，如果恒星星族的核心内的密度分布，然后数据是在协议与波暗物质模型具有DM粒子与$m\sim 3.7-5.6\times 10^{-22}{\rm eV}$。这种极轻粒子的存在将有助于形成一个中央孤子核心，取代Navarro-Frenk-White轮廓的尖端，并使预测更接近矮星系核心中心密度的观测。
2016-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Not so fuzzy: excluding FDM with sizes and stellar kinematics of ultra-faint dwarf galaxies
我们利用观测到的超暗矮（UFD）星系来约束超轻暗物质的粒子质量。在维里化的“模糊”暗物质（FDM）晕中，由波干涉产生的潜在波动动态地加热了UFD中的恒星轨道，其中一些表现出$\lesssim$ 3 km/s的速度色散和$\lesssim$ 40 pc的大小。使用FDM晕的模拟，以及Segue 1和Segue 2 UFD中的尺寸和恒星径向速度的现有测量，我们推导出暗物质粒子质量的下限为$m_{fdm} > 3\times 10^{-19}$ eV，置信度为99%，边缘化超过主机晕圆速度。这个约束是保守的，因为它是在假设孤立子加热可以忽略不计，并且没有其他来源的非FDM动态加热的恒星操作，以增加速度色散。它可以通过未来对超暗星系中更多恒星的光谱观测以及收紧孤立子大小-晕质量关系的理论约束来加强。然而，即使是目前保守的FDM质量下限，也使得这个模型在现有天文观测所探测的尺度上与冷暗物质无法区分。
2022-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Pegasus V -- a newly discovered ultra-faint dwarf galaxy on the outskirts of Andromeda
我们报告在飞马座发现了一颗超微弱的矮星。Pegasus~V（Peg~V）最初是在DESI Legacy Imaging Surveys的公开成像数据发布中识别的，并通过Gemini/GMOS-N的深度成像进行了确认。颜色星等图显示了稀疏的红巨星分支（RGB）人口和蓝色水平分支恒星的高密度。我们测量到Peg~V的距离为$D=692^{+33}_{-31}$ ~kpc，使其成为仙女座的远距离卫星，具有$M_V=-6.3\pm0.2$和$r_{\rm half}=89\pm41$ ~pc的半光半径。它位于距仙女座$\sim260$ ~千秒差距的光环外围。RGB与[Fe/H] $=-3.2$的贫金属等时线拟合良好，表明其非常贫金属。这一点，结合其蓝色的水平分支，可能意味着它是一个再电离化石。这是第一次在泛仙女座考古调查区以外发现超微弱的矮星，并指出在我们最近的邻居的郊区有一个丰富的微弱的卫星人口。
2022-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
EDGE: The origin of scatter in ultra-faint dwarf stellar masses and surface brightnesses
我们演示了如何在宇宙中最不发光的星系，超微弱的矮星系，在宇宙再电离时，它们的动力学质量是敏感的。我们选择一个低质量（$\sim \text{1.5} \times 10^{9} \, \text{M}_{\odot}$）的暗物质晕从宇宙学体积，并进行变焦流体动力学模拟与多个替代的历史使用“基因改造”的初始条件。早期形成的超暗物质在今天有更高的恒星质量，这是因为在它们被再电离淬灭之前有更长的恒星形成期。我们的历史都收敛到相同的最终动力学质量，证明存在扩展的散射（$\geq$ 1 dex）在恒星质量固定晕质量由于可能的历史的多样性。我们的一个变体在再电离之前建立了不到2%的最终动力学质量，快速淬灭了原位恒星形成。其最终恒星质量的大部分后来通过干合并而增长，将恒星沉积在星系的外围，从而扩大了其有效半径。这种机制构成了一个新的形成方案的高度弥漫（$\text{r}_{1 /2} \sim 820 \, \text{pc}$，$\sim 32 \, \text{mag arcsec}^2$），金属贫乏（$\big[ \mathrm{Fe}\, / \mathrm{H} \big]= -2.9$），超微弱（$\mathcal{M}_V= -5.7$）矮星系的范围内的下一代低表面亮度调查。
2019-11-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Formation History of the Ultra-Faint Dwarf Galaxies
我们目前的早期结果从哈勃太空望远镜调查的超微弱矮星系。这些银河系卫星是在斯隆数字巡天发现的，似乎是经典矮椭球体在低光度下的延伸，为理解卫星失踪问题提供了新的前沿。因为它们是已知的最不明亮、最受暗物质支配、化学演化最少的星系，超微弱的矮星是早期宇宙的最佳候选化石。巡天的主要目标是测量这些星系的恒星形成历史，并辨别由于宇宙再电离而导致的任何同步。我们发现，我们调查的六个星系有非常相似的恒星形成历史，并且每个星系都由年龄超过12 Gyr的恒星主导。
2013-10-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on asteroid-mass primordial black holes in dwarf galaxies using Hubble Space Telescope photometry
本研究利用哈勃空间望远镜对三个超暗矮星系的测光观测，发现恒星质量函数未被显著改变，从而对小行星质量原初黑洞作为暗物质的比例施加了限制。
2025-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Influence of supermassive primordial black holes on ultraviolet luminosity of high-redshift galaxies
本文通过MCMC分析JWST数据，发现超大质量原初黑洞（SMPBHs）能增强高红移星系紫外光度函数的亮端，从而解释JWST观测到的过量明亮星系。
2025-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on MACHO Dark Matter from Compact Stellar Systems in Ultra-Faint Dwarf Galaxies
我表明，最近发现的超暗矮星系波江座II的中心附近的星团提供了强大的约束质量的致密晕天体（MACHO）的>~5 M_sun作为暗物质的主要组成部分。超新星暗物质会动态地加热星系团，使其体积变大，速度变快，直到溶解在宿主星系中。致密超暗矮星系中的恒星本身也会受到同样的动力学加热;至少有10个这样的星系存活下来，这对质量>~10 M太阳的100暗物质产生了独立的限制。Eri II星团和致密超暗矮星的特征是恒星质量只有几千个太阳质量，半光半径分别为13 pc（星团）和~30 pc（超暗矮星）。这些系统关闭了~20- 100 M_sun的窗口，允许100 M_sun的暗物质，并结合现有的限制，从微透镜，宽双星，磁盘运动学，以排除暗物质完全组成的MACHO从~10 $^{-7}$ M_sun到任意高的质量。
2016-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Primordial magnetic field constraints from the end of reionization
早期宇宙中产生的原始磁场是大量研究的主题，并且需要对其强度的观测限制来约束理论。由于它们对再电离过程的影响，原始场的强度可以使用最新的再电离数据和观测到的高红移星系的紫外光度函数来限制。由于光度函数的暗端斜率很陡，暗星系贡献了大量的电离光子，而低光度截止对总预算有影响。来自原始磁场的磁压通过阻止质量低于10^{10} M_solar（B_0 / 3 nG）^[3]的晕的坍缩来影响这种截止，其中B_0是同向移动的磁场强度。在这封信中，这些效应的影响始终纳入一个简化的模型再电离，由于宇宙学参数，再电离参数和观测到的紫外光度函数的不确定性得到解决。我们发现在z \sim 7处观察到的电离度导致B_0 \lsim 2- 3 nG的最强上限。在z>7处的高电离度的测量可以遵循更强的限制。
2011-09-24 astro-ph.CO
The MUSE-Faint survey. II. The dark matter-density profile of the ultra-faint dwarf galaxy Eridanus 2
目标。我们使用恒星的视线速度来约束波江座2，一个超微弱的矮星系（$M_\mathrm{V} = -7.1$，$M_* \approx 9 \times 10^4\,M_\odot$）的暗物质密度分布。此外，我们推导出自相互作用和模糊暗物质的情况下的基本属性的约束。方法.我们提出了新的观测波江座2从MUSE-Faint，超微弱的矮星系的调查与MUSE的甚大望远镜，并确定视线内的恒星的半光半径的速度。结合文献数据，我们有92个恒星示踪剂的两倍半光半径。我们约束模型的冷暗物质，自相互作用的暗物质，模糊暗物质与这些示踪剂，使用CJAM和pyGravSphere的动力学分析。结果我们发现大量的证据表明冷暗物质超过自相互作用的暗物质，而模糊的暗物质超过冷暗物质的证据很弱。我们发现一个维里质量$M_{200} \sim 10^8\,M_\odot$和天体物理因子$J(α_\mathrm{c}^J) \sim 10^{11}\,M_\odot^2\,\mathrm{kpc}^{-5}$和$D(α_\mathrm{c}^D) \sim 10^2$ - $10^{2.5}\,M_\odot\,\mathrm{kpc}^{-2}$。我们不解决核心（$r_\mathrm{c} < 47\,\mathrm{pc}$，68-%水平）或孤子（$r_\mathrm{sol} < 7.2\,\mathrm{pc}$…
2021-06-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Formation of an extended stellar halo around an ultra-faint dwarf galaxy following one of the earliest mergers from galactic building blocks
超暗矮星系（UFD）是在早期宇宙中形成的星系的组成部分的有希望的可观测代理。我们使用宇宙流体动力学模拟研究了UFD的形成和演化。特别是，我们表明，一个主要的合并的两个积木星系与3,900 Msun和7,500 Msun在宇宙年龄为510万年的结果在一个系统与扩展的恒星分布一致的de Vaucouleurs配置文件。模拟星系的平均恒星金属丰度为[Fe/H]=-2.7，并具有金属丰度梯度。这些结果与最近发现的UFD Tucana II的性质非常相似，Tucana II的金属含量非常低，并且具有空间扩展的恒星晕，距离较远的恒星金属含量更低。我们的模拟表明，图卡纳II的扩展恒星晕可能是通过过去的一次重大合并形成的。未来对其他UFD周围空间扩展结构的观测搜索，结合进一步的理论研究，将为古老的幸存卫星星系的进化历史提供切实的测量。
2021-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Beasts of the Southern Wild: Discovery of nine Ultra Faint satellites in the vicinity of the Magellanic Clouds
我们已经使用公开发布的暗能量调查数据来寻找南半球银河系的新卫星。我们的搜索产生了大量有希望的候选人。在本文中，我们宣布发现了9个新的明确的超微弱天体，其真实性可以单独使用DES数据来确定。根据形态特征，其中三个新卫星是矮星系，其中一个位于银河系的边缘，距离380 kpc。其余6个天体的大小和光度与Segue~1卫星相当，如果没有后续的光谱观测，不能直接分类。我们已经发现的卫星聚集在LMC和SMC周围。我们表明，这种空间分布是不可能的假设下的各向同性，因此，得出结论，至少有一些新的卫星必须与麦哲伦云在过去。
2015-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Common Origin for Globular Clusters and Ultra-faint Dwarfs in Simulations of the First Galaxies
在本文中，第一个在一系列的星系形成再电离之前，我们专注于了解是什么决定了恒星物体的大小和形态的第一个低质量星系，使用秒差距尺度的宇宙学模拟进行自适应网格流体动力学代码。虽然形成恒星的致密气体倾向于具有盘状结构，但恒星被发现在几乎没有旋转的球状体中。质量在10^6 M_sun到5x10^8 M_sun之间的晕形成了随机星，恒星质量在10^4 M_sun到2x10^6 M_sun之间。几乎独立的恒星质量，我们观察到一个大范围的半光半径的恒星，从几个秒差距到几百秒差距和表面亮度和质光比范围从典型的球状星团超微弱的矮星。在我们的模拟中，恒星形成于致密的星团中，具有高的气体-恒星转换效率和相当均匀的金属丰度。这些星团中的一小部分在气体被反馈移除后仍保持束缚，但其他的则被摧毁，它们的恒星通常具有20至40 km/s的速度色散，膨胀直到它们被暗物质晕束缚。因此，我们推测，在超微弱的矮星系的恒星可能会显示出运动学和化学特征与它们的起源在几个不同的星团。另一方面，一些球状星团可能形成于原始矮星系的中心，并且可能含有暗物质，也许在外部可以检测到。
2016-07-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial Star Formation under the Influence of Far Ultraviolet Radiation: 1540 Cosmological Halos and the Stellar Mass Distribution
我们进行了大量的早期结构形成的宇宙学模拟，并遵循1540恒星形成的气体云的形成和演化，推导出原始恒星的质量分布。在我们的宇宙学模拟中，恒星形成的特征是两个不同的群体，所谓的第三族1星和在远紫外线（FUV）辐射影响下形成的原始恒星（第三族2D星）。在这项工作中，我们确定恒星质量的恒星形成云的物理性质和/或来自附近的原始恒星的外部光解离强度的依赖关系，这是来自于二维辐射流体动力学模拟的结果的原恒星反馈。Pop III星的特征质量在z ~ 25处是几百个太阳质量，随着红移的减小，它逐渐向更低的质量转移。在高红移z > 20时，大约一半的恒星形成气体云暴露在强烈的FUV辐射下，从而产生大质量的Pop III.2D恒星。然而，当典型的Pop III恒星质量较小，恒星之间的平均物理距离由于宇宙膨胀而变大时，附近Pop III恒星的局部FUV辐射在较低的红移处变得较弱。因此，在z < 20时，很大一部分原始气体云拥有Pop III.1恒星。在z =< 15时，Pop III.1恒星形成于相对较冷的气体云中，这是由于H_2和HD分子有效的辐射冷却;这类恒星的质量为几× 10 Msun。由于恒星演化和最终命运是由恒星质量决定的，所以不同时期形成的Pop III星在早期宇宙中扮演着不同的角色。
2015-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ultracompact minihalos associated with stellar-mass primordial black holes
用恒星质量的原始黑洞双星合并来解释引力波干涉仪探测到的信号的可能性引起了人们的广泛关注。在这种情况下，原始黑洞可能只占整个暗物质的一部分，比如说，数量级为0.1%。这意味着大部分的暗物质是由不同的成分，如弱相互作用的大质量粒子。我们指出，在这种情况下，非常紧凑的暗物质迷你晕，组成的主要成分的暗物质，很可能会形成大量的早期宇宙，其形成红移和丰度取决于原始的非高斯性。它们可能在未来的实验中通过脉冲星观测被发现。
2019-06-28 astro-ph.CO
The Primeval Populations of the Ultra-Faint Dwarf Galaxies
我们提出了新的限制超暗矮（UFD）星系的恒星形成历史，使用深测光与哈勃太空望远镜（HST）。UFD是斯隆数字巡天最近发现的一个星系类，它似乎是经典矮椭球体向低光度的延伸，为理解卫星失踪问题提供了一个新的前沿。它们是已知的最不明亮，最暗物质占主导地位，化学演化最少的星系。我们对六个UFD的HST调查旨在确定这些星系是否是早期宇宙的真正化石。我们在这里提出了三个UFD星系的初步分析：武仙座，狮子座四，大熊座一。本星系群中的经典矮椭球体显示出较长的恒星形成历史，但这三颗银河系卫星至少与古老的球状星团M92一样古老，没有证据表明中间年龄的群体。它们的年龄似乎也同步到彼此的1 Gyr之内，这可能是因为它们的恒星形成被一个全球性事件所截断，比如再电离。
2012-06-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Comprehensively Constraining Ultra-Light Primordial Black Holes Through Relic Formation and Early Mergers
本文研究超轻原初黑洞在BBN前蒸发产生的遗迹及早期并合，扩展了对其暗物质比例和坍缩比例的约束范围。
2025-06-19 astro-ph.CO
The Quenching of the Ultra-Faint Dwarf Galaxies in the Reionization Era
我们提出了对六个超暗矮星系的恒星形成历史的新约束：牧夫座I，猎犬座II，后发座Berenices，武仙座，狮子座IV和大熊座I。我们的分析采用了高精度测光与哈勃太空望远镜上的高级相机测量，中分辨率光谱获得的深度成像多目标光谱仪上的W.M. Keck天文台，并更新了适合于这些星系的丰度模式的Eschera-Regina等时线。其中五颗银河系卫星的数据最适合恒星形成历史，其中至少75%的恒星在z~10（13.3 Gyr前）形成。所有的星系都与80%的恒星形成于z~6（12.8 Gyr ago）和100%的恒星形成于z~3（11.6 Gyr ago）相一致。这些星系同样古老的人口支持这样的假设，即在最小的暗物质子晕中的恒星形成受到全球外部影响的抑制，例如宇宙的再电离。
2014-10-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Redshift Horizon for the Origins Space Telescope from Primordial Dust Emission
我们探讨了探测第一个星系与下一代起源太空望远镜（OST）的可能性，通过应用原始尘埃排放的分析模型。通过分析源密度与红移的函数关系，并考虑起源巡天光谱仪的深场曝光，我们估计，对于尘埃-金属比高于典型原始星系预期值的系统，探测单个源的红移视界将在z~7以上。另一方面，如果可以克服混淆限制，远红外成像仪和偏振仪将能够检测z>7的更典型的微弱系统。考虑到所得结果与原始尘埃性质的相关性，我们得出结论，OST可以为早期宇宙星际间介质的性质提供重要线索。
2020-04-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Magnetic Origin of Primordial Black Holes: Ultralight PBHs and Secondary GWs
Indian Institute of Technology, Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）
本文探讨了通过原初膨胀磁场形成超轻原初黑洞的机制，分析了其对早期宇宙宇宙学的影响，并计算了由此产生的随机引力波背景。
2026-05-13 astro-ph.CO hep-ph
An Ultra-Faint Galaxy Candidate Discovered in Early Data from the Magellanic Satellites Survey
我们报告了一个新的超暗恒星系统中发现的暗能量相机数据从第一次观测运行的麦哲伦卫星巡天（MagLiteS）。MagLiteS J 0644 -5953（Pictor II或Pic II）是一颗低表面亮度（在其半光半径内μ = 28.5 mag arcsec $^{-2}$）的高密度恒星，它是一颗古老且缺乏金属的恒星，位于日心距离为45 kpc。这颗卫星的物理大小（r $_{1/2}$ = 46 pc）和低光度（Mv = -3.2等）与光谱证实的超暗星系的轨迹一致。MagLiteS J 0644 -5953（图II）位于距离大麦云云（LMC）11.3千秒差距处，与文献中的模拟结果比较表明，这颗卫星可能与大麦哲伦云吸积。MagLiteS J 0644 -5953（图II）与大麦哲伦星系的距离很近，这也使它成为最有可能仍然被引力束缚在大麦哲伦星系上的超暗星系候选者。
2016-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Inflation with shallow dip and primordial black holes
本研究针对含浅凹陷的超慢滚暴胀玩具模型展开分析，揭示超慢滚阶段对曲率扰动及原初标量功率谱的增强效应，估算增强上下限并指出其产生的二阶引力波可被未来观测捕捉，为原初黑洞起源研究提供支撑。
2024-11-29 astro-ph.CO
EDGE: The sensitivity of ultra-faint dwarfs to a metallicity-dependent initial mass function
受暗矮星中观测到的底光初始质量函数（IMF）的启发，我们研究了金属性依赖的IMF如何影响超暗矮星系的反馈预算和观测值。我们模拟的演化低质量（$\approx 8 \, \times \, 10^{8} \, \rm M_{\odot}$）暗物质晕与宇宙学，放大流体动力学模拟能够解决个别超新星爆炸，我们补充与经验激励的亚网格处方系统IMF的变化。在这个框架下，在典型的微弱矮星的低气体金属丰度下，新生恒星星族的IMF变得头重脚轻，增加了超新星和光电离反馈调节恒星形成的效率。在固定动力学质量下，这导致矮星的最终恒星质量比典型IMF减少了100倍。尽管如此，反馈预算的增加是由更多的大质量恒星增加的金属生产所满足的，导致$z=0$的铁含量几乎不变。因此，一个金属丰度依赖的IMF提供了一种机制，以产生低质量（$\rm M_{\star}\sim 10^3 \rm M_{\odot}$），但丰富（$\rm [Fe/H]\approx -2$）场矮星系，从而打开了一个自洽的途径，以填充高原$\rm [Fe/H]$的质量-金属丰度关系的最暗端。
2022-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Semi-analytic Inference of Satellite Densities in the Cold Dark Matter Model Part I. Comparison to Ultra-faint Dwarf Kinematics
Leinweber Institute for Theoretical Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校莱因韦伯理论物理研究所）；Theoretical Physics Group, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室理论物理组）；Department of Physics, Princeton University（普林斯顿大学物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of California - Irvine（加州大学尔湾分校物理与天文学系）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）
本研究通过半解析方法对比银河系极暗矮星系的两种密度估计，发现其中心暗物质密度与冷暗物质范式预期存在约2.4σ差异，为检验CDM模型提供了新的稳健程序。
2026-07-31 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Wide binaries in an ultra-faint dwarf galaxy: discovery, population modeling, and a nail in the coffin of primordial black hole dark matter
本研究利用JWST/NIRCam在超暗矮星系Boötes I中发现52个宽双星候选体，通过建模得出其宽双星比例与太阳系邻域一致，并据此对原初黑洞暗物质给出新限制，同时指出宽双星难以可靠约束超暗星系的暗物质分布。
2025-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Cosmology on Ultralarge Scales with Intensity Mapping of the Neutral Hydrogen 21 cm Emission: Limits on Primordial Non-Gaussianity
宇宙的大尺度结构提供了有关早期物理过程的关键信息。红移z~1-5的中性氢HI的21 cm发射强度的未分辨地图是获得与早期宇宙直接相关的超大尺度信息的最佳希望。一个专门建造的HI强度实验可以用来检测原始非高斯性的大尺度效应，对不同的暴胀模型施加严格的限制。我们认为，它可能是有可能的地方严格的约束非高斯参数f_NL，误差接近~1。
2013-10-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Primordial black holes from the ultraslow-roll phase in the inflaton--curvaton mixed field inflation
提出含USR阶段的暴胀子–曲率子混合场模型，用δN形式分析曲率扰动功率谱与非高斯性，生成约10^-14 M⊙且可构成全部暗物质的PBHs。
2025-02-20 astro-ph.CO
Primordial perturbations from ultra-slow-roll single-field inflation with quantum loop effects
Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）；Department of Physics, National Dong Hwa University（国立东华大学物理系）；Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica（中央研究院天文及天文物理研究所）
本文研究了超慢-roll单场通胀中量子环效应对原初黑洞形成的影响，推导了生长模式的约束，以澄清一次环修正水平上是否排除了原初黑洞的形成。
2024-01-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraints on Dark Matter from Dynamical Heating of Stars in Ultrafaint Dwarfs. Part 2: Substructure and the Primordial Power Spectrum
提出通过超微弱矮星系中恒星动力学加热效应探测暗物质子结构的新方法，对短距离尺度的原初功率谱和暗物质等曲率扰动设定了最强约束，并限制了多种inflation和暗物质模型。
2024-05-05 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Reconstructing the Inflaton Potential: Primordial Black Holes and Gravitational Waves in Slow Roll and Ultra Slow Roll Single Field Inflation
本研究提出从输入功率谱重建暴胀子势的单场暴胀方法，可构建产生临界丰度原初黑洞的慢滚、超慢滚场景，还能生成匹配脉冲星计时阵列观测的引力波背景，可通过CMBμ畸变观测检验。
2024-12-10 astro-ph.CO hep-ph
Probing Dark Matter Self-interaction with Ultra-faint Dwarf Galaxies
自相互作用暗物质（SIDM）作为解决无碰撞冷暗物质（DM）小尺度问题的一种方法，受到越来越多的关注。利用唯象SIDM晕模型研究了23个超暗矮星系的SIDM。UFD是DM占主导地位，并有较少的活跃的恒星形成历史。因此，它们是检验SIDM的理想对象，因为它们的晕轮廓受重子反馈过程的影响最小。我们发现没有UFD有利于非零自相互作用和一些简单的SIDM建模内提供严格的约束。我们的结果挑战了简单的模拟SIDM，这促使进一步调查的SIDM的晕下动力学演化。
2020-08-06 astro-ph.CO hep-ph
SMA observations on faint Submillimeter Galaxies with S$_{850}$ < 2 mJy: Ultra Dusty Low-Luminosity Galaxies at High Redshift
我们获得了8个微弱（内在850 $μ$ m通量$<$ 2 mJy）亚毫米星系（SMG）的SMA观测发现在大质量透镜星系团领域A370，A2390和A1689的SCUBA图像，并检测到5。总共，我们得到5 SMA检测，所有这些都有1 mJy的减透镜通量$<$与估计的总红外光度10 $^{10}-10^{12}$ $L_\odot$，可与亮红外星系（LIRGs）和正常的恒星形成星系。根据最新的数字计算，这些星系贡献了$\sim$ 70%的850 $μ$ m河外背景光，代表了在尘埃宇宙中占主导地位的恒星形成星系群。然而，只有40 $^{+30}_{-16}$ %的微弱SMG会在深光学或近红外调查中被检测到，这表明这些来源中的许多都处于高红移（$z \gtrsim 3$）或极度尘埃，并且它们不包括在当前的恒星形成历史估计中。
2014-05-16 astro-ph.CO
Primordial black holes and second order gravitational waves from ultra-slow-roll inflation
下一代星载引力波探测器可能会探测到来自原始黑洞的极端质量比螺旋的引力波。为了产生原始黑洞，它贡献了不可忽略的丰富的暗物质，并与观测结果相一致，在原始曲率功率谱的大增强是必要的。对于单场慢卷暴胀，这种增强要求暴胀子的势非常平坦，这将增加$e$ -折叠的数目。为了避免这个问题，需要在拐点附近进行超缓慢的通货膨胀。我们详细阐述了单场暴胀产生原初黑洞暗物质的条件，并提出了一个具有多项式势的玩具模型，实现了曲率功率谱在小尺度下的大幅度增强，同时保持了与大尺度观测的一致性.由小尺度密度大扰动产生的二阶引力波的功率谱与目前脉冲星定时阵的观测结果是一致的。
2018-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Understanding the origin of CEMP-no stars through ultra-faint dwarfs
碳增强贫金属（CEMP-no）星具有低丰度的中子捕获元素，其起源仍然不清楚。这些恒星无处不在，主要存在于银河系晕和超暗矮星系（UFD）中。为了向前迈出重要一步，我们为Böotes I开发了一个数据校准模型，该模型同时包括所有碳源：超新星和渐近巨星分支（AGB）恒星，都来自第一颗恒星（Pop III）和随后的正常恒星形成（Pop II）。我们证明了这些来源中的每一个都在气体中留下了特定的化学特征，使我们能够通过它们在A（C）-[Fe/H]图中的位置来识别当今CEMP-无恒星的起源。A（C）>6的CEMP星主要由AGB Pop II星富集。我们发现了一类新的“中等CEMP-s”星，其A（C）~ 7，0<[Ba/Fe]<+1，是由AGB星的星风所留下的印记。真正的Pop III后代的A（C）<6，[C/Mg]与[Fe/H]是常数，与Böotes I和银河系晕的观测结果完全一致。这是我们第一次对CEMP的起源有了一个完整的了解，这一点可以并将在未来的观测中得到验证。
2023-02-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Ultra-faint Ultraviolet Galaxies at z~2 Behind the Lensing Cluster Abell 1689: the Luminosity Function, Dust Extinction and Star Formation Rate Density
利用Abell 1689的深HST紫外（F275 W/F336 W）图像，我们识别了z~2 Lyman break星系。由于星系团提供的成像深度和大放大率，我们探测到的星系比以前在这个红移的观测暗100倍（-19.5< M_1500 <-13）。我们能够计算作为源平面位置的函数的观测的固有灵敏度，允许作为光度的函数的有效体积的测定。我们将光度函数的暗端斜率拟合为alpha = -1.74 +/-0.08，与2.5 < z < 6时获得的值一致。在亮度函数中没有转换，直到MUV =-13。在我们的样品中观察到在较高的红移处随着光度而增加的更红的UV光谱斜率的趋势，但是在所有光度处具有更红的斜率，并且平均红化< E（B-V）>= 0.15。我们假设这些星系中的恒星与其较亮的对应物（Z_sun）相比金属贫乏（0.2Z_sun），导致更蓝的假设内在紫外线斜率和更大的衍生尘埃消光。z ~ 2处的总紫外光密度为4.31 × 10^26 erg/s/Hz/Mpc ^3，其中70%以上是由我们样本光度范围内的星系发出的。我们确定了z ~ 2处的恒星形成率密度（假设在所有光度下的尘埃消光修正为4.2，并采用Kroupa IMF）为0.148 M/yr/Mpc ^[3]，由于较暗星系的数量增加和较大的尘埃修正因子，该值明显高于之前的测定值。[删节]
2013-11-24 astro-ph.CO
Indirect Dark Matter Detection Limits from the Ultra-Faint Milky Way Satellite Segue 1
我们使用新的运动学数据从超微弱的银河系卫星Segue 1模拟其暗物质分布和推导上限的暗物质湮灭截面。使用费米卫星和MAGIC的伽马射线通量上限，我们确定了暗物质湮灭成各种不同的粒子，包括带电轻子的截面排除区域。我们发现，这些排除区域开始探测感兴趣的区域的暗物质解释的电子和正电子通量从PAMELA，费米和HESS，和Segue 1的未来观测有很强的前景来测试这样的解释。我们还讨论了使用冰立方探测器探测中微子湮灭的前景，发现在一个乐观的情况下，可能会探测到一些中微子事件。最后，我们使用的运动学数据来模拟Segue 1暗物质的速度色散和约束索末菲增强模型。
2010-07-27 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Narrowing the mass range of Fuzzy Dark Matter with Ultra-faint Dwarfs
模糊暗物质（FDM）是天体物理小尺度问题激发的一个有吸引力的暗物质候选者，在这些尺度上具有丰富的现象学。我们仔细检查FDM模型，更具体地说，FDM粒子的质量，通过银河系超暗矮（UFD）星系的动力学分析。我们使用18个UFD的样本对FDM粒子的质量进行迄今为止最强的约束，使用这里使用的样本的子集更新以前的边界。我们发现，大多数的样品UFD更喜欢FDM粒子质量比$10^{-21}\mathrm{eV}$重。特别地，Segue 1提供了最强的约束，具有$m_ψ=1.1^{+8.3}_{-0.7}\times10^{-19}\mathrm{eV}$。这里发现的约束是第一个与文献中发现的其他各种独立的宇宙学和天体物理学边界兼容的约束，特别是与使用莱曼- $α$森林的最新边界。我们还发现，在这项工作中获得的约束是不兼容的发光矮星系的边界，已经指出，在以前的工作中使用UFD。这可能表明，虽然是一个可行的暗物质模型，但FDM模型解决小尺度问题可能具有挑战性。
2021-04-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Wide binaries in ultra-faint dwarf galaxies as a probe of extended dark objects
King’s College London（伦敦国王学院）
研究利用超微弱矮星系牧夫座I中的宽双星探测扩展暗物质对象，将现有约束推广到扩展暗物质，推导暗物质分数置信限，其在质量 - 半径平面敏感，还应用于超紧凑微晕并推导对原初曲率功率谱的约束。
2026-07-21 astro-ph.CO hep-ph
Multiple Field Ultra Slow Roll Inflation: Primordial Black Holes From Straight Bulk And Distorted Boundary
研究了场空间中曲线约束的两场超慢卷暴胀模型。曲率扰动和非高斯性可以在USR阶段和从边界处的不均匀性增强。我们采用完全非线性的$δN$方法计算了曲率扰动的概率分布函数（PDF），并证明了非线性效应可以显著增强原初黑洞（PBH）的丰度.对于大曲率扰动，PDF有一个普遍的指数尾，但对于中间值，PDF -因此，PBH的丰度-敏感地依赖于边界的几何形状。
2022-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
One-loop power spectrum in ultra slow-roll inflation and implications for primordial black hole dark matter
本文用 in-in 形式体系在 δϕ 规范下计算含过渡阶段的超慢滚暴胀曲率扰动一圈谱，发现一圈修正受阶段时长控制，原初黑洞暗物质模型中微扰理论未必失效。
2024-07-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Density profiles of ultracompact minihalos: Implications for constraining the primordial power spectrum
在小尺度上增强的密度波动将导致形成大量的暗物质微晕，因此对微晕丰度的限制可以为小尺度的原始功率谱设定上限。特别是，超紧凑迷你晕（UCMH），暗物质结构假设拥有一个$ρ\propto r^{-9/4}$密度分布，由于其形成在$z\geq 1000$，已被用来建立一个上限的原始功率谱小于2兆秒差距的尺度。这种密度分布的极端斜率放大了UCMH的观测信号。然而，我们最近通过N体模拟表明，$ρ\propto r^{-9/4}$密度分布不会在现实的地层场景中发展，从而使UCMH导出的功率谱约束受到质疑。相反，小晕形成较浅的内部剖面，幂律指数介于$-3/2$和$-1$之间。在本文中，我们扩展了这一结果，并讨论了其影响。使用一个模型，校准到模拟结果和预测晕结构尖峰功率谱的基础上，他们的形成时间，我们计算新的上限的原始功率谱的基础上限制银河系内的暗物质湮灭率。我们发现，尽管假设较浅的配置文件，这个minihalo模型实际上产生更强的约束比以前的UCMH图片，由于其包含所有minihalos，而不是只有最早形成的。
2018-09-27 astro-ph.CO
Ultra faint dwarf galaxies: an arena for testing dark matter versus modified gravity
与大量关于质量缺失问题的观测相一致的情况是弱相互作用的暗物质粒子。然而，关于牛顿或相对论修正重力假设的争论或建议仍在继续。这两种情况的一个区别是，暗物质粒子可以产生引力效应，原则上，不需要重子，而这不是修改后的引力情况，这种效应必须与重子物质的数量相关。我们认为这里的超暗矮（UFD）星系作为一个有前途的舞台，以测试基于上述论断的两种方案。我们比较了UFD和非UFD星系样本之间的光度与速度色散的相关性，发现UFD星系的相关性显著降低。例如，我们发现28个非UFD星系的相关系数为-0.688，而23个UFD星系的相关系数为-0.077。传入和未来的数据将确定是否观察到的随机性UFD星系是物理或由于数据中的系统。这种相关性的丧失（如果它持续下去的话）是可能的，并且与UFD星系的暗物质情景一致，但对修正的重力情景来说将构成新的挑战。
2016-11-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Primordial Black Holes and Loops in Single-Field Inflation
本文利用δN形式理论计算单场暴胀超慢滚形成原初黑洞情景下曲率扰动功率谱的单圈修正，证明平滑过渡时修正可忽略，从而验证该形成机制的可行性。
2023-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Non-Gaussian tail of the curvature perturbation in stochastic ultra-slow-roll inflation: implications for primordial black hole production
本文首次利用ΔN形式对超慢滚暴涨中的曲率扰动进行随机计算，揭示其高度非高斯尾部，并发现随机效应使原初黑洞丰度比高斯近似增加约10^5倍。
2025-09-19 astro-ph.CO gr-qc
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
Hunt for Light Primordial Black Hole Dark Matter with Ultra-High-Frequency Gravitational Waves
在我们的宇宙中，亮的原始黑洞可能是暗物质的主要组成部分。本文批判性地评估了计划中的和未来的超高频引力波探测器是否可以限制太阳下原始黑洞组成的暗物质的比例。采用最先进的描述原始黑洞合并率，我们比较各种信号与目前运行和计划的探测器。正如已经在文献中指出，我们的研究结果证实，检测个人原始黑洞合并与目前现有的和操作的建议仍然很困难。目前的建议涉及引力波到电磁波转换在静磁场和微波腔的特点是技术差距，相对于最响亮的引力波信号从原始黑洞的各种数量级。然而，我们指出，最近的一项建议，涉及谐振LC电路代表了最好的选择，在范围$(1÷100) \, \text{MHz}$的个人合并检测的前景。在相同的频率范围内，我们注意到，替代设置涉及谐振腔，其概念目前正在开发中，可能是一个有前途的技术来检测个别合并事件。我们还表明，检测的随机引力波背景产生的未解决的二进制是可能的，只有当所提出的高斯光束探测器的理论灵敏度达到。这样一个探测器，其可行性受到各种警告，可能能够排除一些小行星质量的原始黑洞暗物质的情况。我们的结论是，追求专门的研究和发展的引力波探测器在超高频波段仍然是有动机的，并可能导致新的探测器上存在的光原始黑洞。
2022-11-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on Dark Matter from Dynamical Heating of Stars in Ultrafaint Dwarfs. Part 1: MACHOs and Primordial Black Holes
本文通过改进的加热率计算（含直接和潮汐加热）及考虑更重质量范围，利用超微弱矮星系中恒星气体的引力加热效应，对由MACHOs或原初黑洞组成的暗物质设定了质量在约10至10^8太阳质量间的强约束。
2024-07-10 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Lecture notes on inflation and primordial black holes
这些讲义是基于2021年在佛罗伦萨伽利略研究所的天体粒子物理学，宇宙学和引力学校的理论方面，https://agenda.infn.it/event/24368/。他们的目的是提供一个教学介绍和基本的工作知识，单场膨胀，包括超慢滚制度，其中扰动呈指数增长。这种快速增长与原始黑洞（PBH）的形成有关，PBH是一种特殊的暗物质候选者，也是早期宇宙初始条件的探测器。虽然有许多教科书和介绍性的文本关于通货膨胀，据我们所知，没有可比的介绍超慢卷通货膨胀。此外，鉴于它们最近的流行度激增，有许多关于原始黑洞的研究文章和评论，但这些笔记旨在让研究生和那些对这个话题陌生的人更容易获得。文中还介绍了与原始黑洞有关的计算中的一些问题和解决方法。这些讲义的读者应该能够计算出由超慢卷阶段的单场暴胀结束时留下的密度涨落产生的原始黑洞的现今丰度，并理解这种丰度与当前观测限制的比较。
2021-12-10 astro-ph.CO
Gamma-rays from ultracompact minihalos: potential constraints on the primordial curvature perturbation
超致密微晕（UCMH）是一种致密的暗物质结构，它可以在物质辐射相等后不久由大的密度扰动形成。如果暗物质是弱相互作用大质量粒子（WIMP）的形式，那么UCMH可以通过它们的伽马射线发射来检测。我们调查如何{ \em{Fermi} }卫星可以约束UCMH的丰度和地方的原始曲率扰动的功率谱的限制。用{ \em Fermi}进行探测，将对UCMH晕部分设定一个下限。最小的可检测晕圈分数$f_{\rm UCMH} \gtrsim 10^{-7}$是$M_{\rm UCMH} \sim 10^{3} M_{\odot}$。如果未检测到UCMH的伽马射线发射，则可以对晕分数设置上限。对于$M_{\rm UCMH} \sim 10^{5} M_{\odot}$，边界是最紧的，$f_{\rm UCMH} \lesssim 10^{-5}$。在未检测到的情况下，原始曲率扰动的功率谱的所得上限在尺度$k \sim 10^{1}-10^{6} \, {\rm Mpc}^{-1}$上的范围$\mathcal{P_R} \lesssim 10^{-6.5}- 10^{-6}$内。这比这些尺度上原始黑洞形成的现有限制要严格得多，但是它假设暗物质是WIMP的形式，并且UCMH在银河系晕的形成过程中没有被破坏。
2010-10-06 astro-ph.CO hep-ph
Primordial black hole compaction function from stochastic fluctuations in ultra-slow-roll inflation
本研究针对超慢滚暴胀中随机效应显著的原初黑洞形成问题，利用ΔN形式与常滚近似数值求解致密函数，发现其呈尖峰形态，会大幅提升PBH丰度并拓宽质量分布，需重新开展相关数值模拟。
2024-09-18 astro-ph.CO gr-qc
Characterizing Ultraviolet Excesses in the Outskirts of a Local Early-Type Sample
我们提出了一个分析的紫外线（UV）发射的外部区域的本地，体积有限的样本的56个早期型星系，其中Hα发射的大质量恒星形成通常是缺席。我们发现，在我们的早期类型的星系的环境中，多余的微弱NUV发射相比，空白的天空在相同的瓷砖测量，这表明过量是不是由于背景污染。我们没有观察到相应的微弱FUV过量。微弱的NUV过度增加与星系光度和不相关的存在或不存在的HI在这些星系的环境。早期星系外围微弱的NUV可以解释为是由于恒星的形成速率大于或等于几个\times 10-5 M \odot yr-1 kpc-2;以这种速率形成的恒星可以在回旋中产生早期星系质量的百分之几。微弱的早期类型（MB > -21.3）在30 kpc内的明亮紫外源平均是明亮的早期类型（MB < -21.3）的四倍。在较暗的早期类型周围检测到的源分布的峰值比在较亮的早期类型周围检测到的源的峰值亮度更低，并且稍微更蓝，这表明MB > -21.3的早期类型更活跃地与年轻恒星一起建立质量。所有早期类型周围亮源的空间分布近似线性增加到20 kpc，随后是100 s。
2010-12-10 astro-ph.CO
3D simulations with boosted primordial power spectra and ultracompact minihalos
我们进行三维模拟的结构形成在早期宇宙中，当提升原始功率谱约kpc尺度。我们证明，我们的模拟能够产生接近陡峭的$ρ\propto r^{-9/4}$晕配置文件，通常被认为是一个很好的近似超紧凑迷你晕（UCMHs）的幂律配置文件。然而，我们表明，对于更现实的初始条件，晕既不是完全对称的，也不是孤立的，陡峭的幂律分布被打乱，我们发现，纳瓦罗-弗伦克-怀特的配置文件是一个更好的适合大多数晕。在背景波动的存在下，即使是极端的，近似球形的初始条件也不会保持例外。尽管如此，提高初始波动的幅度会导致所有结构更早形成，从而形成更大的密度。在足够大的波动幅度下，我们发现模拟中典型晕的浓度值可以变得非常大。然而，尽管来自这些晕核心内部的暗物质湮灭的信号被增强，但与通常假设的UCMH轮廓相比，它仍然是小的数量级。因此，应重新评估未观测到UCMH的原始功率谱的上限。
2018-01-04 astro-ph.CO hep-ph
Exploring Ultra-Slow-Roll Inflation in Composite Pseudo-Nambu-Goldstone Boson Models: Implications for Primordial Black Holes and Gravitational Waves
Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University（名古屋大学小林-益川粒子与宇宙起源研究所）
本文研究由复合领域动态产生的标量势驱动的膨胀，分析超慢-roll膨胀条件，发现其能产生质量在10^3-10^5克范围内的原初黑洞，并预测高频率引力波信号，推动引力波探测前沿。
2026-08-26 astro-ph.CO hep-ph
The Distribution of Alpha Elements in Ultra-Faint Dwarf Galaxies
银河系超暗矮星系（UFD）包含宇宙中一些最古老，最贫金属的恒星。我们给出了8个UFD中61颗红巨星分支星的[Mg/Fe]、[Si/Fe]、[Ca/Fe]、[Ti/Fe]和平均[α/Fe]丰度比。这是迄今为止在绝对星等M_V >-8的星系中公布的最大的α丰度样本，包括Segue 1，Canes Venaeu II，Ursa Major I和Leo T的首次测量。通过中等分辨率Keck/DEIMOS光谱和光谱合成确定丰度。样品的金属量范围为-3.4 < [Fe/H] <-1.1。可能除了Segue 1和Ursa Major II之外，个别UFD在较高的金属丰度下平均显示较低的[alpha/Fe]，与Ia型超新星的富集一致。因此，即使是最微弱的星系也至少经历了有限水平的化学自富集。结合最近的光度研究，这表明UFD中的恒星形成不是一次爆发，而是至少持续了Ia型超新星爆发的最小延迟时间（约1亿年），并且不到2 Gyr。我们进一步表明，合并人口的UFD有一个[α/Fe]丰度模式，这是不一致的一个单位，星系晕样的α丰度趋势，也是定性不同的更明亮的CVn I dSph，这确实显示了一个平台在非常低的提示[Fe/H]。
2013-02-26 astro-ph.CO
