Primordial black holes from the perturbations in the inflaton potential in peak theory
原始黑洞（PBH）是暗物质的有效候选者。在这项工作中，PBH丰度$f$的峰值理论计算，在暴胀子势的一个或两个扰动。我们构造了一个反对称扰动，它可以在暴胀子势中产生一个完美的平台，导致暴胀进入超慢滚阶段。在这一阶段，原始曲率扰动的功率谱在小尺度上显著增强，产生大量的PBH。PBH丰度$f\sim 0.1$可以在$10^{-17}M_\odot$、$10^{-13}M_\odot$和$30M_\odot$的一个或两个典型质量窗口中实现，而不会破坏大尺度上几乎尺度不变的功率谱。为了比较，$f$计算在两个近似方法的峰值理论（不同的光谱矩），也在Press-Schechter理论。结果发现，与峰值理论相比，Press-Schechter理论系统地低估了$f$两到三个数量级。
2021-12-08 astro-ph.CO
$μ$-distortion around stupendously large primordial black holes
在各种产生原始黑洞的机制中，预计每个黑洞都会与周围的低密度区域一起形成，该区域大致补偿了黑洞质量。该区域将向外传播，并在均匀背景中以声速扩展为壳。由于Silk阻尼引起的壳体耗散可能导致CMB频谱中可检测到的$μ$失真。虽然平均$μ$失真的当前界限是$\left| \barμ\right|\lesssim10^{-4}$，但标准$Λ$ CDM模型预测的是$\left| \barμ\right|\sim10^{-8}$，这可能在未来的任务中被检测到。本文的工作表明，在$Λ$ CDM之外没有观测到$\barμ$，可以给质量范围为$10^{6}M_{\odot}\lesssim M\lesssim10^{15}M_{\odot}$的超大质量原始黑洞的密度提出一个新的上界.此外，初始质量为$M\gtrsim10^{12}M_{\odot}$的黑洞可以在CMB中的角尺度$\sim 1^{\circ}$上留下与$μ\gtrsim10^{-8}$的点状畸变，并且它的不可观测性将对这些巨大的原始黑洞的种群施加更严格的限制。
2021-07-26 astro-ph.CO
The Merger Rate of Black Holes in a Primordial Black Hole Cluster
研究了原初黑洞团中黑洞的合并速率。这些星团的特征接近于典型的球状星团。考虑一个质量谱从$10^{-2}$到$10 \, M_{\odot}$（太阳质量）的星系团，它的中心有一个质量为$M_{\bullet} = 10^3 \, M_{\odot}$的大质量黑洞。结果表明，在团的演化过程中，黑洞的合并速率发生了显著的变化，到目前为止，PBH团已经度过了内部黑洞的主动合并阶段。
2021-05-30 astro-ph.CO
Formation of primordial black holes in an axionlike curvaton model
在一个与暴胀子耦合的类轴子曲率模型中，对原初黑洞（PBH）的形成机制进行了详细分析。复标量的相位方向起着曲率的作用，并产生足够的PBH来解释LIGO-Virgo合作中观察到的黑洞双星（$\sim 30 M_{\odot}$）或PBH作为暗物质（DM）（$\sim 10^{-12} M_{\odot}$）。我们检查我们的模型是否满足目前的限制PBH质谱，曲率扰动和二次产生的引力波。我们还考虑了窗函数选择的模糊性和非高斯性的影响。
2018-10-24 astro-ph.CO
Mergers of primordial black holes in extreme clusters and the $H_0$ tension
本文考虑一个暗物质的宇宙学模型，该模型是由质量为$18-560M_\odot$的稠密弱相对论性星系团中的$\sim10^{-12}M_\odot$原始黑洞构成的。结果表明，在黑洞的多次碰撞过程中，初始质量的$\sim10$在从复合到红移$z\geq 10$的时间间隔内可以转化为引力波.在复合时期，物质的密度大了$\sim10$ %，因此，宇宙膨胀率也更高。这导致声水平标度的缩短，这对于解决“$H_0$张力”问题是必要的。
2021-05-14 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
Nucleosynthetic signatures of primordial origin around supermassive black holes
如果原初黑洞（PBH）在高红移类星体的中心播下了超大质量黑洞（SMBH）的种子，那么这些黑洞周围的气体可能揭示了它们原初起源的核合成线索。我们提出的预测改变原始丰度周围的PBH足够大的种子SMBH在z~6-7.5。我们发现，如果初始质量为~10^5 M $_{\odot}$的多环芳烃是造成这种SMBH的原因，那么它们可能会产生原始氘和氦的分数增加>~ 10%，而锂的丰度减少>~ 10%，在离黑洞约1千秒差距的距离上。我们估计，约10^8 M $_{\odot}$的气体至少增加（或减少）了1%。这些修改原始氘，氦，锂丰度的证据可能仍然存在，如果这种circu-PBH气体仍然没有吸积的SMBH和在或附近的宿主星系的高红移类星体。测量丰度异常将具有挑战性，但可以提供一种新的方法来揭示这种SMBH种子的原始起源。
2021-11-17 astro-ph.CO
Constraints on Primordial Black Holes with Extended Mass Functions
本文重新计算了在$10^{-18} M_{\odot}$到$10^{3} M_{\odot}$范围内的原初黑洞的约束条件，得到了一类广义质量函数.而以前的工作已经假设PBH是由一个单一的质量产生的，相反，即使在从一个单一的机制产生的情况下，预计也会有一个质量范围;因此，约束条件与以前的文献不同。虽然在大多数情况下严格限制，它表明，即使在保守的假设下，原始黑洞的质量范围$10^{-10} M_{\odot}$到$10^{-8} M_{\odot}$仍然可以构成整个暗物质。这既强调了对先前仅针对单色质量函数评估的所有相应约束进行全面重新评估的重要性，又强调了在允许的质量范围内获得更多约束的必要性。
2017-02-22 astro-ph.CO gr-qc
Dynamical evolution of a cluster of primordial black holes
在基于Fokker-Planck方程的两体弛豫近似下讨论了太初黑洞团的演化。在我们的计算中，我们考虑了具有从$10^{-4} M_{\odot}$到$100 M_{\odot}$的宽范围的黑洞质量和总质量$10^5 M_{\odot}$的自引力团。此外，我们包括一个大质量的黑洞在集群中心，它决定了在其附近的密度分布的演化速率。
2020-11-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial black holes as dark matter and generators of cosmic structure
原始黑洞（PBH）可以提供暗物质，但各种约束条件将可能的质量窗口限制为$10^{16} - 10^{17}$ g，$10^{20} - 10^{24}$ g和$10 - 10^3M_{\odot}$。最后一种可能性特别令人感兴趣，因为最近LIGO探测到了黑洞合并。大于$10^3 M_{\odot}$的PBH可能具有重要的宇宙学后果，即使它们只具有暗物质密度的一小部分。特别是，它们可以通过“种子”效应单独产生宇宙学结构，或者通过“泊松”效应集体产生宇宙学结构，从而减轻与标准冷暗物质场景相关的一些问题。
2019-01-23 astro-ph.CO
Constraints on accreting primordial black holes with the global 21-cm signal
研究了吸积原初黑洞对星系际介质热历史的影响，包括重子物质和暗物质粒子的吸积。吸积PBH引起的IGM热历史的变化将导致宇宙黎明时全球21厘米信号的变化。基于EDGES对全局21-cm信号的检测，通过要求差分亮度温度，例如，$δT_{21} \lesssim -100~(-50)~\rm mK$，我们得到的上限上的丰度多环芳烃的质量范围$10\lesssim M_{\rm PBH} \lesssim 10^{4}~M_{\odot}$。与以前的工作相比，对质量范围$10\lesssim M_{\rm PBH}\lesssim 50~M_{\odot}$的限制更强。
2021-09-18 astro-ph.CO
The effect of Primordial Black Holes and streaming motions on structure formation
原始黑洞可能是宇宙中暗物质的重要组成部分。如果它们存在，它们会在物质功率谱中增加一个泊松分量。额外的能量将加速暗物质晕的出现，为第一批恒星和星系的形成埋下种子。Kashlinsky（2021）提出，额外的速度涨落会加速重子落入暗物质势阱。我们分析了原初黑洞对重子从复合到再电离的坍缩的影响，发现修正是Tseliakhovich \& Hirata（2010）首次发现的功率抑制的百分之几。然而，除了额外的功率，这种校正的动力学效应加速了质量范围为$10^4-10^{5-6}$ M $_\odot$的晕的形成，同时略微减少了质量范围为$10^6-10^8$ M $_\odot$的晕的形成，这证实了早期的分析估计和最近的数值模拟结果。
2022-09-30 astro-ph.CO
Radiative and Kinetic Feedback by Low-Mass Primordial Stars
电离紫外辐射和超新星在高红移的小晕中的流动控制了宇宙中第一批恒星星族的形成。以前的研究已经解决了非常巨大的原始恒星对附近晕坍缩成新恒星的影响，但是在古老的贫金属恒星中没有对不稳定超新星的奇偶核合成特征表明，第三星族恒星可能小于100 M $_{\odot}$。我们扩大我们的早期调查本地紫外线反馈恒星形成的25 - 80 M $_{\odot}$星，包括动力学反馈的超新星为25 - 40 M $_{\odot}$星。我们发现辐射反馈在这个质量范围内是相对均匀的，主要是因为质量更大的恒星的较大通量被它们较短的寿命所抵消。我们的模型表明，在全球紫外线背景上升之前，来自附近恒星的莱曼-沃纳光子不能阻止晕形成新的恒星。这些计算也揭示了剧烈的动力学不稳定性可以在包裹着原始晕的紫外辐射阵面中爆发，但它们最终对恒星的形成没有影响。最后，我们的模拟表明，遗迹H II地区周围的部分蒸发晕可能会驱逐莱曼-维尔纳背景在较低的红移，使恒星的形成，以前被抑制。我们提供适合辐射和动力学反馈恒星形成的半解析模型和数值模拟中使用。
2010-01-15 astro-ph.CO
Primordial Black Holes from Inflation with Nonminimal Derivative Coupling
我们提出了一种新的增强机制的曲率扰动的非最小导数耦合暴胀模型与暴胀子场的耦合参数。通过考虑一种特殊形式的耦合参数作为暴胀子的函数，由于引力增强的摩擦，可以实现一个超慢卷暴胀周期，由此产生的曲率扰动功率谱具有一个尖锐的峰值，该峰值大到足以产生原始黑洞。在这种机制下，我们可以很容易地获得$\mathcal{O}(10)M_\odot$、$\mathcal{O}(10^{-5})M_\odot$和$\mathcal{O}(10^{-12})M_\odot$等特定质量周围的原始黑洞的尖锐质谱，它们可以分别解释LIGO事件、OGLE数据中的超短时间尺度微透镜事件和大部分暗物质。
2019-09-25 astro-ph.CO gr-qc
CMB constraints on primordial black hole dark matter
我们重新审视宇宙微波背景辐射（CMB）对原始黑洞暗物质的约束。来自COBE/FIRAS的光谱失真限制不施加相关约束。Planck CMB各向异性功率谱表明具有$m_{BH}\gtrsim 5~M_{\odot}$的原初黑洞是不受欢迎的。然而，由于对黑洞吸积过程的处理，这容易受到相当大的不确定性的影响。这些约束条件弱于那些在早期文献中引用的相同的观测量。
2017-04-15 astro-ph.CO
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 the Mass and Abundance of Primordial Black Holes from Quasar Gravitational Microlensing
暗物质可以由$10M_\odot \lesssim M \lesssim 200M_\odot$范围内的中等质量原始黑洞组成的想法最近被重新考虑，特别是在LIGO实验探测到引力波的情况下。即使黑洞中存在一小部分暗物质，也会导致明显的类星体引力微透镜效应。类星体微透镜效应对透镜星系中任何类型的致密天体都很敏感，对它们的丰度和质量都很敏感。我们分析了来自24个引力透镜类星体的光学和X射线微透镜数据，以估计质量范围很广的致密天体的丰度。我们的结论是，在黑洞或任何类型的紧凑对象的质量分数是可以忽略不计的$0.05 M_\odot \lesssim M \lesssim 0.45 M_\odot$质量范围之外，它相当于总物质的$20 \pm5$ %，与预期的质量和恒星成分的丰度。因此，存在大量中等质量的原始黑洞似乎与当前的微透镜观测不一致。因此，原始大质量黑洞是LIGO探测到的引力辐射的一个非常不可能的来源。
2017-02-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial black hole tower: Dark matter, earth-mass, and LIGO black holes
我们研究了原始黑洞（PBH）形成的可能性与分级质谱在多个阶段的通货膨胀。作为一个例子，我们发现，人们可以同时实现最近吸引了很多关注的质谱：恒星质量PBH（$\sim\mathcal{O}(10)M_\odot$）作为LIGO/Virgo合作探测到的二元黑洞的可能来源，小行星质量（$\sim\mathcal{O}(10^{-12})M_\odot$）作为暗物质的主要成分，和地球质量（$\sim\mathcal{O}(10^{-5})M_\odot$）作为光学引力透镜实验微透镜数据中超短时标事件的来源。最近改进的de Sitter沼泽地猜想可能支持这样一个多阶段的暴胀的情况下，分级质量PBH作为每个暴胀阶段的过渡信号。
2019-08-10 astro-ph.CO hep-ph
Double inflation as a single origin of primordial black holes for all dark matter and LIGO observations
原始黑洞（PBH）是暗物质（DM）的主要非粒子候选者之一。虽然几个观测严重限制PBH的量，它是最近指出，有一个不确定性的微透镜的限制低于$\sim 10^{-10} M_\odot$最初被忽略，但可能会削弱的约束显着。在本文中，面对这种不确定性，我们调查的可能性，PBH可以弥补所有DM在一个广泛的质谱。此外，我们提出了一个具体的通货膨胀模型，可以同时产生PBH的所有DM在一个广泛的质谱$\mathcal O(10^{-13}) M_\odot$和PBH的LIGO事件在一个尖锐的质谱在$\mathcal O(10) M_\odot$。
2018-02-18 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic microwave background bounds on primordial black holes including dark matter halo accretion
即使大质量（$10\,M_\odot \lesssim M \lesssim 10^4 M_\odot$）原始黑洞（PBH）只能解释宇宙中暗物质（DM）的一小部分，它们仍然可能对LIGO/Virgo测量的合并事件的相当大的一部分负责，和/或作为已经在高红移（$z\gtrsim 6$）观察到的超大质量黑洞（SMBH）的祖先。在一个占主导地位的，非PBH DM组件的存在下，通过改变电离历史的CMB设置的界限进行修改。我们通过玩具模型和专用的数值模拟重新审视了PBH周围DM晕的宇宙学吸积，推导出更新的CMB边界，其中还考虑到最后的普朗克数据发布。我们证明，这些约束占主导地位的其他约束在文献中的群众$M\gtrsim 20-50\,M_\odot$（取决于吸积物理的不确定性），达到$f_{\rm PBH}<3\times 10^{-9}$左右$M\sim 10^{4}\,M_\odot$的水平。然而，这些紧密的边界与SMBH大质量种子的原始起源的假设是一致的。
2020-05-26 astro-ph.CO hep-ph
Primordial blackhole formation: Exploring chaotic potential with a sharp step via the GLMS perspective
本研究探讨具有尖锐台阶的混沌暴胀势在四个质量范围内形成原初黑洞的机制，利用 GLMS 近似和 PS 形式计算 PBH 丰度，发现 GLMS 结果符合观测约束。
2024-11-15 astro-ph.CO
Magnetic fields in primordial accretion disks
磁场被认为是当代恒星形成的重要组成部分，并且在存在有效放大机制的情况下，在第一批恒星的形成过程中可能非常重要。初始种子场通过等离子体波动提供，随后由小规模发电机放大，从而产生强大的纠缠磁场。在这里，我们将探讨如何通过$α-Ω$发电机在原恒星盘的小规模发电机提供的磁场进一步放大，并评估其影响。为此，我们考虑两个典型的情况下，一个典型的波普。III型恒星，吸积速率为$10^{-3}$ ~M $_\odot$ ~yr $^{-1}$;超大质量恒星，吸积速率为$10^5$ ~ M $_\odot$ ~yr $^{-1}$。对于$10$ ~M $_\odot$ Pop.~ III星，我们发现相干磁场至少可以在$100$ ~AU的尺度上产生，这足以驱动光度为$100$ ~L $_\odot$，质量流出速率为$10^{-3.7}$ ~M $_\odot$ ~yr $^{-1}$的喷流。对于超大质量恒星，其环境中的动力学时间尺度甚至更短，这意味着更小的轨道时间尺度和有效的磁化强度至少达到$1000$ ~AU。喷流光度对应于$\sim10^{6.0}$ ~L $_\odot$，质量流出率为$10^{-2.1}$ ~M $_\odot$ ~yr $^{-1}$。我们预计来自超大质量恒星的反馈可以对其宿主星系产生相关影响。
2015-11-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Prospects for probing gravitational waves from primordial black hole binaries
研究了未来引力波探测器在探测原始黑洞双星中的应用前景。我们表明，在广泛的质量范围从$10^{-5}M_\odot$到$10^7M_\odot$，未来的GW干涉仪提供了一个潜在的探测PBH丰度比任何现有的实验更敏感。特别是，我们发现，银河系PBH双星的质量低至$10^{-5}M_\odot$可以探测与ET，AEDGE和LISA通过搜索近单色连续GW信号。这样的搜索可以独立地测试PBH对OGLE观察到的超短微透镜事件的解释。我们还考虑了通过引力子-光子转换从小行星质量的PBH双星观测GW的可能性。
2021-10-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Dark Low-mass Halos and Primordial Black Holes with Frequency-dependent Gravitational Lensing Dispersions of Gravitational Waves
我们探讨了利用引力透镜引起的引力波振幅和相位涨落作为小尺度物质功率谱探测器的可能性。小尺度物质功率谱的直接测量是可能的，通过利用这种引力透镜色散的频率依赖性起源于引力波传播的波动光学性质。我们首先采用包含重子和次晕效应的晕模型方法详细研究了物质功率谱的小尺度行为。我们发现，在波数$k\sim 10^6h{\rm Mpc}^{-1}$处的物质功率谱主要由质量为$1h^{-1}M_\odot \lesssim M \lesssim 10^4h^{-1}M_\odot$的暗低质量晕的丰度决定，对重子效应相对不敏感。用预测信号为$\mathcal{O}(10^{-3})$的$f\sim 0.1-1$ ~Hz引力波的引力透镜色散探测了该波数下的物质功率谱。我们还发现，原始黑洞（PBH）与$M_{\rm PBH} \gtrsim 0.1~M_\odot$可以显着增强物质的功率谱在$k \gtrsim 10^5h{\rm Mpc}^{-1}$由于增强的晕形成和散粒噪声从PBH。我们发现，在$f\sim 10-100$ ~Hz的引力透镜色散是特别敏感的PBH，并可以增强超过一个数量级，这取决于质量和丰度的PBH。
2020-09-04 astro-ph.CO
Helium diffusion during formation of the first galaxies
我们研究了扩散对氦和其他原始元素丰度的可能影响，在早期宇宙的第一个结构的形成过程中。我们认为主要的崩溃的扰动和随后的吸积的物质到维里化的晕，限制我们的考虑晕的质量大大高于金斯限制。我们发现，在黑暗时代结束时，在寒冷和接近中性的原始气体中的扩散可以提高第一维里化晕中原始元素相对于氢的丰度：氦的富集可以在第一个恒星形成的小晕$ \sim 10^5-10^6 M_{\odot}$中达到$δY_p/Y_p \sim 10^{-4}$。在宇宙再电离开始时对原始气体进行适度的预热（预热到~ 100 K），可以使$\sim 10^6 M_{\odot}$晕的这种效应增加到$δY_p/Y_p \sim 3\times 10^{-4}$。甚至更强的丰度增强，$δY_p/Y_p$ ~几个$10^{-3}$，可能在更晚的再电离后时期z ~ 2出现在星系原群（$\sim 10^{13} M_{\odot}$）中，这是T ~ 10^6 K的温热星系际介质吸积的结果。这里讨论的扩散引起的丰度变化很小，但可以与已经达到的原始He丰度的宇宙学预测的~ 0.1%精度相媲美。如果直接的氦丰度测量（特别是在矮星系中的低金属丰度HII区域）在未来达到同样的精度水平，它们与BBN预测的比较可能需要考虑这里讨论的影响。
2016-03-11 astro-ph.CO
New X-ray bound on density of primordial black holes
根据现有的X射线数据，我们对原始黑洞（PBH）的丰度设定了一个新的上限。PBH与星际介质的相互作用将导致显著的X射线光子通量，这将有助于在星系中观测到致密X射线天体的数密度。这些数据将PBH数密度限制在从几个$M_\odot$到$2\times 10^7 M_\odot$的质量范围内。解释LIGO探测到的黑洞起源所需的PBH密度是勉强允许的。
2017-10-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Holes and Gravitational Waves in Hybrid Inflation with Chaotic Potentials
研究了含混沌（类多项式）势的混合暴胀非超对称模型中原初黑洞（PBH）暗物质的形成和标量诱导二次引力波（SIGW）的产生.这些模型的辐射修正版本与普朗克的数据完全一致。通过在拉格朗日量中加入非正则动能项，暴胀子经历了一段超慢滚，原始功率谱的振幅增强到$O(10^{-2})$。原始曲率扰动的增强功率谱可以具有尖锐和宽峰。%在增强机制中，我们探索了两种可能的扩展，采用高斯和步长动力学函数。在我们的模型中实现了一个宽质量范围的PBH与标量诱导的引力波的频率范围从nHz到kHz。我们提出了几个基准点，其中膨胀过程中产生的PBH质量是$(1 - 100) \, M_{\odot}$，$(10^{-9} - 10^{-7}) \, M_{\odot}$和$(10^{-16} - 10^{-11}) \, M_{\odot}$左右。PBH可以构成大部分质量在$(10^{-16} - 10^{-11}) \, M_{\odot}$和$(1 - 100) \, M_{\odot}$附近的暗物质，它们相关的SIGW可以由即将到来的地面和空间引力波（GW）天文台探测。NANOGrav最近报道的随机过程的证据可以解释为与PBH形成相关的SIGW。这些SIGW也可能被未来SKA、DECIGO、LISA、BBO、太极、天琴、CE和ET的干涉仪型GW观测所检验。
2022-09-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Distribution of primordial black holes and 21cm signature
研究表明，由具有中等倾斜功率谱的原始密度扰动产生的原始黑洞数服从对数正态分布，而当功率谱为陡蓝色时，原始黑洞数服从泊松分布. PBH数的对数正态和泊松涨落表现为等曲率模式，并以与泊松情形不同的方式影响物质功率谱和晕质量函数。未来的21厘米观测可能会在宽质量范围内对PBH部分施加比当前更强的约束，$10^{-5}M_\odot$ - $10M_\odot$。
2018-08-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Spin of primordial black holes in the model with collapsing domain walls
研究了在宇宙学辐射占优阶段由坍缩畴壁获得角动量（自旋）的情况。在坍缩过程中，原始黑洞和它们的星系团可以在不同的质量范围内诞生。自旋积累的影响下发生的潮汐引力扰动从周围的密度不均匀性的时代时，域壁穿过宇宙视界。结果表明，无量纲自旋参数可以有小的值$a_S<1$只有原始黑洞与质量$M>10^{-3}M_\odot$，而质量较小的黑洞接收极端的自旋$a_S\simeq1$。原始黑洞有可能由于矢量模式的扰动而获得额外的自旋。
2021-12-20 astro-ph.CO
CMB bounds on disk-accreting massive Primordial Black Holes
恒星质量的原始黑洞（PBH）最近被重新考虑为暗物质（DM）的候选者，在aLIGO发现了几个质量为几十个$M_\odot$的二元BH合并之后。如此巨大的物体上的物质吸积会导致高能光子的发射，能够改变宇宙的电离和热历史。这反过来又会影响宇宙微波背景（CMB）各向异性的统计特性。以前的分析都假设是球形吸积。我们认为，这种近似可能会打破和吸积盘应形成在黑暗时代。使用最先进的工具来计算介质中的能量沉积，我们推导出的PBH中的DM的分数的约束。如果盘形成的早期，即使在保守的假设吸积，这些限制排除了单色分布的PBH与质量以上$\sim 2\, M_\odot$作为主要形式的DM。如果考虑广泛的对数正态质量函数，则PBH质量中位数的界限变得更加严格。对非线性成团性质和BH吸积盘物理学的深入理解将允许改进处理，并可能导致更严格的约束。
2017-11-17 astro-ph.CO
Constraint on the abundance of primordial black holes in dark matter from Planck data
我们使用2015年公布的普朗克数据，在两种不同的再电离模型（一种是瞬时再电离，另一种是不对称再电离）下约束暗物质中的原生黑洞（PBH）丰度，并将WMAP 3年数据中PBH丰度的上限显著提高了两个数量级左右。此外，这些新的限值意味着在$95\%$置信水平（C.L.）下，PBH二进制合并的事件率（Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$）小于$M_\text{pbh}=30M_\odot$的$0.002$、$M_\text{pbh}=10M_\odot$的$5$和$M_\text{pbh}=2M_\odot$的$2000$，因此，GW150914似乎不太可能是由PBH双星合并产生的。
2016-12-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
NANOGrav signal as mergers of Stupendously Large Primordial Black Holes
我们给出了一个解释的信号NANOGrav检测到的随机引力波背景从二进制合并的原始“惊人的大黑洞“（SLABs）的质量$M\sim(10^{11}-10^{12})M_{\odot}$，并大致对应于暗物质的$0.1\%$。我们表明，严格的界限来自$μ$扭曲的CMB可以被超越，如果在这些BH的扰动产生的非高斯分布的波动，预计在单场模型的通货膨胀产生尖峰的功率谱。虽然来自具有$M\lesssim 10^{11}M_{\odot}$的二进制的随机背景的尾部可以拟合NANOGrav并且遵守$μ$失真限制，但是它们被排除在大尺度结构约束之外。
2020-12-29 astro-ph.CO gr-qc
Pulsar timing can constrain primordial black holes in the LIGO mass window
最近发现合并黑洞产生的引力波引起了人们对原始黑洞作为暗物质可能组成部分的兴趣。在本文中，我们表明，脉冲星计时可能很快有足够的数据来约束$1$ - $1000\,M_{\odot}$原始黑洞通过非检测的三阶夏皮罗时间延迟的黑洞周围的星系晕。我们提出的蒙特卡罗模拟的结果表明，未来的数据从已知的天体可能能够约束PBH密度更严格地比其他现有的方法在质量范围~1-30 $\,M_{\odot}$。我们发现，使用拟议的平方公里阵列发现的新恒星的时间可能会限制原始黑洞在这个质量范围内，包括不到1-10%的暗物质。
2017-01-12 astro-ph.CO hep-ph
Strong lensing constraints on primordial black holes as a dark matter candidate
通过四重成像类星体通量比，利用近似贝叶斯计算前向建模约束原初黑洞质量与质量分数，在中间质量区（10^4-10^6太阳质量）获得f_PBH<0.17（95%置信水平）的新上限。
2023-04-28 astro-ph.CO
Predictions for a Low-mass Cutoff for the Primordial Black Hole Mass Spectrum
本文研究原初黑洞并合中质量不守恒对质量谱的影响，发现红移约10^12时大质量PBH比例接近星系种子所需，并提出低于约0.1倍太阳质量存在低质量截断，可由未来微引力透镜与天体测量观测验证。
2024-06-10 astro-ph.CO
Lower bound on the primordial black hole merger rate
通过估计在早期宇宙形成和合并之间受到扰动的双星的最大比例，并计算扰动双星的保守合并率，我们得到了原始黑洞（PBH）双星合并率的下限。这意味着在$1-100 M_\odot$范围内对PBH丰度的稳健约束。我们进一步表明，LIGO/Virgo设计灵敏度有可能达到PBH质量范围的$10^{-2}-10^3 M_\odot$。合并率的扰动双星的约束是较强的，如果PBH最初的空间集群。
2020-02-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cogenesis of LIGO Primordial Black Holes and Dark Matter
在这封信中，我们提出了一个新的方案，同时解释$\mathcal{O}(10)M_\odot$原始黑洞（PBH）和暗物质的最小超对称标准模型。LIGO-Virgo合作探测到的引力波（GW）事件表明存在像$\sim 30M_\odot$一样重的黑洞。在我们的方案中，作为种子的PBH，我们利用的重子数微扰，这是由特殊类型的阿弗莱克-戴恩机制诱导。此外，该方案没有受到严格的约束，从CMB $μ$ -失真，由于丝绸阻尼和脉冲星定时。我们发现，该方案不仅能够一致地解释当前的GWs事件，而且能够通过Affleck-Dine机制形成的非拓扑孤子（称为Q球）解释暗物质丰度。
2018-08-07 astro-ph.CO hep-ph
Clumpy Structures within the Turbulent Primordial Cloud
针对第一代恒星质量的模拟与观测差异问题，研究利用Enzo代码模拟人工驱动湍流对原初云的作用，发现高马赫数压缩湍流可使云碎裂为小质量团块，为调和质量差异提供了新途径。
2024-03-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial black hole constraints for extended mass functions
我们重新讨论了宇宙学和天体物理学对原始黑洞（PBH）中暗物质分数的限制。我们考虑了各种质量函数，所有这些都描述了三个参数：一个特征质量和宽度和一个暗物质分数。然后，各种观测结果对作为前两个参数的函数的暗物质分数施加约束。我们展示了这些约束与单色质量函数的约束之间的关系，证明了它们在扩展的情况下通常比单色的约束更加严格。只考虑已建立的边界，忽略那些依赖于额外的天体物理学假设，我们发现有三个质量窗口，在$4\times 10^{-17}M_\odot,$，$2\times 10^{-14}M_\odot$和$25-100M_\odot$，PBH可以构成所有的暗物质。然而，如果包括所有的边界，PBH只能构成暗物质的$10\%$级。
2019-04-09 astro-ph.CO hep-ph
A possible mass distribution of primordial black holes implied by LIGO-Virgo
到目前为止，LIGO-Virgo合作已经探测到大约90个黑洞，其中一些黑洞的质量超过了恒星坍缩的预期。LIGO-Virgo黑洞的质量分布似乎在$\sim30M_{\odot}$有一个峰值，两端有两个尾巴。通过假设它们都有原始起源，我们通过对破坏幂律质量函数$f(m)$执行极大似然估计来分析GWTC-1（O 1\& O2）和GWTC-2（O3 a）数据集，结果为$m<35M_{\odot}$的$f\propto m^{1.2}$和$m>35M_{\odot}$的$f\propto m^{-4}$。这似乎比流行的对数正态质量函数表现得更好。令人惊讶的是，这种简单而独特的分布可以在我们先前提出的PBH形成机制中实现，其中黑洞是由在膨胀期间通过量子隧穿成核的真空泡形成的。此外，这种质量分布也可以为高红移处形成的超大质量黑洞提供一种解释。
2021-03-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Implications of GWTC-3 on primordial black holes from vacuum bubbles
本研究分析GWTC-3数据，区分天体物理与原初黑洞，发现原初黑洞主导大质量端及约30太阳质量峰值，并可能贡献过半并合事件，影响形成机制与暴胀模型。
2024-03-16 astro-ph.CO gr-qc
Constraints on the Primordial Black Hole Abundance through Scalar-Induced Gravitational Waves from Advanced LIGO and Virgo's First Three Observing Runs
针对质量小于~10⁻¹⁸M⊙的原初黑洞（PBHs）蒸发情景受记忆负担效应挑战的问题，利用LIGO-Virgo-KAGRA数据约束其丰度，排除~[10⁻²⁴,10⁻¹⁹]M⊙范围的PBHs，并指出下一代探测器可进一步收紧约束。
2024-11-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Optical Microlensing by Primordial Black Holes with IACTs
原始黑洞（PBH），假设是早期宇宙密度波动的结果，是暗物质的候选者。当微透镜作用于背景恒星时，它们会引起瞬时的流量明显增强。用光学望远镜测量这些信号是将PBH丰度限制在$10^{-10}\,M_{\odot}$至$10^{1}\,M_{\odot}$范围内的有力方法。特别是对于银河系恒星，需要考虑到源的有限性。对于低PBH质量（在本工作中为$\lesssim 10^{-8}\,M_{\odot}$），可检测事件的平均持续时间随质量$\langle t_e\rangle \propto M_{\mathrm{PBH}}$而减小。对于$M_{\mathrm{PBH}}\approx 10^{-11}\,M_{\odot}$，我们发现$\langle t_e\rangle \lesssim\,1 \mathrm{s}$。出于这个原因，可能需要快速采样检测器，因为它们能够检测低质量的PBH。在光学范围内，电流限值的采样速度为2分钟至24小时。地面成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）被优化用于探测大气簇射产生的$\sim$ ns长的光学切伦科夫信号。如最近所示，这些仪器的非常大的反射镜面积提供了非常高的信噪比的快速光学瞬变（$\ll 1\,$ s），如小行星掩星。我们调查光学观测IACTs是否有助于扩展微透镜限制的不受约束的质量范围$M_{\mathrm{PBH}}<10^{-10}M_\o…
2021-08-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gravitational wave microlensing by dressed primordial black holes
该研究分析带粒子暗物质微晕的原初黑洞导致的引力波微透镜效应，给出LIGO-Virgo丰度约束并说明下一代探测器可区分包裹型与裸露型PBHs。
2023-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
GRB lensing parallax: Closing primordial black hole dark matter mass window
如果原始黑洞（PBH）的质量介于$10^{-16}M_{\odot} \lesssim M \lesssim 10^{-11} M_{\odot}$和暗物质（DM）之间，那么它的丰度目前是允许的。这个最轻的质量范围很难通过正在进行的引力透镜观测来探测。在本文中，我们主张一个旧的想法，透镜视差的伽马射线暴（伽玛暴），同时观察到的空间分离的探测器，可以探测到不受约束的质量范围，和附近的恒星可以探测到一个更大的质量范围。除了伽玛暴的各种优良性质外，我们周围的天体物理距离- $r_\oplus \text{--}$ AU -刚好大到足以用最轻的PBH DM来分辨伽玛暴透镜。
2020-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on the Primordial Black Hole Abundance from the First Advanced LIGO Observation Run Using the Stochastic Gravitational-Wave Background
高级LIGO对引力波事件的发现正在刺激对二元黑洞起源的广泛研究。假设引力波事件可以用二元原生黑洞合并来解释，我们利用Advanced LIGO给出的随机引力波背景上限作为新的观测窗口，独立地约束了暗物质中原生黑洞的丰度。我们表明，先进的LIGO的第一次观测运行提供了最好的约束的原始黑洞丰度的质量范围$1 M_\odot \lesssim M_\text{PBH}\lesssim 100 M_\odot$，推动以前的微透镜和矮星系动力学约束更严格的1个数量级。此外，我们还讨论了在不久的将来利用先进LIGO探测太初黑洞，特别是太阳底下质量的太初黑洞随机引力波背景的可能性。
2018-05-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Navigating the asteroid field: New evaporation constraints for primordial black holes as dark matter
小行星质量范围内的原始黑洞（PBH）$(10^{-17}$-$10^{-12})~M_{\odot}$几乎完全逃脱了作为暗物质候选者的约束。然而，在早期宇宙中，史瓦西度规不再适用，我们必须仔细考虑具有适当宇宙学嵌入的PBH度规。特别是，Thakurta解决方案可能是最适当的解决方案。值得注意的是，Thakurta度规包含一个依赖于时间的视视界，与宇宙尺度因子成正比。我们表明，这意味着PBH比标准史瓦西情况下更热，因此通过霍金辐射蒸发得更快。根据物质辐射的平等性，质量达到$\sim 10^{-12}~M_{\odot}$的PBH已经完全蒸发，因此不可能是一个可行的暗物质候选者。
2021-03-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Holes as Dark Matter: Recent Developments
虽然暗物质通常被认为是某种形式的基本粒子，但原始黑洞（PBH）也可能提供一些暗物质，然而，各种约束将可能的质量窗口限制在$10^{16}$ - $10^{17}\,$ g，$10^{20}$ - $10^{24}\,$ g和$10$ - $10^{3}\,M_{\odot}$。最后一种可能性是有争议的，但鉴于LIGO/Virgo最近探测到的黑洞合并，它特别感兴趣。PBH可能会产生重要的后果，并解决各种宇宙学难题，即使它们只有暗物质密度的一小部分。特别是，那些大于$10^{3}\,M_{\odot}$的黑洞可以通过种子效应或泊松效应产生宇宙学结构，从而减轻与标准冷暗物质场景相关的一些问题，并且足够大的PBH可能为星系核中的超大质量黑洞提供种子。更奇特的是，普朗克质量的PBH蒸发遗迹或比$10^{12}\,M_{\odot}$大得惊人的黑洞可以提供一个有趣的暗成分。
2020-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Interstellar Gas Heating by Primordial Black Holes
星际气体加热是一个强有力的与宇宙学无关的可观测量，它可以用来研究宇宙早期形成的原始黑洞（PBH）的参数空间，而这些黑洞可能构成暗物质（DM）的一部分。我们提供了一个详细的分析的各个方面，如PBH发射机制。使用观测数据从狮子座T矮星系，我们约束PBH丰度在一个广泛的质量范围内，$M_{\rm PBH} \sim \mathcal{O}(1) M_{\odot}-10^7 M_{\odot}$，最近检测到的引力波信号从中等质量的黑洞。我们还考虑PBH气体加热系统与散装相对速度的DM，如银河系云。
2022-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Novel Constraints on Mixed Dark-Matter Scenarios of Primordial Black Holes and WIMPs
我们推导出的约束条件的混合暗物质的情况下组成的原始黑洞（PBH）和弱相互作用的大质量粒子（WIMPs）。在这些情况下，我们预计的密度尖峰的WIMPs的引力绑定到PBH，这将导致增强的湮灭率和增加的间接检测前景。我们发现，这种情况下提供了强有力的限制，所允许的部分PBH构成的暗物质，取决于WIMP质量$m_χ$和速度平均湮灭截面$\langle σv \rangle$。对于$m_χ = 100\,{\rm GeV}$和$\langle σv \rangle = 3 \times 10^{-26}\,{\rm cm}^{3} / {\rm s}$的标准场景，我们推导出的边界比质量为$10^{-12}\,M_{\odot} \lesssim M_{\rm BH} \lesssim 10^{4}\,M_{\odot}$的PBH的所有现有边界都要强，其中$M_{\odot}$是太阳质量，并且大多数情况下是几个数量级。
2018-07-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Merger Rate of Primordial Black Hole-Neutron Star Binaries in Ellipsoidal-Collapse Dark Matter Halo Models
原始黑洞作为暗物质的潜在宏观候选者，由于其随机分布，可以在暗物质晕中遇到其他致密天体。此外，与恒星质量黑洞-中子星（BH-NS）合并有关的引力波（GW）的探测提出了参与此类事件的黑洞可能具有原始起源的可能性。本文在椭球坍缩暗物质晕模型的框架下计算了PBH-NS双星的合并速率，并与球形坍缩暗物质晕模型的相应结果进行了比较。我们的研究结果表明，椭球坍缩暗物质晕模型可以潜在地放大合并率的PBH-NS二进制的方式，它是非常接近的范围估计的LIGO-Virgo观测。虽然球形坍缩暗物质晕模型不能证明PBH-NS合并事件与LIGO-Virgo合作报告的最新GW数据一致。此外，我们计算合并率的PBH-NS二进制作为PBH的质量和分数的函数范围内的椭球坍缩暗物质晕模型。结果表明，如果$f_{PBH}\simeq 1$的质量为$(M_{PBH}\le 5 M_{\odot}, M_{NS}\simeq 1.4 M_{\odot})$，则PBH-NS并合事件与LIGO-Virgo观测结果一致.我们还表明，至少有一个$(M_{PBH}\simeq 5 M_{\odot}, M_{NS}\simeq 1.4 M_{\odot})$事件的共动体积$1 Gpc^{3}$每年，椭球坍缩暗物质晕模型约束的PBH的丰度为$f_{PBH} \geq 0.1$。
2022-11-25 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black holes and Modification of Zeldovich-Novikov Mechanism
大量对黑洞的天文观测表明，几乎所有观测到的黑洞都可能是原始起源的。描述了原始黑洞形成的修正机制。LIGO/Virgo观测到的合并双星黑洞的引力波有力地证实了这种机制预测的平均质量为$\sim 10 M_\odot$左右的普遍对数正态质谱。
2020-11-29 astro-ph.CO gr-qc
Turbulence in Primordial Dark Matter Halos and Its Impact on the First Star Formation
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica（中央研究院天文及天文物理研究所）；Department of Physics, National Taiwan University（国立台湾大学物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside（加州大学河滨分校物理与天文学系）；Heidelberg Institute for Theoretical Studies（海德堡理论研究所）
利用高分辨率模拟研究原初暗物质晕中超声速湍流的驱动机制及其对气体碎裂和第一代恒星形成的影响。
2026-05-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
