Merger Rate Distribution of Primordial-Black-Hole Binaries
本文考虑所有原初黑洞及线性密度扰动的力矩，计算了一般质量函数下原初黑洞双星的并合率分布，并指出一维和二维分布对重构质量函数至关重要。
2018-07-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effects of the merger history on the merger rate density of primordial black hole binaries
考虑到原初黑洞的合并历史，我们发展了一种计算原初黑洞双星合并速率密度的形式，给出了一个一般的质量函数。我们适用于三个具体的质量函数，单色，幂律和对数正态的情况下的形式主义。在前两种情况下，合并率密度主要由单一合并事件决定，而在后两种情况下，多个合并事件对合并率密度的贡献不容忽视。合并历史对合并率密度的影响依赖于质量函数。
2019-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Bayesian Evidence for Both Astrophysical and Primordial Black Holes: Mapping the GWTC-2 Catalog to Third-Generation Detectors
我们进行了一个层次贝叶斯分析的GWTC-2目录调查的混合情况下，合并事件解释的天体物理和原始起源的黑洞。对于天体物理的情况下，我们采用的现象学模型所使用的LIGO/处女座合作，我们包括从数据推断的不同参数之间的相关性，在原始和天体物理的情况下的自旋的作用，吸积在原始的情况下的影响。我们的最佳拟合混合模型相对于单种群天体物理模型有很强的统计证据，从而支持两个不同起源的黑洞合并种群的共存。特别是，我们的研究结果表明，天体物理合并约占原始黑洞事件数量的四倍，并预测第三代探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器，应该检测到数百个合并从原始黑洞双星在红移$z\gtrsim30$。
2021-06-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Mergers of Maximally Charged Primordial Black Holes
在宇宙学时间尺度上稳定的近极端原始黑洞可能构成暗物质的重要部分。由于它们的电荷，这类黑洞的合并速率在星系团内部增强，非极值合并残余物易于发生霍金蒸发。我们证明，如果这些集群的近极值孔包含足够数量的成员生存到低红移，硬光子从持续蒸发开始占主导地位的高能量扩散背景。我们发现，可以观察到的扩散光子通量的单色质谱的孔轻于约$10^{12}\rm g$。我们把它们的丰度上限尊重目前的伽玛射线望远镜设置的界限。此外，在原始黑洞形成时期引起的引力波背景可能会被未来计划和提议的在mHz至kHz频率范围内运行的地基和星载引力波观测站探测到，并且可以成为研究质量在$\rm 10^{12}g - 10^{19}g$范围内的轻带电原始黑洞的重要工具。
2022-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black hole merger rates: distributions for multiple LIGO observables
我们已经计算了可检测的合并率的原始黑洞，作为一个函数的红移，以及二进制的质量比，总质量和啁啾质量（观测，以前没有被探索的PBH非常详细）。我们考虑了LIGO和五个不同的原始黑洞质量函数的电流和设计灵敏度，以及与预测的天体物理学黑洞合并率的比较。我们发现，在目前的LIGO/室女座数据中，对几乎相等质量的双星的经验偏好可以与PBH假设相一致，一旦考虑到观测选择效应。然而，目前的数据不包括一些PBH的质量分布，未来的数据可能能够排除的可能性，所有观察到的BH合并有一个原始的起源。
2020-01-20 astro-ph.CO gr-qc
Formation of primordial black hole binaries and their merger rates
本研究综述原初黑洞双星形成及并合率理论，重点分析宇宙早期形成的高偏心率双星与其他原初黑洞的相互作用对并合率的抑制效应，及该作用催生的硬双星族群在不同原初黑洞丰度下对并合率的贡献。
2024-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
On the single-event-based identification of primordial black hole mergers at cosmological distances
原始黑洞（PBH）的存在，可能是由大爆炸后不久的物质超密度坍塌形成的，仍然存在争议。在PBH的潜在特征中，有引力波（GW）是从红移为$z\gtrsim 30$的双黑洞（BBH）合并中发射出来的，在那里不太可能形成天体物理学上的黑洞。未来的地面GW探测器，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜，将能够在这样的距离上观测到总质量为$\mathcal{O}(10-100)~M_{\odot}$的等质量BBH合并。在这项工作中，我们调查是否一个单一的BBH源的红移测量可以精确到足以建立其原始起源。我们模拟了不同质量，质量比和轨道取向的BBHs。我们表明，对于总质量在$20~M_{\odot}$和$40~M_{\odot}$之间的BBH，在$z \geq 40$合并，可以推断$z>30$在高达97%的可信度，与一个爱因斯坦望远镜，一个40公里的宇宙探测器在美国和一个20公里的宇宙探测器在澳大利亚的网络。在美国，一个由一个爱因斯坦望远镜和一个40公里的宇宙探测器组成的较小的网络测量$z>30$的可信度大于90%，大约有一半的来源比更大的网络。然后，我们评估的依赖性，这一结果的贝叶斯红移先验用于分析，特别是相对丰富的BBH合并起源于第一恒星，和原始BBH合并。
2021-09-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Wave Memory of Primordial Black Hole Mergers
本文比较了引力波探测器对双星旋近信号与非线性记忆的灵敏度，证明轻原初黑洞事件中旋近信号更易探测，并讨论了记忆波形模板及匹配滤波搜索的意义。
2025-10-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Primordial black holes and gravitational waves in nonstandard cosmologies
如果原初黑洞（PBH）形成于辐射期，那么要使PBH形成相当大比例的冷暗物质，所需的原初标量扰动幅度（$P_ζ(k) \sim 10^{-2}$）是相当大的。在交替的宇宙学历史中，任意状态方程的额外时期先于辐射时期，PBH形成的动力学和相关的质量范围可以是不同的，从而导致在较小尺度的暴胀下对原始功率的需求较低。此外，这种交替的历史可以修改对引力波（GW）谱的预测，这可以通过即将到来的GW观测来探测。在本文中，我们表明，一个早期的kination时代可以导致百分之水平丰度的PBH为一个较低的振幅的$P_ζ(k)$相比，PBH形成在一个标准的辐射时代。此外，我们计算的影响，早期kinination历元上的GW频谱的一阶和二阶微扰理论，显示增强的GW频谱的振幅在kinination历元相对于在一个标准的辐射历元。
2020-08-25 astro-ph.CO hep-ph
Stochastic Gravitational-Wave Background due to Primordial Binary Black Hole Mergers
最近先进的LIGO探测到的二进制黑洞合并促使多项研究调查的可能性，重GW 150914二进制系统是原始的起源，因此可能是黑洞形式的暗物质的证据。我们计算的随机背景所产生的非相干叠加的这种原始的二元黑洞系统在宇宙中，并比较它类似的背景光谱，由于二元黑洞系统的恒星起源。我们研究了未来的引力波探测器探测这种背景的可能性，并讨论了使用随机引力波背景测量来约束黑洞形式的暗物质成分的可能性。
2016-08-24 astro-ph.CO gr-qc
Hierarchical Merger of Primordial Black Holes in Dwarf Galaxies
我们研究合并历史的原始黑洞（PBH）的情况下，他们代表了占主导地位的暗物质组成的一个典型的矮星系的核心。我们调查的可能性的一系列碰撞导致的黑洞的层次合并，并期待在最终的质谱在这样的{ \it集群}，最初提出了一个单色（单质量）PBH人口。我们的研究表明，合并过程的结果是转移约$40\%$的总质量的核心合并的产品，无论初始质量的PBH，与约$5\%$的能量辐射出的引力波的形式。我们发现，在较轻的质量限制，黑洞高达8倍以上的质量比原来的人口可以在哈勃时间内形成。
2022-05-31 astro-ph.CO hep-ph
Constraining high-redshift stellar-mass primordial black holes with next-generation ground-based gravitational-wave detectors
恒星质量窗中可能存在的原始黑洞已经引起了相当大的关注，因为它们的合并可能有助于当前和未来的引力波探测。原始黑洞合并，以及起源于第III族恒星的黑洞合并，预计将在高红移（$z\gtrsim 10$）占主导地位。然而，原始黑洞的合并率密度将随红移单调上升，而第III族的合并只能在第一颗恒星诞生后才能发生。新一代的引力波探测器如宇宙探测器（CE）和爱因斯坦望远镜（ET）可以利用这一特征，直接测量两种粒子的丰度，从而对原始黑洞的丰度进行严格的限制。我们模拟了CE-ET检测器网络观察到的四个月的数据，并进行分层贝叶斯分析，以恢复合并率密度。我们发现，如果宇宙中没有质量为$\mathcal{O}(10M_{\odot})$的原始黑洞，那么它们的丰度$f_{\rm PBH}$作为暗物质能量密度的一部分的预计上限可能低至$f_{\rm PBH}\sim \mathcal{O}({10^{-5}})$，比这个质量范围内的当前上限低两个数量级。如果换成$f_{\rm PBH}\gtrsim 10^{-4}$，未来的引力波观测将在95%可信区间排除$f_{\rm PBH}=0$。
2022-04-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On the merger rate of primordial black holes: effects of nearest neighbours distribution and clustering
对${\cal O}$（10）$\,M_\odot$中原始黑洞（PBH）形式的暗物质的一个看似最强的约束依赖于从LIGO/Virgo探测到的二进制BH合并事件推断出的合并率。然而，这些界限的鲁棒性取决于早期宇宙中PBH双星形成的准确性。我们重新审视了合并率的标准估计，重点是几个关键因素：最近邻的空间分布和与给定原始功率谱相关的PBH的初始聚类。总体而言，我们证实了在文献中提出的结果的鲁棒性的情况下，一个狭窄的质量函数（其约束的PBH部分的暗物质是$f_{\rm PBH}\lesssim 0.001-0.01$）。PBH的初始聚类可能会有收紧当前约束的效果，但仅适用于非常广泛的质量函数，对应于在$k$空间中至少延伸几十年的原始功率谱中的宽颠簸。
2018-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Merger rate of supermassive primordial black hole binaries
本文研究宇宙膨胀对超大质量原初黑洞双星并合率的影响，考虑任意扩展质量函数、力矩和线性密度扰动，发现低丰度下大质量PBH双星并合率显著低于预期。
2023-12-01 astro-ph.CO gr-qc
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
Were recently reported MHz events planet mass primordial black hole mergers?
利用体声波谐振腔作为高频引力波天线，最近在$5.5$ MHz频率上探测到了两个罕见事件。假设探测到的事件是由引力波引起的，它们的特征应变振幅约为$h_c\approx 2.5 \times 10^{-16}$。虽然由于高频波携带的巨大能量，宇宙学信号不在图片中，但该信号可能是由于奥尔特云内两个行星质量的原始黑洞（$\approx 4\times 10^{-4} M_\odot$）在大约$0.025$ pc（$5300$ AU）处合并所致。在这个简短的说明中，我们表明，一个这样的事件发生在这个体积每年的概率是$1:10^{24}$左右，如果这样的土星质量的原始黑洞是$1\%$的暗物质。因此，探测到的信号不太可能是由于行星质量的原始黑洞的合并。然而，下一代引力波探测器，如DECIGO和BBO，可能会发现土星质量的原始黑洞双星的随机背景。
2021-11-23 astro-ph.CO gr-qc
The merger history of primordial-black-hole binaries
作为暗物质的候选者，原初黑洞（PBH）由于可能是LIGO/Virgo观测到的重双星黑洞（BBH）的祖先而受到越来越多的关注。准确估计PBH双星的合并速率对于重建PBH双星的质量分布至关重要。指出了多核聚变堆的合并历史可能会改变多核聚变堆的合并率分布，这取决于多核聚变堆的质量函数。本文利用LIGO/Virgo O 1和O2观测运行中的10个BBH事件，通过考虑合并历史的影响来约束PBH的合并率分布。研究发现，第二次兼并对总兼并率的贡献是次显性的，因此兼并历史效应可以忽略不计。
2020-01-12 astro-ph.CO
Primordial black hole mergers from three-body interactions
目前的引力波观测为太阳质量范围内的原始黑洞（PBH）丰度设定了最严格的界限。然而，这一限制本质上依赖于PBH模型预测的合并率。以前的分析主要集中在两个二元的形成机制：早期宇宙组装脱离哈勃膨胀和动力学捕获在当今的暗物质结构。使用天体物理学背景下研究的三体过程的反应速率，我们表明，在保守的假设下，在PBH晕三体相互作用有效地产生二进制。这些双星在泊松诱导的PBH小尺度结构中以高红移形成，并且预测一小部分将在宇宙的当前年龄内合并和合并，这与它们迅速合并的动态捕获场景不一致。在一般情况下，我们发现，这个通道预测速率可比的动态捕获的情况下。然而，从三体相互作用形成的双星并没有显着贡献的整体PBH合并率，除非PBH构成了一个主要部分的暗物质以上的太阳质量范围，一种情况下，排除了目前的限制。我们的研究结果支持强边界PBH丰度在恒星质量范围内来自激光干涉仪引力波天文台/室女座/KAGRA观测。最后，我们表明，这两个动力学通道总是次主导相比，早期宇宙组装PBH合并的小行星质量范围内，而我们希望它成为相关的方案PBH最初强烈聚集。
2022-11-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining the Merger History of Primordial-Black-Hole Binaries from GWTC-3
利用GWTC-3引力波事件约束原初黑洞双星的并合历史，发现多次并合贡献次主导，可忽略；对数正态质量函数拟合最佳，恒星质量PBH不主导冷暗物质。
2023-04-02 astro-ph.CO gr-qc
Merger History of Clustered Primordial Black Holes
National Research Nuclear University MEPhI（国立核研究莫斯科工程物理学院）；MIREA --- Russian Technological University（俄罗斯技术大学）
研究原初黑洞集群的合并历史，揭示其合并率与孤立系统差异，并发现引力波背景谱斜率变化。
2025-12-07 astro-ph.CO gr-qc
Prospects of detection of subsolar mass primordial black hole and white dwarf binary mergers
本文探讨了利用DECIGO等空间引力波干涉仪探测原初黑洞与白矮星双星并合的可行性，评估了保守事件率并讨论了满足现有约束所需的增强机制。
2023-12-29 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole formation from the merger of oscillons
Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（东北大学前沿跨学科科学研究机构）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理系）
本研究通过数值晶格模拟发现振荡子并合的质量谱具大质量指数尾，结合已有坍缩判据估算得出振荡子可产生大量原初黑洞，提供了无需调节暴胀子势的替代形成机制。
2025-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Initial clustering and the primordial black hole merger rate
如果原始曲率扰动服从高斯分布，那么原始黑洞（PBH）将服从泊松分布，而不需要额外的聚集。我们考虑了局域非高斯性及其对初始PBH聚簇和质量函数的影响，由于长波长和短波长模式之间的模式耦合。我们发现，即使是少量的非高斯结果在PBH的初始聚类和随后的合并率显着增强，PBH质量函数转移到更高质量的PBH。然而，由于集群变得强大，本地数密度的PBH变得大，导致合并率的理论上的不确定性很大。
2019-10-14 astro-ph.CO
Primordial Black Hole Dark Matter and LIGO/Virgo Merger Rate from Inflation with Running Spectral Indices: Formation in the Matter- and/or Radiation-Dominated Universe
我们研究的可能性来解释整个暗物质丰度的原始黑洞（PBH）或解释合并率的双黑洞估计的引力波探测LIGO/处女座。我们假设PBH起源于一个辐射或物质占主导地位的时代，从大的原始曲率扰动产生的通货膨胀。我们采取一个简单的模型无关的方法，考虑通货膨胀与大运行的频谱指数参数化的$n_\text{s}, α_\text{s}$，和$β_\text{s}$与观测范围一致。合并率由具有辐射主导时代产生的$\mathcal{O}(10)$ $M_{\odot}$质量的PBH拟合。那么跑步的跑法应该是$β_\text{s} \sim 0.025$，可以通过以后的观察来检验。另一方面，如果适当实现一组运行参数，则暗物质的整体丰度与早期物质主导时代产生的具有小行星质量的PBH（$\mathcal{O}(10^{-17})~M_{\odot}$）一致。
2018-11-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Waves from Primordial Black Hole Mergers
我们研究生产的原始黑洞（PBH）双星和合并率，占一个扩展的PBH质量函数和集群的空间分布的可能性。在假设LIGO观测到的引力波事件是由PBH并合引起的前提下，我们证明了满足目前对PBH丰度的所有约束条件的可能性，并找到了对数正态PBH质量函数的可行参数范围。引力波背景的非观测允许我们推导出对PBH中暗物质分数的约束，这比PBH质量范围$0.5-30M_\odot$中的任何其他当前约束都要强。我们表明，预测的引力波背景可以观察到未来运行的LIGO，和非观测表明，所观察到的事件不是原始起源。当PBH合并将物质转化为辐射时，它们可能具有有趣的宇宙学意义，例如，在缓解哈勃常数的高和低红移测量之间的紧张关系的背景下。然而，我们发现，这些影响是可以忽略不计的，重组后，没有更多的$1\%$ DM可以转换成引力波。
2018-05-23 astro-ph.CO hep-ph
Hidden universality in the merger rate distribution in the primordial black hole scenario
有人提出，原始黑洞（PBH）在辐射占优时代形成双星。一旦形成，它们中的一部分可能会在宇宙的年龄内通过引力辐射反应合并。我们调查的合并率的PBH双星时，PBH有一个分布的质量周围${\cal O}(10) M_\odot$，这是一个推广的以前的研究中，PBH被假定为具有相同的质量。在推导出PBH质量平面中的合并时间概率分布公式后，我们在两种不同的近似下对其进行了评估。我们确定了一个数量的质量分布的合并率密度每单位宇宙时间和共动体积$\mathcal{R}(m_1,m_2)$，$α= -{(m_1+m_2)}^2\partial^2 \ln\mathcal{R}/\partial m_1\partial m_2 $，普遍满足$0.97 \lesssim α\lesssim 1.05$的所有二进制质量独立的PBH质量函数。这一结果表明，该数量的测量是有用的测试PBH的情况。
2018-01-14 astro-ph.CO gr-qc
The merger rate of primordial-black-hole binaries
原始黑洞（PBH）长期以来一直是难以捉摸的暗物质（DM）的候选者，并且在~20-100 Msun的质量范围内仍然没有受到很好的限制。PBH双星最近被认为是LIGO第一次探测到的可能来源。在本文中，我们彻底重新审视现有的估计合并率的PBH二进制文件。我们计算的概率分布的PBH双星形成于宇宙早期，占潮汐扭矩的所有其他PBH，以及标准的大尺度绝热扰动。然后，我们检查是否在早期宇宙中形成的PBH双星的轨道参数可以显着影响之间的形成和合并。我们的分析估计表明，潮汐场的晕和与其他PBH的相互作用，以及由未绑定的标准DM粒子的动力学摩擦，不做显着的工作，也不扭矩PBH二进制文件。我们估计由于重子吸积的扭矩要比以前的计算弱得多，虽然可能大到足以显着影响典型的PBH双星的偏心率。我们还重新审视了PBH-二进制合并率产生的引力捕获在当今的晕，占泊松波动。如果在早期宇宙中形成的双星存活到现在，正如我们的分析估计所表明的那样，它们主导了PBH的总合并率。此外，如果多光子黑洞在暗物质中占很大比例，那么这个合并率将比LIGO目前的上限大几个数量级。因此，LIGO将限制约10-300兆太阳的PBH构成不超过约1%的暗物质。然而，为了使这一结论完全可靠，需要对几个复杂的天体物理过程进行数值研究-例如第一个PBH晕的形成以及它们如何影响PBH双星，以及气体吸积到极端偏心的双星上。
2018-01-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effect of a High-Precision Semi-Analytical Mass Function on the Merger Rate of Primordial Black Holes in Dark Matter Halos
本文研究了高精度半解析质量函数对暗物质晕中原初黑洞合并速率的影响。为此，我们首先解释了暗物质晕模型的理论框架，并介绍了相关的量，如晕密度分布，浓度参数，和一个高精度的半解析函数，即德尔Popolo（DP）质量函数。接下来，我们在考虑DP质量函数的椭球坍缩暗物质晕模型的框架下计算了PBH的合并率，并与我们以前对Sheth-Tormen（ST）质量函数的研究进行了比较。结果表明，将多环芳烃的质量取为$M_{\rm PBH} = 30M_{\odot}$，DP质量函数可以潜在地放大多环芳烃的合并速率。此外，我们计算合并率的PBH DP质量函数作为其质量和分数的函数，并将其与LIGO-Virgo探测器在最近的观测运行中记录的黑洞合并。我们的研究结果表明，如果$f_{\rm PBH} \gtrsim \mathcal{O}(10^{-1})$，PBH的合并率将落入LIGO-Virgo带。这意味着DP质量函数可以用来加强对PBH分数的约束。
2023-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Black Holes' Dark Dress: On the merger rate of a subdominant population of primordial black holes
天体物理学和原始黑洞的形成会影响周围暗物质的分布。因此，黑洞被认为带有一件暗物质“外衣”，其性质取决于它们的形成机制和环境的性质。在这里，我们进行了一个数值和分析研究的合并的打扮黑洞，并表明，周围的暗物质的分布显着影响的动力学演化的双星。虽然对原始黑洞的合并率的最终影响相对于“裸”黑洞的情况是相当小的，我们认为，我们的分析将这个速度的计算放在更坚实的基础上，LIGO-Virgo的观测排除了100个太阳质量的原始黑洞的$10^{-3}$的暗物质部分，这为更详细地分析暗物质对双黑洞引力波发射的环境影响铺平了道路。
2018-12-19 astro-ph.CO hep-ph
Inferring the Merger History of Primordial Black Holes from Gravitational-Wave data and the Stochastic Signatures
本研究利用引力波暂现源目录数据，通过贝叶斯分析约束原初黑洞双星并合率，给出红移演化指数与局域并合率的估计，指出随机引力波背景可用于探测原初黑洞并合的累积历史。
2025-07-28 astro-ph.CO gr-qc
Strong clustering of primordial black holes from Affleck-Dine mechanism
原始黑洞（PBH）是LIGO-Virgo合作观测到的双星合并事件的一个有趣的起源候选者。PBH在形成时的空间分布是估计合并率的一个重要特征。我们研究了由阿弗莱克-戴恩（AD）重子生成形成的PBH的聚集，其中致密的重子泡坍塌形成PBH。我们发现，形成PBH显示出很强的聚类由于随机动态的AD字段。包括聚类，我们评估的合并率和等曲率扰动的PBH，这表明显着偏离那些没有聚类。
2021-10-15 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes: from Theory to Gravitational Wave Observations
原始黑洞（PBH）可以在早期宇宙中形成，并且可能包含暗物质的重要部分。有趣的是，它们伴随着引力波（GW）信号的产生，它们可能有助于LIGO/Virgo合作组织（LVC）目前观察到的合并事件。在这篇论文中，我们研究了PBH的情况下，解决各种属性的形成时代和计算的丰度超出高斯范式，同时也发展的理论描述PBH的演变通过吸积和合并，特别是侧重于模拟他们的GW签名。在第二部分中，我们比较原始的情况下，与当前的GW数据，抓住可能的贡献PBH二进制LVC信号和预测未来的GW探测器，如爱因斯坦望远镜和LISA的潜力，以检测合并的原始二进制和随机GW背景诱导在二阶PBH形成机制。
2021-10-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Non-thermal Higgs Spectrum in Reheating Epoch: Primordial Condensate vs. Stochastic Fluctuation
本文研究再加热时期 Higgs 场的非热相空间分布，推导原初凝聚体与随机涨落的解析谱，并分析微扰衰变中的主导贡献及二者近同时衰变的结论。
2023-04-25 astro-ph.CO hep-ph
A Faster Growth of Perturbations in an Early Matter Dominated Epoch: Primordial Black Holes and Gravitational Waves
我们提出了一个快速增长的宇宙学扰动的情况下，$δ(t) \sim a(t)^s$，$a(t)$的比例因子，与$s > 10$的数值例子在这篇文章中报道。该方案的基本成分是一个早期的物质主导的时代和暗费米子经历了标量介导的力量在时代。这两种情况都出现在弦/超引力模型中。暗费米子在视界下的密度扰动会导致快速增长。这种快速增长具有丰富的现象学含义。我们概述了原始黑洞的形成和引力波的产生的影响。可以产生月球质量范围内的原始黑洞（它们是理想的暗物质候选者）。由于二阶标量微扰和原初黑洞的蒸发和合并，可以在很宽的频率范围内产生引力波。
2022-01-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The merger rate of primordial black hole binaries as a probe of Hubble parameter
本文提出利用下一代引力波探测器获得的PBH双星红移质量与并合率分布，反演质量函数并约束背景宇宙学中的哈勃参数。
2024-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole Formation in Non-Standard Post-Inflationary Epochs
在早期宇宙中，当大的过密度引力坍缩时，它们会导致原始黑洞（PBH）。根据暴胀导致必要的大扰动的精确模型，在尺度上比宇宙微波背景（CMB）调查所探测的尺度小得多，质量为$\lesssim$ $10^3 M_{\odot}$的PBH可以在暴胀结束和核合成之间的某个时候形成。然而，在这段时间内缺乏对宇宙确切膨胀历史的直接探测，这给PBH的形成过程带来了不确定性。在暴胀后的一段时间内，交替的宇宙学演化的存在影响了（i）PBH质量和坍缩超密度尺度之间的关系;以及（ii）PBH丰度和超密度幅度之间的关系。在这篇评论中，非标准的宇宙学时代有关的PBH生产的差异的动机和讨论。本文从唯象的角度讨论了在非标准历元中发展PBH形成框架的重要性，特别强调了引力波（GW）唯象学的进展，因为丰富的PBH总是伴随着大的诱导GW。本文还对一般非标准历元中PBH的形成进行了综述，包括数学形式。具体的例子，如PBH的形成在一个动能为主的时代和早期的物质为主的时代，讨论了与数字显示更高的PBH丰度相比，在标准辐射统治的生产。
2023-02-24 astro-ph.CO gr-qc
Establishing the Non-Primordial Origin of Black Hole-Neutron Star Mergers
来自早期宇宙的原始黑洞（PBH）构成了一个有吸引力的暗物质候选者。LIGO/Virgo合作项目首次探测到黑洞-中子星（BH-NS）候选引力波事件GW 200105和GW 200115，已经引发了对非天体物理起源的猜测。我们分析，第一次，总体积合并率的PBH-NS二进制通过两体引力散射形成，发现他们是次主导的天体物理BH-NS率。与二元黑洞相比，其中很大一部分可能是原始起源的，要么形成于暗物质晕，要么形成于早期宇宙，PBH-NS率不能通过恒星形成之前的贡献显着提高。我们的研究结果意味着，确定的BH-NS事件的天体物理起源，即使PBH-PBH事件显着有助于GW的意见。
2022-05-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Digging deeper: Observing primordial gravitational waves below the binary black hole produced stochastic background
从第一次高级LIGO科学运行的探测中推断出的黑洞双星的合并率，意味着由宇宙学人口合并产生的随机背景可能会掩盖原始引力波背景。在这里，我们证明了下一代的地面探测器，如爱因斯坦望远镜和宇宙探测器，将能够观察到的二进制黑洞合并在整个宇宙中有足够的效率，混乱的背景可能会被减去观察原始背景的水平$Ω_{\mathrm{GW}} \simeq 10^{-13}$经过五年的观察。
2017-02-28 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Hole Merger Rate in $f(R)$ Gravity
在 $f(R)$ 修改引力框架下计算原初黑洞并合率，发现较广义相对论有所增强，且场强变化可作为观测特征，结果与 LIGO-Virgo-KAGRA 数据在特定参数下一致。
2023-08-21 astro-ph.CO gr-qc
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
Rapid Merger of Binary Primordial Black Holes: an Implication for GW150914
我们提出了一个新的方案，一个二元的原始黑洞（PBH）的演变。我们认为一个动力学摩擦环境暗物质，散射的暗物质粒子与一个高度偏心的轨道，除了标准的两体松弛过程，以填补损失锥，和相互作用之间的二进制和一个circumbinary磁盘，假设PBH不构成大部分的暗物质。通过这些过程，二元PBH损失能量和角动量，这对于典型的配置来说是足够有效的。这样的双星由于引力波的发射而在比宇宙年龄短得多的时间尺度上合并。我们估计了合成的引力波背景的密度参数。本文还讨论了中等质量到超大质量黑洞形成的天体物理意义。
2016-06-03 astro-ph.CO gr-qc
Is GW170817 a Multimessenger Neutron Star-Primordial Black Hole Merger?
我们研究了引力波事件GW 170817是一个轻的、太阳质量的黑洞（BH）-中子星（NS）合并的可能性。我们探讨了两个奇异的情况下，涉及原始黑洞（PBH），可以产生这样的事件，考虑到现有的观测信息NGC 4993。首先，我们考虑动力学NS-PBH双星形成的可能性，其中太阳质量的PBH和NS通过引力相互作用形成一个双星。我们发现，虽然动力学NS-PBH的形成可以解释GW 170817事件，但该速率高度依赖于未知的密度对比因子，并可能受到星系合并的影响。我们还发现，PBH-PBH二进制将可能有一个更大的合并率，假设密度对比度提高因子的顺序类似于NS-PBH的情况。这些奇特的合并形成可以提供新的渠道来解释LIGO/Virgo报告的紧凑物体合并的体积率。其次，我们考虑了二元NS系统中的一个NS被微观PBH坍缩的情形。我们发现，NS坍缩成BH的预测率是非常小的，至少对于NGC 4993的特定环境。我们指出，类似的现有（例如GW 190425和GW 190814）和未来的观测将进一步阐明这些情景。
2020-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The rise of the primordial tensor spectrum from an early scalar-tensor epoch
在暴胀过程中产生的原始引力波（PGW）跨越了很大的频率范围，携带着原始宇宙动力学的信息。在早期纯量张量主导的时期，PGW频谱的振幅可以在很宽的频率范围内增强。为了研究这一现象，我们集中在一类标量张量理论，以及高能量理论的暗能量和暗物质，其中的标量是共形和非形式耦合的早期宇宙演化过程中的物质的动机。对于共形主导的时期，PGW频谱具有平坦的阶梯状形状。更有趣的是，一个非正式主导的时代的特点是一个峰值频谱与一个破碎的幂律配置文件，与斜率取决于标量张量理论考虑。我们引入了一个图形工具，称为破幂律灵敏度曲线，作为一个方便的视觉指标，了解是否可以检测到GW实验的给定破幂律配置文件。然后，我们分析了各种代表性的共形和非正式模型的GW光谱，讨论了它们与爱因斯坦望远镜（ET），激光干涉仪空间天线（LISA），DECi赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO）和大爆炸观测器（BBO）的可探测性前景。
2022-04-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Merger rates in primordial black hole clusters without initial binaries
原始的黑洞通过宇宙密度波动的崩溃而形成，被假设为宇宙中暗物质含量的贡献者。与此同时，它们的合并可能有助于最近观察到的引力波源的数量。我们调查的情况下，原始黑洞形成双星在宇宙的后期。具体来说，我们重新审视合并的原始黑洞在小集群的~30个对象的初始双星的情况下。双星通过牛顿引力相互作用动态地形成。这些双星作为星系团的热源，增加了星系团的速度色散，这抑制了通过引力波两体捕获的直接合并。与此同时，紧密双星的三体相遇太罕见了，以至于无法使双星足够紧密，从而使它们通过引力波辐射合并。我们的结论是，在没有初始双星的情况下，Bird et al.（2016）初始星团配置中的原始黑洞的合并率至少比以前提出的低一个数量级，这使得引力波检测到这样的源是不可能的。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Astro-Primordial Black Hole Merger Rates: a Reappraisal
主要是最近的GW 190521质量间隙事件，我们作为一个基准点的动机，我们批判性地评估，如果二进制的原始黑洞和天体物理起源的黑洞可能形成，合并在星团和重现LIGO/室女座探测率。虽然先前研究的两种机制--直接捕获和三体诱导--似乎效率低下，我们提出了一个新的“催化”通道的基础上的想法，随后链的单二进制和二进制-双星交换可能导致高质量双星对的形成，并表明如果球状星团中的原始黑洞的局部过密度可以解释最近的GW 190521事件集群比几个大。
2021-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Evidence for primordial black hole dark matter from LIGO/Virgo merger rates
到目前为止，LIGO/Virgo合作已经观测到或限制了不同类别紧凑物体的引力合并率。我们认为，这些合并的大部分是原始黑洞（PBH）合并的PBH在QCD时代形成的整个暗物质的可能性。在一篇配套论文中表明，由于在早期宇宙中形成的初始二元人口的合并可能是可以忽略不计的，我们计算了典型PBH所在的PBH集群中当前的合并率。我们考虑两种情况：（i）由QCD状态方程决定的PBH质量函数和（ii）由暴胀微扰谱中存在的峰决定的PBH质量函数。在第一种情况下，这基本上是参数免费的，我们很好地再现了合并率重黑洞，合并率的质量不对称的黑洞，如GW 190814，最近发现的合并的23 $M_{\odot}$黑洞与$2.6M_{\odot}$对象，可以自然地解释为什么LIGO/处女座尚未观察到合并的两个轻PBH从占主导地位的$\sim 1\,M_{\odot}$ PBH人口。在第二种情况下，它有一些参数的自由，我们很好地匹配所观察到的重PBH的速率，但目前不能解释质量不对称事件的速率。无论哪种情况，在这两种情况下，用最少的假设得出的PBH合并率与LIGO/Virgo观测到的大多数合并率非常匹配，这是诱人的。
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Hole Mergers as Probes of Dark Matter in Galactic Center
本研究探讨原初黑洞在暗物质尖峰影响下的合并率，发现低红移处出现峰状结构，可区分于天体物理黑洞，并作为银河系中心暗物质的引力波探针。
2025-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Can we distinguish astrophysical from primordial black holes via the stochastic gravitational wave background?
区分天体物理学黑洞和原始黑洞的关键窗口之一是通过它们各自合并速率的红移演化。天体物理学起源的低红移黑洞人口预计将遵循恒星形成率。它们的合并率峰值的红移小于恒星形成率峰值（$z_p \approx 2$），这取决于黑洞形成和合并之间的时间延迟。原始起源的黑洞将在恒星形成之前就存在，并且这些源在高红移时的合并率将会很大。我们提出了一个联合估计的混合合并率从随机引力波背景，它可以使用合并率的宇宙历史来区分两个人口的黑洞。利用LIGO/Virgo第三次观测的随机引力波背景振幅的最新界，我们得到了$68\%$ C. L.对原始黑洞合并速率指数$2.56_{-1.76}^{+1.64}$和天体物理黑洞时间延迟$6.7_{-4.74}^{+4.22}$ Gyr.我们应该能够区分不同的黑洞群体与即将到来的O 5和A+探测器的灵敏度。
2021-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Black Hole Merger Rate in Ellipsoidal-Collapse Dark Matter Halo Models
为了解释由先进LIGO（aLIGO）探测器的引力波探测结果估算的原初黑洞（PBH）合并引起的暗物质丰度，我们在晕的椭球坍缩模型中研究了PBH的合并速率.我们已经指出，PBH合并率内的每个晕的椭球模型是更显着的球形模型。我们已经指出，PBH合并率每单位时间和每单位体积的椭球坍缩晕模型是约一个数量级高于相应的球形模型。此外，我们还计算了PBH总合并率随红移的演化。结果表明，椭球晕模型的演化比球形晕模型更敏感，正如从模型预期。最后，我们已经提出了一个约束的PBH丰度范围内的椭球和球形模型。通过与第三次观测运行（O3）期间的aLIGO合并结果的比较，我们发现椭球坍缩晕模型中的合并率落在aLIGO窗口内，而同样的结果对于球形坍缩晕模型是无效的。此外，我们比较了总的合并率的PBH在椭球坍缩晕模型中的几个质量的PBH的分数。结果表明，PBH的总合并率与其质量成反比。我们还估计了在椭球坍缩晕模型中PBH的分数与它们的质量之间的关系，并证明了PBH的窄质量分布。结果表明，从椭球坍缩晕模型的PBH合并率推断的约束可能比球坍缩晕模型的相应结果更强。
2021-05-10 astro-ph.CO gr-qc
Impact of dark matter spikes on the merger rates of Primordial Black Holes
本研究分析暗物质尖峰对原初黑洞双星并合率的影响，发现其可增可减并合率，并基于LVK数据给出PBH占比约束，表明影响比预期复杂。
2023-12-21 astro-ph.CO hep-ph
Merger rate of initially clustered primordial black holes for the two-body channel
Theory Center, Institute of Particle and Nuclear Studies (IPNS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子与核研究研究所理论中心）；ICRR, University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, University of Tokyo（东京大学 Kavli 宇宙起源与物质研究所（世界顶尖学术研究中心）、宇宙前沿机构）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN（理化学研究所交叉理论与数学科学中心）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理学系）
研究基于引力波观测探讨原始黑洞聚集群对双体合并率的影响，发现弱聚集群可使LIGO-Virgo-KAGRA事件用更小的PBH参数解释，但强聚集群会因三体系统形成抑制双体合并。
2026-04-21 astro-ph.CO
Mergers of Binary Primordial Black Holes in Evolving Dark Matter Halos
本文研究暗物质晕对原初黑洞对轨道演化及并合率的影响，发现暗物质壳层非球对称收缩使晕中心持续存在非零密度，暗物质散射加速黑洞并合，使约30倍太阳质量原初黑洞的并合率提高数倍。
2024-12-30 astro-ph.CO
