Sound speed induced production of primordial black holes
我们研究了不同的机制,通过这些机制,原始曲率扰动的速度可以产生曲率谱的增强,这可能导致原始黑洞(PBH)的产生。一种可能性是在单标量场模型中声速的增长,这会导致曲率扰动的超视界增长。另一种是曲率扰动的动量相关有效声(MESS),它可以出现在多场模型或修正的引力理论中。未来的引力波观测站,如LISA,将允许设置声速的空间和时间依赖性的约束,以及它可能起源的不同理论方案。
2020-06-12 astro-ph.CO
Primordial Black Holes from Sound Speed Resonance during Inflation
我们报道了一种新的现象,即由具有振荡行为的声速参数引起的原初密度扰动的共振效应,这种共振效应一般可以导致早期宇宙中原初黑洞的形成.对于一般的暴胀子场,它能产生原初密度涨落,其传播受声速平方参数的控制。一旦这个参数在暴胀过程中达到一段时间的振荡特征,暴胀子场涨落上的显著非微扰共振效应在临界长度尺度附近发生,这导致原始功率谱中的显著峰值。凭借这种强大的机制,具有特定质量函数的原始黑洞可以在相当大的参数范围内产生足够的暗物质丰度。
2018-08-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial power spectra from $k$-inflation with curvature
我们调查的原始功率谱一般动力学膨胀模型,支持一个时期的动力学主导的弯曲宇宙的情况下。我们提出了推导的Mukhanov-Sasaki方程的非标准标量动力学拉格朗日,它体现了自己通过暴胀声速$c_s^2$。我们将Contaldi等人[1]和Thavanesan等人[2]中的解析近似推广到一般的动力学拉格朗日函数,并显示了$k$ -暴胀对曲率模型的原始功率谱的影响。特别是,在封闭宇宙的情况下,声速和曲率之间的相互作用导致功率谱的自然低波数截止。使用的分析近似,我们进一步表明,在不同时期的通货膨胀的结果在所得到的功率谱的共动曲率扰动的非衰减振荡的通货膨胀的声速之间的变化。
2022-06-24 astro-ph.CO gr-qc
Scale-dependent CMB power asymmetry from primordial speed of sound and a generalized $δ$N formalism
我们探讨了一个合理的机制,半球功率不对称的CMB是由原始声速参数的空间变化产生的。我们认为,在$δN$形式的推广方法中,局部e折叠数除了依赖于暴胀子的初始值外,还依赖于其它一些原始参数.这里的$δN$形式主义扩展考虑的超哈勃扰动光场引起的空间变化的声速参数的影响。利用这种推广的$δN$形式,我们系统地计算了多速暴胀模型中的非对称原初谱,并考虑了原初非高斯性的约束.我们进一步讨论了具体的模型约束,相应的不对称幅度被发现是规模依赖的,这可以容纳当前的观察功率不对称在不同的长度尺度。
2016-02-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes from sound speed resonance in the inflaton-curvaton mixed scenario
在暴胀子和曲率子混合的早期宇宙模型中,研究了原初黑洞形成的声速共振机制。在这种情况下,总的原始密度扰动可以由暴胀子和曲率场的涨落贡献,其中暴胀子涨落导致标准绝热扰动,而曲率涨落的声速被假设为在暴胀期间振荡。由于SSR机制的窄共振效应,我们获得了在小尺度下增强的原始密度扰动,并且在大尺度下保持了近似的尺度不变,这是PBH形成的必要条件。最后,我们发现,具有特定的质谱PBH可以产生足够的丰度的暗物质的混合方案。
2019-10-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Power spectrum with $k^6$ growth for primordial black holes
本文研究暴胀中声速与暴胀子滚动速度降低对曲率扰动功率谱的影响,发现声速突变时功率谱仅呈 $k^2$ 增长,而在声速与慢滚参数 $η$ 变化时序的特定条件下,功率谱可达到迄今最陡峭的 $k^6$ 增长,从而在满足宇宙微波背景辐射约束的同时有效产生原初黑洞。
2024-01-15 astro-ph.CO gr-qc
Scalar-induced gravitational wave interpretation of PTA data: the role of scalar fluctuation propagation speed
针对PTA观测到的nHz引力波背景与原初黑洞过产之间的矛盾,本文提出以高传播速度、辐射物态的正则标量场主导宇宙来调和二者,并给出未来探测器检验途径。
2023-07-17 astro-ph.CO gr-qc
Gravitational Effects of a Small Primordial Black Hole Passing Through the Human Body
研究原初黑洞穿过人体的引力效应,发现冲击波是主导损伤机制,致死质量阈值约为1.4×10^17克,且此类黑洞数密度极低,对人类无实际威胁。
2025-02-27 astro-ph.CO gr-qc
Dirac-Born-Infeld realization of sound speed resonance mechanism for primordial black holes
在特定的Dirac Born Infeld(DBI)暴胀模型下,给出了原初黑洞(PBH)形成的声速共振(SSR)机制的具体实现.我们采用微扰的方法从唯象的角度构造了一个包含非振荡阶段和振荡阶段的DBI暴胀模型,并给出了一种特定形式的翘曲因子和势能.我们表明,连续的,但非光滑的连接两个阶段之间的声速不会产生明显的影响SSR的现象,因此,我们的模型产生相同的PBH质谱SSR的原始预测。此外,我们还证明了在非共振区域,Mukhanov-Sasaki方程绝热性的破坏并不影响哈勃穿越后的共动曲率扰动。利用观测数据,我们推导出参数空间上的各种宇宙学约束。我们的分析表明,预测的张量标量比通常是小的,而原始的非高斯振幅可以满足宇宙微波背景的界限,此外,在我们的情况下,由于小的声速变化,软违反了单场慢卷暴胀的一致性关系。
2020-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effect of Inhomogeneity on Primordial Black Hole Formation in the Matter Dominated Era
我们研究了物质支配时代的不均匀性对原初黑洞形成的影响。在非均匀密度分布的引力坍缩中,如果视视界阻止组态中心区域的信息泄漏,则形成黑洞。由于信息的传播速度不可能超过光速,我们通过考虑有限的信息传播速度来确定黑洞形成的阈值。我们发现,原始黑洞的产生概率$β_{inhom}(σ)$,其中$σ$是在视界入口处的密度波动,显着增强,从以前的工作中,其中的传播速度被有效地视为无限的。对于$σ\ll 1$,我们得到$β_{inhom}\simeq 3.70 σ^{3/2}$,这是由约一个数量级比在早期的工作中推导出的概率假设瞬时传播的信息。
2018-10-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
CMB with the background primordial magnetic field
研究了背景太初磁场(PMF)对宇宙微波背景(CMB)的影响。背景保偏场使紧耦合光子-重子流体的声速增加。增加的声速导致CMB温度波动的奇峰被抑制,并且CMB峰位置向更大尺度移动。背景PMF引起更强的衰减电位,并增加CMB的振幅。背景PMF在较小尺度上的这两种效应抵消,并且背景PMF的总体效应是第一峰周围的CMB的抑制和峰向大尺度的移位。我们还讨论了获得信息的PMF生成机制,我们研究的非线性演化的PMF的PMF分布的最大规模的约束。最后,我们讨论了PMF参数与标准宇宙学参数之间的简并性。
2014-04-21 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black holes and scalar induced gravitational waves from Higgs inflation with non-canonical kinetic term
通过引入非最小耦合,解决了K/G膨胀中的势约束问题。在这种背景下,希格斯场成功地驱动了令人满意的宇宙微波背景观测的暴胀,同时增强了小尺度下的曲率扰动,这反过来又解释了原生黑洞(PBH)和标量诱导引力波(SIGW)。然后,我们揭示了非正则动力学耦合函数的影响,更详细地研究其观测约束。此外,我们还给出了与光速传播项有关的单光子波导积分核的规范不变量表达式。最后,研究了非高斯效应对PBH丰度和SIGW的影响。我们发现,非高斯性使PBH更容易形成,但它对SIGW的能量密度的影响是可以忽略的。
2023-02-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
One-loop corrections to the primordial tensor spectrum from massless isocurvature fields
我们研究了无质量旁观者物质场引起的原始宇宙学中张量扰动的两点关联函数的单圈修正。利用宇宙学扰动理论中的Schwinger-Keldysh形式,采用维数正则化和截断正则化方法,研究了在FRW时空中自由传播的无质量标量场、费米子场和阿贝尔规范场的等曲率场在单圈处的有限量子修正.对于所有的情况,我们发现一个对数运行的形式$\frac{C}{q^3} \, \frac{H^4}{M^4_p} \log \left( \frac{H}{μ} \right)$其中$C$是一个负常数相关的β函数,$H$是哈勃参数在视界出口和$μ$是重整化尺度。
2020-10-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial Tensor Signatures and Gravitational Wave Constraints in Lorentz Violating Inflation with Non-Canonical Kinetics
Indian Institute of Technology (Indian School of Mines)(印度理工学院(印度矿业学院))
本文在非正则动力学洛伦兹破缺暴胀框架中推导张量谱指数与运行,提出其可作为洛伦兹破缺的互补探针,并与GW170817引力波速度约束比较。
2026-10-01 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes from Pre-Big Bang inflation
我们讨论了在大爆炸前的暴胀场景中,以原始黑洞的形式产生相当大一部分暗物质的可能性。我们考虑到,为此目的,曲率扰动的增强可能引起的声速参数$c_s$的变化在弦阶段的高曲率膨胀。在施加所有相关的观测约束后,我们发现,所考虑的一类模型是兼容的生产大量的原始黑洞的质量范围内有关的暗物质,提供的声速参数被限制在一个相当窄的范围内的值,$0.003 < c_s < 0.01$。
2020-07-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Power spectra and circular polarization of primordial gravitational waves with parity and Lorentz violations
本文通过系统参数化和均匀渐近近似方法,研究了宇称与洛伦兹破缺对慢滚暴胀原初引力波功率谱和圆偏振的影响,发现洛伦兹破缺仅改变整体振幅,而宇称破缺导致左右手偏振模式振幅不同。
2024-08-07 astro-ph.CO gr-qc
Nonlinear Perturbations in a Variable Speed of Light Cosmology
本文描述了一种可变光速宇宙学,其中产生原初微扰的因果机制是通过改变原初时代的光速来实现的。这就为解释宇宙宇宙微波背景和大尺度结构的形成提供了一种替代暴胀理论的解释。我们利用$δ{\cal N}$的形式主义,以确定原始的非线性波动的签名,这使得VSL模型从暴胀模型区分。特别地,我们发现在光速宇宙学中的参数$f_{\rm NL}=5$。参数$g_{\rm NL}$的值在原始时代期间演变并显示运行行为。
2015-09-09 astro-ph.CO hep-th
Primordial Gravitational Waves and Rescattered Electromagnetic Radiation in the Cosmic Microwave Background
了解原初引力波(GW)与宇宙微波背景(CMB)等离子体的相互作用对观测宇宙学具有重要意义。在这篇文章中,我们提供了一个显然被忽视的影响分析。我们考虑一个单一的自由电荷,并假设它可以被原始GW通过CMB等离子体传播,导致周期性的,有规律的运动沿特定方向。被电荷反射的光将被部分偏振,这将在CMB上留下特征图案。我们通过考虑一个简单的模型来研究这种效应,在这个模型中,各向异性入射电磁(EM)辐射被一个位于受GWs扰动的时空中的电荷重新散射,并变得极化。当电荷被驱动沿特定方向移动时,我们计算其偶极矩来确定首阶再散射电磁辐射。再散射辐射的斯托克斯参数表现出净线偏振。我们调查如何这种偏振效应可以示意性地表示出的斯托克斯参数。我们计算出梯度模(E模)和旋度模(B模)的表示,以产生偏振图。虽然极化效应的结果从GW,我们发现,它的代表,E-和B-模式,并不实际反映GW的属性,如应变振幅,频率和极化状态。
2016-07-05 astro-ph.CO gr-qc
The imprint of primordial gravitational waves on the CMB intensity profile
利用光子束在受扰Friedmann-Robertson-Walker(FRW)时空中传播的二维横截面上的诱导几何,计算了现今望远镜收集区上的宇宙微波背景(CMB)光子分布.事实证明,在每一条视线上,由于引力剪切,光子沿着横向被稀释。这种效应可以用两个自旋-重量-两个变量来表征,这让人想起斯托克斯偏振参数。类似于这种情况,我们可以构造一个标量和一个伪标量函数,其中后者只从张量模中得到贡献。我们解析地确定了一个简单暴胀模型中超视界尺度下赝标量的功率谱,并简要讨论了可能的观测结果。
2021-05-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cherenkov in the Sky: Measuring the Sound Speed of Primordial Scalar Fluctuations
我们考虑产生额外的相对论粒子耦合到暴胀子。我们表明,这些粒子的原始扰动谱上的印记可以用于直接测量的声速的标量扰动,无论该物种的生产机制。我们研究的模型中,这些相对论性本地化的源是通过共振机制产生的较重粒子的衰变产物。这些粒子发射出同相的暴胀子粒子,它们对所谓的音爆产生建设性的干扰,导致“暴胀切伦科夫效应”。由此产生的冲击波导致宇宙微波背景的温度各向异性的独特图案。此外,我们表明,该模型预测的曲率扰动和相当大的平坦的非高斯性的功率谱上的独特功能,为一个合适的参数范围。
2019-07-23 astro-ph.CO hep-th
B-modes and the sound speed of primordial fluctuations
最近表明,一个大的张量标量比$r$值意味着一个约束的最小值的声速$c_s$的原始曲率扰动在通货膨胀期间,是强于目前的界限来自非高斯测量。在这里,我们考虑与B模式的测量相关的其他方面,这些方面可以提供额外的杠杆作用来约束声速参数化非正则膨胀模型。我们发现,张量标量比$r$和张量谱指数$n_t$之间的一致性关系$r = -8 n_t$的确认是不足以排除非正则模型的膨胀与声速$c_s$不同的单位。为了确定暴胀是否是正则暴胀,人们需要了解其他参数,例如标量扰动的谱指数$α$的运行。我们还研究了如何其他参数相关的紫外线完成通货膨胀修改的依赖$r$上$c_s$。例如,我们发现,与曲率波动相互作用的重自由度一般倾向于使对声速的约束更强。我们的研究结果,结合未来的原始B模式的观察,可能有助于限制背景演化的非正则模型的通货膨胀。
2015-07-03 astro-ph.CO hep-th
When Primordial Black Holes from Sound Speed Resonance Meet a Stochastic Background of Gravitational Waves
原始黑洞作为暗物质的潜在候选者,是各种天文观测的核心范畴。鉴于引力波(GW)和射电天文学的爆炸性发展,我们深入分析了宇宙学GW的一个随机背景,该背景是由过大的原始密度扰动引起的,具有几个尖峰,这些尖峰是由声速共振效应激发的,可以预测PBH质谱上的一种特殊模式。在对PBH形成机制进行研究的基础上,我们首次对起源于暴胀期和辐射主导期的诱导引力波进行了研究。我们报告说,除了传统的过程中产生的GWs在辐射占主导地位的阶段,在子哈勃政权在通货膨胀期间的诱导GWs的贡献可以成为显着的临界频带,因为一个狭窄的共振效应。所有的贡献加在一起,产生一个特定的配置文件的能谱的GWs,可以观察到的兴趣,在即将到来的天文实验。我们的研究揭示了可能的联合探测PBH通过多信使天文学的各种观测窗口,包括搜索的电磁效应与天文望远镜和与GW仪器的遗迹GW的随机背景。
2019-08-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Spectrum of Primordial Gravitational Waves in Modified Gravities: A Short Overview
在这项工作中,我们将详尽地研究修正引力对原初引力波背景能谱的影响。S.温伯格也产生了重要的工作有关的原始引力波与最重要的一个是中微子的影响原始引力波。通过这类综述,我们的主要目的是收集所有必要的信息,以具体和定量的方式,在一篇论文中研究修改的引力对原始引力波的影响。在回顾了提取广义相对论能谱的所有必要技术,以及如何以WKB方式获得修正的引力阻尼或放大因子之后,我们集中讨论了感兴趣的修正引力的具体形式。修正引力对能谱影响的计算中最重要的参数是$a_M$,我们分别计算了$f(R,ϕ)$引力、陈-西蒙斯修正的$f(R,ϕ)$引力、爱因斯坦-高斯-博内修正的$f(R,ϕ)$引力和高阶导数扩展的爱因斯坦-高斯-博内修正的$f(R,ϕ)$引力。$a_M$的确切形式在文献中首次明确提出。对于爱因斯坦-高斯-博内特修正的$f(R,ϕ)$引力理论和高阶导数扩展的爱因斯坦-高斯-博内特修正的$f(R,ϕ)$引力理论,我们重点讨论了引力波传播速度等于光在真空中传播速度的情况。给出了用宇宙时间和红移表示的$a_M$的表达式,可直接用于修正引力对原初引力波能谱影响的数值计算.
2022-04-02 astro-ph.CO gr-qc
Localized correlated features in the CMB power spectrum and primordial bispectrum from a transient reduction in the speed of sound
普朗克卫星任务第一年的观测表明,宇宙微波背景(CMB)波动与原始扰动中的高斯统计相一致,这是最简单的暴胀模型的关键预测。然而,在CMB功率谱和双谱中有异常的迹象。我们检查的可能性,这些异常的功能有一个共同的物理起源在一个短暂的减少暴胀声速。我们这样做,利用预测的功率谱和双谱之间的相关性。我们的研究结果表明,目前的数据可能已经足够敏感,可以检测到声速的短暂降低,只要轻微到百分之几。由于这是相互作用的特征,它为在暴胀期间检测额外的自由度打开了一个新的窗口。
2015-10-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The propagating speed of relic gravitational waves and their refractive index during inflation
如果张量模的折射率在传统的暴胀膨胀阶段增加,则残余引力子谱向高频倾斜。两个明显不同的参数化的这种效果被证明是相关的四维度量通过一个共形因子,涉及折射率本身的重新缩放。在MHz区域中具有最大值的非单调光谱对应于在膨胀结束之前终止的折射率的有限变化。在探索了一个通用的方法,包括到目前为止提出的,我们估计所需的灵敏度预测的引力辐射的直接检测,并证明了允许的参数空间的区域范围内的一些计划探测器操作的音频波段(如Ligo/处女座和卡格拉)或在兆赫波段(如丽莎,BBO和Decigo)。
2018-05-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes and scalar induced gravitational waves from sound speed resonance in non-minimal derivative coupling inflation model
Hainan Normal University(海南师范大学);Chengdu Normal University(成都师范学院);Hunan Normal University(湖南师范大学)
该研究提出一种非最小导数耦合膨胀模型,通过声速共振机制产生原初黑洞并引发标量诱导引力波,为暗物质和引力波探测提供新的理论框架。
2025-08-17 astro-ph.CO
Signatures of the neutrino thermal history in the spectrum of primordial gravitational waves
本文研究了中微子产生的各向异性应力对原初宇宙引力波传播的影响。各向异性应力的存在,就像自由流动的中微子产生的应力一样,部分吸收了在宇宙中传播的引力波(GW)。我们发现,在三个中微子家族的标准情况下,22%的波强度被吸收,与以前的研究相当一致。我们还计算了最大可能的阻尼量,对应于完全由超相对论性无碰撞粒子主导的平坦宇宙的情况。在这种情况下,43%的波强度被吸收。最后,我们已经考虑到碰撞的影响,使用一个简单的形式参数化的相互作用之间的平均时间的碰撞项,允许顺利地从一个紧密耦合的流体的情况下,碰撞气体。吸收依赖于中微子能量密度和相互作用的有效性,这为观察与宇宙热历史中特定事件相关的光谱特征提供了有趣的可能性,例如中微子去耦和电子正电子湮没,两者都发生在T~1 MeV。那时进入地平线的全球Ws今天的频率将是$ν\sim 10^{-9} \Hz$,这是一个将由脉冲星定时阵列探测的区域。
2010-10-18 astro-ph.CO gr-qc
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
Primordial electric fields before recombination in the early Universe
本文的工作是对前人关于原始电磁场研究的补充。本文讨论了三个重要问题:原初电场的演化、复合前等离子体中的电孤子和粒子密度孤子以及它们对宇宙微波背景功率谱的影响。详细的计算表明,在大尺度和小尺度上,原始电场都因朗道阻尼效应而耗散,对频谱没有影响。而在复合前,等离子体中存在稳定传播的孤立波,其传播速度明显低于重子声振荡,且只在极小尺度下起作用。另一方面,孤子的振幅很弱,对重子声学振荡的相位贡献很小,所以在谱上只存在关于这种电孤波的信息。总之,作为宇宙学相关专著,忽略电磁场(至少是电场)是计算宇宙微波背景的合理处理方式。然而,质子密度涨落在以稳定孤波传播的同时,表现为KdV方程的形式,这为寻找涨落的起源提供了可能性,从而促进了星系的生成和演化。
2021-02-03 astro-ph.CO
The Trispectrum as a Diagnostic of Primordial Orthogonal non-Gaussianities
在具有低声速的单场暴胀模型中,原始双谱的正交形状是由于等边型形状之间的部分抵消而产生的。这一事实允许声速c_s低至约0.01,这实际上是弱优选的WMAP数据。对于这样的值,三谱的标度为1/c_s^4,其数量级为10^8,因此可以与1 σ观测界t_NL^eq=(-3.11 +-7.5)*10^6相比较,甚至更大。因此,三谱已经在WMAP数据中暗示的水平上限制了产生正交双谱的暴胀机制候选者。如果这个信号持续在即将到来的普朗克数据,最简单的有效场论的暴胀的参数空间的大部分将在观测压力下,而一个专门的分析将需要的参数空间的实质部分,我们表明,一个新的,正交的,三谱自然出现。
2013-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Effective field theory of statistical anisotropies for primordial bispectrum and gravitational waves
本文用有效场论研究了各向异性暴胀模型中的原始统计各向异性。利用么正规范中的一般作用量计算了规范场涨落、曲率扰动和张量扰动之间的主导相互作用。计算了标量功率谱和双谱中的各向异性,并给出了这些各向异性与EFT耦合的关系。此外,我们还计算了张量功率谱的统计各向异性和标量-张量互相关。我们的EFT方法采用了非平凡的速度为规范场波动和声速的标量扰动,如在DBI通货膨胀模型中产生的各向异性。
2017-02-13 astro-ph.CO hep-th
Infrared Universality of Scalar Induced Gravitational Waves Beyond Second Order
Department of Physics, College of Sciences, Shanghai University(上海大学理学院物理系)
本研究揭示了标量诱导引力波红外标度在任意阶微扰及非高斯性下的普适性,源于声波慢拍频持续驱动长波张量扰动,为探测宇宙物态方程提供稳健探针。
2026-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-Canonical Inflation and Primordial Black Holes Production
本文研究了当暴胀子场作用为非正则时暴胀标量微扰放大的一种机制,即暴胀子动力学项具有非标准形式。对于这种情况,在膨胀期间产生的扰动的声速小于1,并且通常随时间变化。此外,在这样的模型中,即使当标量场势可以忽略不计时,也可能存在不同的暴胀吸引子。在暴胀的某个阶段,声速接近于零的可能影响可能导致标量谱的振幅大幅放大,在辐射主导阶段的视界再入过程中,标量谱可以坍缩并形成质量为$M_{\rm BH}\sim 10^{-15}M_{\odot}$的原始黑洞(PBH),其可能构成当今总暗物质(DM)的很大一部分。
2019-02-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Anisotropies in Scalar-Induced Gravitational-Wave Background from Inflaton-Curvaton Mixed Scenario with Sound Speed Resonance
本文提出在暴胀子-曲率子混合场景中利用声速共振产生标量诱导引力波背景的大各向异性,并指出其可被未来引力波探测器测量,从而为研究暴胀、原初非高斯性和原初黑洞暗物质提供新探针。
2024-04-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational collapse, primordial black hole, and gravitational wave in Einstein--Gauss-Bonnet theory with two scalar fields
本文在含两个标量场的爱因斯坦-高斯-博内理论中,通过重构方法研究加速膨胀宇宙中的引力坍缩与原初黑洞形成,并揭示黑洞形成期间高频引力波传播速度因高斯-博内耦合而发生方向性改变。
2024-09-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Sound Speed of Primordial Fluctuations in Supergravity Inflation
我们研究了在$\mathcal N = 1$超引力中慢卷暴胀的实现,其中暴胀是单个手征场演化的结果。当场空间中只有一个平坦方向时,可以导出一个以声速$c_s$为参数的单场有效场论,在该声速下,曲率扰动在暴胀期间传播。$c_s$的值由$F$项势的形状引起的暴胀路径的弯曲率决定。我们表明,$c_s$必须尊重一个不等式,涉及的曲率张量的Kahler流形的基础超引力,和比值$M/H$之间的质量$M$的波动ortoensula的路径,和哈勃膨胀率$H$。这个不等式在原始非高斯性的观测约束和引起暴胀的$\mathcal N = 1$超引力信息之间提供了强有力的联系。特别地,该不等式不允许$c_s$的抑制值(小于$c_s \sim 0.4$的值),除非(a)比率$M/H$为1阶或更小,以及(b)质量$M$的波动通过在水平交叉期间在曲率扰动上引起非线性色散关系而影响曲率扰动的传播。因此,如果观测到大的非高斯性,暴胀的超重力模型将受到严重的限制。
2016-10-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Deformation of the gravitational wave spectrum by density perturbations
研究了原初标量曲率扰动对宇宙距离上引力波传播的影响。我们指出,这种曲率扰动变形的任何随机背景的引力波的原始起源通过(集成)萨克斯-沃尔夫效应的各向同性频谱。通过计算标量曲率扰动引起的线性阶传播引力波的振幅和频率的变化,证明了引力波频谱中每个频点的形变可用方差为$σ^2 \simeq \int d\ln k Δ_{\mathcal R}^2$的线性偏置高斯描述,其中$Δ_{\mathcal R}^2(k)$表示原始曲率扰动的振幅.线性偏置编码了引力波的频率和振幅变化之间的相关性。考虑到原始黑洞和引力波搜索的$Δ_{\mathcal R}^2$的最新边界,我们证明了由此产生的${\mathcal O}(σ)$变形对于极端峰值的引力波谱是显著的。我们进一步提供了一个数量级估计宽谱,其中净失真是${\mathcal O}(σ^2)$。
2020-06-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial non-Gaussianities in general modified gravitational models of inflation
在一般的单场暴胀情形下,计算了原初标量密度扰动的三点关联函数,其中标量场φ与Ricci标量R和Gauss-Bonnet项GB有直接耦合.我们的分析还包括拉格朗日量包含场动能X=-(nabla phi)^2/2的非线性函数和伽利略型场自相互作用G(phi,X)*(Box phi)的模型,其中G是phi和X的函数。我们提供了一个一般的解析公式的等边非高斯参数f_{NL} ^{equil}与曲率扰动的双谱。利用慢变参数的拟de Sitter近似,我们可以导出一个简化形式的f_{NL} ^{equil},便于从观测上约束各种暴胀模型。如果标量扰动的传播速度远小于光速,高斯-邦纳项以及伽利略型场的自相互作用可以产生大的非高斯性,在未来的观测中可以检验。我们还证明,在具有场势(包括f(R)引力)的Brans-Dicke理论中,f_{NL} ^{equil}与由最小耦合标量场驱动的标准暴胀一样,具有慢卷参数的量级.
2011-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Correlating features in the primordial spectra
在绝热模式的有效理论中,每当背景暴胀轨道偏离测地线时,与暴胀子耦合的重场都会降低声音的声速。这可能导致原始光谱中的特征。我们计算相应的双谱,并表明,如果一个不同的声速诱导功率谱的功能,双谱的变化是由一个简单的公式,涉及功率谱及其衍生物的变化。以这种方式,我们提供了一个独特的可辨别的签名的变化声速的绝热模式在膨胀过程中,表明重场的影响。我们发现,在等边极限的双谱峰的功能,特别是在压缩极限,我们发现相当大的增强完全符合单场的一致性关系。从基础有效理论的角度来看,我们的结果推广到各种各样的暴胀模型的特征来源于背景量的时间变化。这种相关特征的积极检测将是暴胀子作为嵌入在UV可完成的理论中的单个光标量自由度的性质的明确证明。
2013-05-30 astro-ph.CO hep-th
Cosmic Polarization Rotation, Cosmological Models, and the Detectability of Primordial Gravitational Waves
宇宙微波背景偏振观测对宇宙学模型的许多方面进行了检验。在各种宇宙学模型中,有效的赝标量-光子相互作用会导致传播的电磁波线偏振随宇宙学距离的旋转。CMB偏振观测是对这些模型的极好检验,并有可能发现新的基础物理。赝标-光子相互作用正比于赝标场的梯度。从唯象的观点来看,这个梯度可以是中微子数的不对称性,也可以是其他密度流,或者是一个常数矢量。在这些情况下,洛伦兹不变性或CPT可能被有效地违反。在本文中,我们回顾了这些结果,并预计更精确的观测可以告诉我们的基础物理,通货膨胀等更好的准确性,预计在CMB偏振观测普朗克任务将于今年推出。专门的CMB偏振观测器,如B-Pol任务,CMBpol任务和LiteBIRD任务,将在未来更深入地探讨这一基本问题。有了这些灵敏度,有效赝标光子相互作用产生的宇宙极化旋转、原始和大尺度磁场产生的法拉第极化旋转以及张量模效应将有机会被探测和区分。减去的张量模效应可能是由于原始的引力波。我们讨论了直接探测这些原始引力波使用空间GW探测器。
2009-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Perturbations in the New Higgs Inflation
我们研究了新希格斯暴胀阶段产生的宇宙学扰动。在新希格斯暴胀中,希格斯玻色子与爱因斯坦张量动力学耦合,只有三个微扰自由度,一个标量和两个张量(引力波),在暴胀期间传播。标量扰动被发现匹配的最新的WMAP-7年的数据内标准模型希格斯参数。原始的引力波虽然以超光速传播,但也与目前的数据一致。最后,我们估计的新希格斯暴胀的希格斯质量,光谱指数和振幅的原始标量微扰的参数值,表明该理论的幺正性界限没有被违反。
2010-05-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Resilience of the standard predictions for primordial tensor modes
我们表明,原始张量功率谱的预测不能修改的领导阶导数。事实上,人们总是可以通过适当的度规非形式变换,使膨胀过程中引力波的传播速度为1,而保角变换可以使普朗克质量与时间无关。因此,张量振幅毫不含糊地确定了暴胀的能量尺度。使用暴胀的有效场论,我们检查预测是独立于框架的选择,正如预期的那样。对标准预测的第一个修正来自两个具有三个导数的宇称违反算子。相关器$<γγγ>$也是标准的,并且仅接收更高的导数校正。这些结果也适用于多场模型的通货膨胀和通货膨胀的替代品,并使(准)标度不变张量谱和通货膨胀之间的联系完全鲁棒。
2014-12-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Sound Speed Resonance in the Gravitational Wave Background as a probe for non-standard early universe cosmologies
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Instituto de Fisica, Universidade Federal Fluminense(弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所);Pengcheng Laboratory(鹏城实验室);Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences(中国科学院紫金山天文台)
研究通过引力波背景中的声速共振探测早期宇宙非标准理论,分析共振如何增强原始张量模式信号以达到可检测水平。
2026-08-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A numerical study of primordial magnetic field amplification by inflation-produced gravitational waves
我们数值研究了暴胀产生的磁场与引力波的相互作用,两者都起源于暴胀过程中的量子涨落。磁场扰动和引力波之间的共振被认为是磁场放大的一种可能机制。然而,一些分析研究表明,暴胀引力波的影响太小,无法提供显着的放大。我们的数值研究更清楚地显示了相互作用是如何影响磁场的,并证实了引力波的影响是微弱的。我们提出了一个调查的基础上的磁流体动力学近似,并考虑到阿尔芬速度的差异。
2010-02-03 astro-ph.CO
Constraints on the primordial gravitational waves with variable sound speed from current CMB data
本文对暴胀一致性关系的观测效应作了全面的考察。本文重点研究了具有$r=-8c_s n_t$相容关系的一般单场暴胀模型,利用WMAP七年观测数据、BICEP张量功率谱数据以及WMAP五年观测数据对$f_{\rm NL}^{\rm equil.}$和$f_{\rm NL}^{\rm orth.}$的约束,研究了声速$c_s$的观测约束.我们发现,张量-标量比$r$的约束是更严格的,如果$c_s$是小的,因为一个大的倾斜$n_t$强烈约束的意见。在95.4%的置信水平下,我们获得了$c_s$ =1,0.1和0.01模型的$r<0.37, 0.27$和0.09($dn_s/d\ln k=0$)。当采用较小的$c_s$值时,$r$和$n_s$之间的正相关性也导致对$n_s$的上界的稍微更紧的约束,而标量谱指数$dn_s/d\ln k$的运行通常不受影响。对于声速$c_s$,如果仅使用CMB功率谱数据,则不能很好地约束,而通过考虑$f_{\rm NL}^{\rm equil.}$和$f_{\rm NL}^{\rm orth.}$先验可以获得约束。利用$f_{\rm NL}^{\rm equil.}$和$f_{\rm NL}^{\rm orth.}$的约束数据,我们发现,$c_s\lesssim 0.01$区域在99.7% CL时被排除,而$c_s=1$情况(单场慢卷暴胀)在68.3% CL时稍…
2012-10-26 astro-ph.CO hep-th
Reconstructing Early Primordial Black Hole Domination from Gravitational-Wave Backgrounds
Jagiellonian University(雅盖隆大学);University of Southampton(南安普顿大学)
本研究利用原初引力波背景的特征频率,建立数值关系以重建原初黑洞的质量与初始丰度,并表明NANOGrav信号已可探测4-90兆克范围的原初黑洞。
2026-10-12 astro-ph.CO hep-ph
Electromagnetic waves propagating in the string axiverse
人们普遍认为,在弦论中,轴子无处不在,可能就是暗物质。轴子暗物质的独特特征是相干振荡和通过陈-西蒙斯项与电磁场耦合。本文研究了质量在$10^{-13}\,{\rm eV}$到$10^{3}\,{\rm eV}$范围内的轴子的这两个特征的结果。首先,我们研究了由轴子相干振荡引起的电磁波的参数共振。作为谐振的结果,电磁波的振幅被增强,并且将产生圆偏振单色波。其次,我们研究了轴子暗物质背景下的光速。在陈-西蒙斯项的存在下,色散关系被修改,光速将随时间振荡。事实证明,光速的变化很难观察到。我们认为,未来的无线电波观测的共振可以引起一个更强的约束的耦合常数和/或密度的轴子暗物质。
2017-11-12 astro-ph.CO hep-th
Hinode/EIS observations of propagating low-frequency slow magnetoacoustic waves in fan-like coronal loops
我们报告的第一个观察到的多周期性传播的扰动沿扇形日冕结构同时检测到的强度和多普勒频移的Fe XII 195 A线与EUV成像光谱仪(EIS)机载日野。这一观测结果为冠状地震学的应用提供了新的思路。我们分析了EIS坐盯模式观测的振荡使用运行差异和小波技术。检测到两个周期为12和25分钟的谐波。我们测得多普勒频移幅度为1-2 km/s,相对强度幅度为3%-5%,视传播速度为100-120 km/s。强度和多普勒频移振荡之间的振幅关系提供了令人信服的证据,这些传播功能是慢磁声波的表现。25分钟波的检测长度(在该波长上波是可见的)约为70-90 μ m,比TRACE先前检测到的5分钟波的检测长度长得多。这种差异可以用阻尼长度对热传导波周期的依赖性来解释。基于线性波理论,我们推导出的磁场的视线约59 $\pm$ 8度,一个真正的传播速度为128 $\pm$ 25公里/秒和温度为0.7 $\pm$ 0.3 MK附近的环路的脚点从我们的测量的倾斜。
2009-08-03 astro-ph.CO astro-ph.SR