On the abundance of primordial bound states of superheavy magnetic monopoles
有人提出,超重带电粒子可能是在宇宙暴胀结束时以原始束缚对的形式诞生的。这样的电子对被认为是超高能宇宙射线(UHECR)的来源。我们发现,原始绑定对大于$10^{-9}$厘米的磁单极子迅速热分解,由于与原始电子-正电子等离子体的相互作用,任何这样的初始原始浓度被冲洗掉。因此,最终浓度将由其平衡丰度定义。
2013-06-06 astro-ph.CO
How well do we know the primordial black hole abundance? The crucial role of nonlinearities when approaching the horizon
本文研究了计算原初黑洞丰度时非线性修正的关键作用,指出当前标准技术存在不确定性,原初黑洞丰度可能远低于常规预期,从而缓解了脉冲星计时阵列数据因黑洞过量产生而被排除的矛盾。
2023-09-07 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
Constraining small-scale primordial magnetic fields from the abundance of primordial black holes
本研究重新审视了通过原初黑洞丰度限制小尺度原初磁场振幅的方法,发现磁场在增加密度扰动的同时也会提高黑洞形成的密度对比阈值,据此确立了共动磁场振幅的上限。
2024-11-12 astro-ph.CO gr-qc
A Note on the Abundance of Primordial Black Holes: Use and Misuse of the Metric Curvature Perturbation
原始黑洞(PBH)的形成是一个罕见的事件,通过崩溃的大波动在早期宇宙。例如,这通过形成概率的非高斯尾部表现出来。为了计算这样的概率和PBH的丰度,经常采用曲率摄动。在本说明中,我们强调,它的使用不提供正确的PBH形成概率。通过一个路径积分的方法,我们表明,准确计算的PBH丰度需要的知识的曲率扰动或等价的,所有相应的连接的adjacator的多变量联合概率。
2022-04-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
From Primordial Black Holes Abundance to Primordial Curvature Power Spectrum (and back)
在原始黑洞(PBH)由大的原始曲率(C)扰动形成的模型中,即,CPBH,对PBH丰度的约束原则上提供了对原始曲率功率谱的约束。然而,这种联系必然取决于PBH形成机制的细节。在本文中,我们提供了,第一次,约束的原始曲率功率谱的最新限制PBH丰度,考虑到所有的步骤,从引力坍缩在真实空间中的PBH形成。特别是,我们使用数值相对论模拟和峰值理论的结果来研究PBH形成的条件范围内的扰动形状,包括非线性,扰动配置文件和仔细处理平滑和过滤尺度。然后,我们获得更新的PBH形成条件,并将其转化为原始的频谱约束范围广泛的形状和丰度。这些更新的约束涵盖了其他宇宙学观测量所没有探测到的尺度范围。我们的研究结果表明,正确和准确的非线性,滤波和典型的扰动轮廓的建模,是至关重要的推导有意义的宇宙学意义。
2019-10-14 astro-ph.CO
The Sign of non-Gaussianity and the Primordial Black Holes Abundance
本文证明在非吸引子单场暴胀模型中,曲率功率谱峰值处的非高斯性参数 $f_{NL}$ 恒为正,从而表明该机制难以解释脉冲星计时阵列观测到的标量诱导引力波信号。
2023-09-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes as a novel probe of primordial gravitational waves. II: Detailed analysis
最近,我们提出了一种新的方法来探测原始引力波的丰度上界的原始黑洞(PBH)。当早期宇宙中产生的原始张量扰动的振幅相当大时,由于它们的二阶效应,它们会引起大量的标量扰动。如果这些引起的标量扰动太大,当他们重新进入视界,然后PBH是过度生产,他们的丰度超过观测上限。也就是说,超视界尺度上的原始张量扰动可以从PBH的缺失中得到约束。在我们最近的论文中,我们只显示了这些新的约束的简单估计,因此在本文中,我们提出了详细的推导,解决了在二阶张量扰动引起的标量扰动的爱因斯坦方程。我们还推导出一个近似公式的概率密度函数的诱导密度扰动,必要的PBH的丰度的原始张量功率谱,假设原始张量扰动遵循高斯分布。我们从PBH的新的上限与其他现有的边界从大爆炸核合成,宇宙微波背景,LIGO/Virgo和脉冲星定时阵列。
2016-08-16 astro-ph.CO gr-qc
The underlying stellar absorption contribution to the primordial helium abundance determination
利用简单的恒星星族模型和斯隆数字巡天的观测数据,我们对恒星吸收对原始氦丰度总不确定性的贡献进行了探索性分析。结果表明,如果忽略恒星吸收,我们的分析产生的误差的氦丰度测定的下限。
2011-04-19 astro-ph.CO
Multiple peaks in gravitational waves induced from primordial curvature perturbations with non-Gaussianity
本文将高斯情形下原初曲率扰动诱导引力波的分析推广到非高斯情形,并总结出界定非高斯曲率扰动多重峰所诱导引力波峰的经验法则。
2024-10-15 astro-ph.CO gr-qc
Constraints on the abundance of supermassive primordial black holes from lensing of compact radio sources
原始黑洞(PBH)形成暗物质的一部分的可能性已经被认为是在从普朗克质量($10^{-5}~\rm g$)到星系中心超大质量黑洞水平的广泛质量范围内。原始起源可能是超大质量黑洞形成的重要途径之一。我们使用的透镜效应的检测非常长的基线干涉仪观测的紧凑的无线电源具有极高的角分辨率作为一个有前途的探针,以限制在质量范围$\sim10^4$ - $10^9~M_{\odot}$星系际PBH的丰度。对于一个测量良好的543平谱致密射电源的样本,没有发现角间距在$1.5$毫角秒和$50$毫角秒之间的毫透镜图像。从这个空搜索结果,我们得出的分数的暗物质组成的超大质量PBH的质量范围$\sim10^6$ - $10^8~M_{\odot}$是$\lesssim1.48\%$在$95\%$的置信水平。由于测量的紧凑型射电源的数量的快速增加,这种限制将得到显着改善。例如,在最新的$\sim14000$源中没有确认的毫透镜候选的基础上,我们导出了超大质量PBH的丰度,并在$95\%$置信水平下得到它是$\lesssim0.06\%$。
2022-03-30 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes from CDM Isocurvature Perturbations
我们表明,原始的黑洞可以产生从大的等曲率扰动的冷暗物质的崩溃。我们开发了一种新的程序来计算所产生的黑洞丰度通过研究匹配扰动的物质只有宇宙,我们用我们的程序来翻译观测约束黑洞丰度到模型无关的约束冷暗物质等曲率扰动在很宽的尺度范围内。对原始扰动典型振幅的约束在小尺度上比线性减弱稍慢。
2022-05-24 astro-ph.CO gr-qc
Application of peaks theory to the abundance of primordial black holes
本文考虑应用峰值理论计算与原初黑洞(PBH)形成有关的峰值数密度。对于PBH,最终质量与其形成的扰动的幅度和尺度有关,其中尺度被定义为压缩函数达到峰值的尺度。因此,我们扩展了峰理论,不仅计算给定幅度的峰的丰度,而且计算给定幅度和尺度的峰。给出了与PBH形成有关的高峰值极限的简单拟合公式。我们还调整计算使用高斯平滑函数,确保收敛,而不管功率谱的选择。
2020-01-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
pbhstat: A Python package for calculating the primordial black hole abundance
本文介绍了公开的Python包pbhstat,它基于给定的原初功率谱,利用Press-Schechter理论、峰理论等多种统计方法,计算原初黑洞的质量函数与总丰度。
2025-09-17 astro-ph.CO
Measuring primordial non-Gaussianity through weak lensing peak counts
我们探讨了使用弱透镜峰计数检测本地类型的原始非高斯性的可能性。我们测量了对应于三个模型f_NL={0,+100,-100}的模拟弱透镜映射组中的峰丰度。使用与Euclid类似的测量规范,在不假设任何透镜和源红移知识的情况下,我们发现fNL =+-100的非高斯模型的峰值函数与高质量端的高斯峰值函数相差15%。对于假定的测量参数,拟合f_NL=0峰值函数到f_NL=+-100峰值函数的概率小于0.1%。假设其他宇宙学参数已知,f_NL可以测量,误差Δf_NL ~ 13。因此,未来的弱透镜巡天(如欧几里得和LSST)可能会从丰富的峰值计数中检测到原始非高斯性,并为从宇宙微波背景中获得的信息提供补充信息。
2012-04-18 astro-ph.CO gr-qc
Prospects and Limitations for Constraining Light Relics with Primordial Abundance Measurements
光遗迹密度影响早期宇宙的热和膨胀历史,留下许多可观察到的印记。我们着重讨论了大爆炸核合成过程中产生的轻元素的原始丰度,这些丰度受光遗迹密度的影响。原始丰度可以用来推断光遗迹的密度,从而作为标准模型之外的物理学的探针。我们计算的观测不确定性的原始轻元素丰度和相关的数量,将需要为了这些测量,以实现灵敏度的轻遗物密度从即将到来的宇宙微波背景调查的预期。我们确定的核反应率,需要更好地测量,以最大限度地利用未来的观测。我们表明,改进的原始氦-4丰度的测量可以改善对轻遗物的约束,而更精确的测量原始氘丰度是不可能有竞争力的宇宙微波背景测量轻遗物密度。
2019-09-23 astro-ph.CO hep-ph
Chiral Imprint of a Cosmic Gauge Field on Primordial Gravitational Waves
具有各向同性应力能的宇宙学规范场将宇称破缺引入到引力波的行为中。我们表明,暴胀引力波的原始频谱开发一个首选的旋向,左或右圆极化,这取决于丰度和耦合的规范场在辐射时代。适度丰富的规范场将导致宇宙微波背景温度和极化模式的宇称违反相关性,这些都可以通过当前和未来的实验检测到。
2014-12-18 astro-ph.CO gr-qc
Sensitivity of primordial black hole abundance on the reheating phase
研究了再加热历史对原初黑洞丰度的敏感性。与PBH质量分数的单色情况相反,具有不同e折叠和状态方程的再加热时代可以对具有扩展质量分数的PBH的丰度产生实质性影响。我们明确地证明了这种再加热的敏感性在一个说明性的模型中的单场膨胀与准拐点,并发现,无论是峰值位置和振幅的扩展质量分数以及丰富的PBH DM可以变化的数量级,这增加了另一层的不确定性的PBH的情况下,暗物质。
2018-08-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Projected gravitational wave constraints on primordial black hole abundance for extended mass distributions
本研究针对扩展原初黑洞质量分布,结合下一代引力波探测器Einstein Telescope与LISA,从可分辨并合和随机引力波背景两方面投影约束原初黑洞丰度,发现高红移并合约束受质量分布影响显著,且两台探测器约束可互补。
2024-10-29 astro-ph.CO gr-qc
The Ineludible non-Gaussianity of the Primordial Black Hole Abundance
我们研究了原始黑洞的形成,它们是由早期宇宙中的大超密度坍缩产生的。由于密度衬度与共动曲率扰动之间存在非线性关系,因此超密度统计必然是非高斯的。我们表明,原始黑洞在形成的丰度可能不会被捕获的微扰方法,保留了前几个累积量的非高斯概率分布。我们提供了两种技术来计算非高斯丰度的原始黑洞在形成,一个基于峰值理论和阈值统计。我们的研究结果表明,不可避免的非高斯性质的不均匀性的能量密度,使它更难产生PBH。我们提供了简单的(半)分析表达式来计算非高斯丰度的原始黑洞,并表明,对于窄和宽的功率谱的高斯情况下,从阈值统计再现的功率谱的振幅增加了一个因素${\cal O}(2÷3)$。
2019-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Holes from Broad Spectra: Abundance and Clustering
在早期宇宙中形成原始黑洞的一个常见机制是在小尺度上增强暴胀过程中产生的标量扰动。如果这些波动有足够大的振幅,它们可能会在重返视界时坍缩成原始的黑洞。这样的原始黑洞可能包含了所有的暗物质。我们提供了一些考虑的形成和集群的原始黑洞时,标量扰动的特点是由一个广泛的频谱。利用偏移集方法和最优统计量,我们证明了小质量的原始黑洞被大质量的原始黑洞吸收的云中云现象基本上是不存在的。这是因为原始黑洞的形成是极其罕见的事件。我们还表明,从质量分布的角度来看,宽谱和窄谱给出了类似的结果,在这个意义上说,质量分布是向一个单一的质量倾斜。此外,我们认为,原始的黑洞从宽谱不集群的形成,其分布是占主导地位的泊松。
2019-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The basics of primordial black hole formation and abundance estimation
本文综述了原初黑洞的形成与丰度估算,介绍了三区域模型及长波长解、压实函数和峰值理论等工具,并以单色功率谱为例计算了质量谱。
2024-03-18 astro-ph.CO
Non-Gaussianity effects on the primordial black hole abundance for sharply-peaked primordial spectrum
通过在原初曲率微扰的单点概率分布函数中系统地考虑非高斯性对原初黑洞(PBH)形成时质量分数的影响,微扰地研究了非高斯性对PBH质量分数的影响.我们专注于双谱和三谱,并推导出公式,描述其对分布函数的偏度和峰度的影响。然后考虑窄峰谱的情况下,我们得到简单的公式,简明地表达的双和三谱的效果。特别是,连同$g_{\rm NL}$和$τ_{\rm NL}$参数的三谱,我们发现,非高斯参数的各种类型的双谱线性组合,给出一个有效的参数,$f_{\rm NL}^{\rm eff}$,确定PBH的质量分数在窄的光谱形状限制。
2022-10-31 astro-ph.CO
Gravitational-Wave Constraints on the Abundance of Primordial Black Holes
研究了原初黑洞形成过程中原初密度涨落引起的引力波的特征。结果表明,当波数小于一定值时,诱导GW的频谱对波数空间的峰宽不敏感,但频谱的幅值在峰值频率处减小,而在低频处减小得更快。GW振幅和PBH丰度之间的对应关系也调查纳入峰宽。我们发现,质量为10^{20-26}g的多环芳烃可以被空间激光干涉仪和原子干涉仪探测到,无论其峰宽是否很小。此外,我们通过比较GW频谱与CMB观测的低频尾部,获得了超大质量PBH丰度的限制。
2011-07-05 astro-ph.CO
A peak in the power spectrum of primordial gravitational waves induced by primordial dark magnetic fields
本研究发现在背景原初暗磁场中引力子-暗光子转换会导致PGWs快子不稳定性,使其功率谱产生方向依赖的峰值,从而为探测原初暗磁场提供新途径。
2023-06-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Computing the abundance of primordial black holes
本章介绍了计算由大振幅宇宙学扰动形成的原初黑洞丰度的方法,论证致密度为最适参数,并解释了Press-Schechter与峰理论等丰度及质量函数计算方法。
2024-05-30 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
A new signature of primordial non-Gaussianities from the abundance of galaxy clusters
星系团丰度随时间的演化对原始密度扰动的统计性质非常敏感。因此,它可以用来探测初始条件下与高斯性的微小偏差。这种偏差的特征将有助于区分不同的暴胀情景,并为我们提供有关早期宇宙中发生的物理过程的信息。我们发现,当包含在星系团计数中的信息被用来重建作为红移函数的暗能量状态方程时,错误地假设不存在原始非高斯性,在有效的暗能量状态方程中出现了明显的随时间的演化,其特征在于出现明显的不连续性。
2012-05-19 astro-ph.CO
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
Constraining the primordial black hole abundance through Big-Bang nucleosynthesis
本研究通过将原初黑洞霍金蒸发对宇宙膨胀率和重子-光子比的影响纳入BBN代码PArthENoPE进行数值模拟,为10^8至10^9 g质量区间的PBH形成丰度设定了迄今最强上限。
2025-03-05 astro-ph.CO
Measurements of 4He in Metal-Poor Extragalactic HII Regions: the Primordial Helium Abundance and the Delta Y / Delta O Ratio
本文根据河外HII区氢氦复合线的研究,对原始氦丰度Yp的测定进行了综述。我们还讨论了观测测定的增加氦增加的氧的质量Δ Y /Δ O,并比较它们与预测的基础上的模型的银河系化学演化。
2009-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
X-ray and gamma-ray limits on the primordial black hole abundance from Hawking radiation
$10^{16}$ g的原始黑洞的霍金辐射的不可观测性为它们的宇宙学丰度设定了一个保守的强界。我们重新审视这一约束,并显示它如何可以得到改善(无论是在质量范围和强度)的组合活动星系核和耀变体发射的MeV范围内的适当的建模。我们还估计了灵敏度的原始黑洞丰度的未来X射线实验能够识别一个显着更大的数量的天体物理源,在这个能量范围内的弥漫背景。
2020-07-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The role of non-gaussianities in Primordial Black Hole formation
我们重新分析了当前与原始黑洞形成有关的单场暴胀模型。我们这样做,考虑到最近的事态发展,估计其丰度和非高斯的影响。我们表明,对于所有这些,高斯近似,这是典型的用于估计原始黑洞丰度,失败。然而,在暴胀子势具有拐点的情况下,非高斯性的贡献仅是微扰的。最后,我们推断,只有在暴胀势中具有拐点的模型,才可能通过单独使用高斯统计,以非常好的近似来预测所需的丰度。
2019-01-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Calculation of primordial abundances of light nuclei including a heavy sterile neutrino
在计算轻核的原始丰度时,我们考虑了重惰性中微子与活性中微子的耦合。我们计算中微子分布函数和原始丰度,作为功能依赖于重整化的不育中微子分布函数$(a)$,不育中微子质量$(m_s)$和混合角$(ϕ)$。使用可观察到的数据,我们设置这些参数上的约束,其中有值$a < 0.60$,$\sin^2 ϕ=0.15$和$m_s \approx 4$ keV,重子光子比的固定值。当重子光子比允许变化时,它的提取值与普朗克观测和威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的限制值一致。结果表明,尽管包含了一个重的无菌中微子,但$^7$ Li丰度的异常仍然存在。
2014-11-14 astro-ph.CO hep-ph
New constraints on primordial black holes abundance from femtolensing of gamma-ray bursts
原始黑洞的丰度目前被显著地限制在一个广泛的质量范围内。最弱的限制是针对小质量物体建立的,其中相关物理现象的小强度为当前实验提供了挑战。我们利用费米伽马射线暴监测器(GBM)探测到的具有已知红移的伽马射线暴来寻找致密天体引起的飞秒透镜效应。在GBM数据中缺乏飞秒探测提供了新的证据,表明质量范围为5 \times 10^{17} - 10^{20} g的原始黑洞并不构成暗物质的主要部分。
2012-04-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Revisiting Constraints on Primordial Curvature Power Spectrum from PBH Abundances
Institute of Science Tokyo(东京科学大学)
本文通过最新PBH丰度限制,研究原始曲率功率谱的幅度约束,比较了Press-Schechter方法与峰值理论在单峰和宽峰情况下的差异,指出理论不确定性对早期宇宙探测的重要性。
2026-10-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial blackholes and gravitational waves for an inflection-point model of inflation
在这篇文章中,我们提供了一个新的宇宙丰度的原始引力波和原始黑洞起源于初始暴胀微扰的通货膨胀的拐点模型的通货膨胀发生在普朗克尺度以下的密切关系。当前普朗克对张量-标量比的约束,光谱倾斜的运行,以及宇宙中暗物质含量的丰度,我们可以推导出当前原始黑洞丰度的严格限制在一个范围内,$9.99712\times 10^{-3}<Ω_{PBH}h^{2}<9.99736\times 10^{-3}$。
2014-04-27 astro-ph.CO gr-qc 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
Primordial black holes from local features of the inflaton potential
本文研究暴胀子势局部特征增强超视界曲率扰动并产生原初黑洞的机制,分析特征参数对PBH丰度的影响,给出满足观测约束的模型及小行星质量范围示例。
2024-07-06 astro-ph.CO
The primordial helium abundance and the number of neutrino families
基于对HII区的观测和Porter等人(2013)对He I线复合系数的新计算,我们获得了原始氦的质量丰度为$Y_P = 0.2446\pm0.0029$。我们考虑了$Y_P$测定的13个误差来源,其中一些主要是由于系统效应,而其余的主要是由于统计效应。我们将我们的结果与文献中存在的其他$Y_P$测定结果进行比较。结合我们的$Y_P$值与原始核合成的计算,我们发现了一些中微子物种$N_{eff} = 2.90\pm0.22$,和中子平均寿命$τ_ν = 872\pm14(s)$。
2016-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
The primordial helium abundance from updated emissivities
对河外贫金属H Ⅱ区的观测可以确定原始氦丰度Y_p,He Ⅰ发射率是H Ⅱ区发射模型的基础。Porter,Ferland,Storey和Detisch(2012)最近发表了基于改进的光电离截面的He I发射率更新。我们结合这些新的原子数据,并更新我们最近对Izotov,Thuan和Stasinska(2007)发表的数据集的马尔可夫链蒙特卡罗分析。和以前一样,为了提高质量和可靠性,进行了削减,并且只有在95%置信水平内拟合数据的解决方案才用于确定原始He丰度。先前合格的数据集几乎完全保留,并且物理参数之间具有很强的一致性。总体而言,从新的发射率向上的偏差导致Y_p的减少。此外,我们发现一个总的趋势,在个别对象(由于发射率的变化)和增加的方差(由于包括额外的对象)更大的不确定性。从回归到零金属丰度,我们确定Y_p = 0.2465 +/- 0.0097,与普朗克的结果Y_p = 0.2485 +/- 0.0002很好地一致。在未来,更好地理解为什么大部分光谱不能很好地拟合模型将是至关重要的,以实现提高原始氦丰度测定的精度。
2013-08-30 astro-ph.CO
Influence of large local and non-local bispectra on primordial black hole abundance
原生黑洞代表了一种独特的探测器,可以在小尺度上约束早期宇宙--在大多数尺度上提供对原生功率谱的唯一约束。然而,这些约束强烈地依赖于即使是少量的非高斯性,这是不受约束的尺度显着小于那些可见的CMB。本文超越以往的考虑,考虑任意大小的等边、正交和局域形状的双谱对原初黑洞丰度的影响。从一个给定的双谱生成的早期宇宙的非高斯密度图,并用于放置在小尺度功率谱的约束。当小,我们表明,偏度提供了一个准确的估计约束如何依赖于非高斯,独立的形状的双谱。我们表明,非高斯正交模板的约束比本地和等边模板的一个数量级弱的影响。
2016-02-12 astro-ph.CO
The muon abundance in the primordial Universe
μ子丰度是理解有关原始宇宙性质的几个基本问题所必需的。在本文中,我们评估的生产和衰变率的μ子在宇宙等离子体作为温度的函数。这使我们能够确定μ子丰度何时消失。当宇宙冷却到$kT_\mathrm{disappear}\approx 4.135$ MeV以下时,μ子的衰变率将超过产生率,μ子将准瞬间从宇宙中消失。有趣的是,我们发现在$T_\mathrm{disappear}$的μ子数几乎等于重子丰度。
2021-03-25 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Determination of the primordial helium abundance based on NGC 346 an HII region of the Small Magellanic Cloud
为了对大爆炸核合成模型施加有意义的约束,原始氦丰度的测定至关重要。低金属丰度HII区域被用来估计它,因为它们的统计不确定性相对较小。我们提出了一个新的测定原始氦丰度,根据长缝光谱的HII区NGC346的小麦哲伦云。我们使用分成97个子集的三个$409'' \times 0.51''$狭缝获得光谱。它们覆盖电磁波谱的范围$λ\lambda3600-7400$。我们使用PyNeb和标准还原程序来确定物理条件和化学组成。我们发现,对于NGC 346:$X=0.7465$,$Y=0.2505$和$Z=0.0030$。通过假设$ΔY / ΔO = 3.3\pm0.7$,我们发现原始氦丰度为$Y_{\rm P}= 0.2451 \pm 0.0026$(1 $σ$)。我们的$Y_{\rm P}$值与中微子族的值$N_ν$和实验室获得的中子半衰期$τ_{n}$一致。
2019-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measurement of the primordial helium abundance from the intergalactic medium
宇宙中几乎每一个氦原子都是在大爆炸后几分钟通过通常被称为大爆炸核合成的过程产生的。在大爆炸核合成过程中产生的氦的数量是由粒子物理学和宇宙学的结合决定的。目前,对原始氦丰度(Y_P)的主要测量方法是基于贫金属星系恒星形成区的H I和He I发射线的相对强度。随着这些测量的统计误差的改善,有必要通过开发独立的技术来测试系统学。在这里,我们报告的第一个确定的原始氦丰度的基础上,一个接近原始的星系际气体云,被认为是在吸收对光的背景类星体。这个气体云是在宇宙只有现在年龄的三分之一(z_abs = 1.724)时观测到的,它的金属含量比太阳少约100倍,比目前已知的最缺乏金属的H II区域少约30%,在那里可以确定原始氦的丰度。结果表明,该星系际气体云的氦丰度为Y = 0.250^{+0.033}-0.025},与标准模型的原始值Y_P = 0.24672 +/- 0.00017相一致。我们对原始氦丰度的测定还不如使用贫金属星系获得的精确,但我们的方法有可能在大爆炸核合成过程中提供一个超越标准模型的有竞争力的物理测试。
2018-10-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Enhance Primordial Black Hole Abundance through the Non-linear Processes around Bounce Point
非奇异弹跳宇宙学是暴胀的另一种范式,在爱因斯坦引力的背景下,背景能量密度在弹跳点消失。因此,在密度涨落演化($δρ$)的非线性效应可能是强的反弹阶段,这可能提供了一种机制,以提高原始黑洞(PBH)的丰度。本文提出了一个全面的说明PBH增强由于反弹阶段。为了计算$δρ$的非线性演化,本文数值求解Raychaudhuri方程。由于非线性过程可能导致反弹点后$δρ$的非高斯概率分布函数,因此以修改的Press-Schechter形式计算PBH丰度。在这种情况下,PBH形成的标准是复杂的,这是由于在反弹阶段期间$δρ$的复杂的非线性演化行为。我们的研究结果表明,反弹阶段确实有潜力提高PBH的丰度充分。此外,还利用PBH丰度约束了反射相位参数,为宇宙微波背景和大尺度结构的测量提供了补充。
2022-07-29 astro-ph.CO
Accurate neural network emulator for primordial light element abundances
State Key Laboratory of Ocean Sensing & Ocean College, Zhejiang University(浙江大学海洋学院);Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所);Guangxi Key Laboratory for Relativistic Astrophysics, School of Physical Science and Technology, Guangxi University(广西大学物理科学与技术学院相对论天体物理重点实验室);Department of Physics, Southern Methodist University(南方卫理公会大学物理系);Department of Astronomy, The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系)
BBNet通过深度学习模拟器高效预测原初轻元素丰度,显著提升计算效率并保持高精度。
2026-09-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraints on the Primordial Black Hole Abundance using Pulsar Parameter Drifts
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所);School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学物理科学学院);Center for Gravitation and Cosmology, College of Physical Science and Technology, Yangzhou University(扬州大学物理科学与技术学院引力与宇宙学中心);School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS(中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学科学学部)
通过脉冲参数漂移首次搜索了由原初黑洞引发的标量诱导引力波,得出95%置信水平下原初黑洞丰度上限为f_PBH < 10^-10,排除了当前LVK合作组探测到的双黑洞原初黑洞起源的可能。
2026-04-24 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial black hole formation and abundance: contribution from the non-linear relation between the density and curvature perturbation
研究了曲率扰动$ζ$引起的原初黑洞的形成和丰度。$ζ$和密度对比度$δ$之间的非线性关系意味着,即使当$ζ$具有精确的高斯分布时,也必须考虑影响PBH形成的显著的非高斯性。利用数值模拟方法研究了形成PBH的临界值和质量,并利用峰值理论计算了宇宙坍缩形成PBH时的质量分数。本文还导出了计算现今PBH总丰度和质量函数的公式。结果表明,PBH的丰度对非线性效应非常敏感,功率谱$\mathcal{P}_ζ$必须比线性模型大$\sim2$倍,才能产生与线性模型相同的PBH(精确值取决于一个区域崩溃并形成PBH的临界值).这也意味着从PBH丰度的约束导出的对小尺度功率谱的约束较弱相同的因子。
2019-11-14 astro-ph.CO
Constraining primordial black hole abundance with the Galactic 511 keV line
暗物质完全由质量在$10^{17}$ g左右的原始黑洞(PBH)组成的模型目前是不受约束的。然而,如果PBH是银河系暗物质密度的一个组成部分,它们将在辐射时向银河系注入大量高能粒子。这些黑洞产生的正电子随后将在整个银河系中传播并湮灭,形成银河系511 keV线。利用INTEGRAL卫星对这条线的测量作为对PBH正电子注入的约束,我们对质量范围为$10^{16} - 10^{17}$ g的PBH丰度设置了新的限制,排除了这些PBH构成整个暗物质的模型。
2019-12-16 astro-ph.CO hep-ph
Standard big bang nucleosynthesis and primordial CNO Abundances after Planck
原初核合成(BBN)是大爆炸模型的三个强有力的历史证据之一。普朗克卫星任务的最新结果与以前的WMAP分析相比,稍微改变了重子密度的估计。本文更新了BBN预测的轻元素使用宇宙学参数确定的普朗克,以及改进的核网络和新的光谱观测。原始Li/H丰度略有降低,然而,这个锂值仍然通常比银河系晕星中观测到的光谱丰度大3倍。根据这个“锂问题”的重要性,我们跟踪它的BBN计算丰度的重子密度,中子寿命和网络更新后的微小变化。此外,我们首次提供了6Li,9 Be,11B和CNO生产的置信限,这是通过我们扩展网络的广泛Monte Carlo计算得出的。一个具体的重点是铸造CNO原始生产。考虑到CNO形成周围核反应速率的不确定性,我们得到CNO/H \approx(5-30)× 10^{-15}。我们通过分析产率和反应速率之间的相关性进一步改进了这一估计,并确定了新的有影响力的反应速率。如果同时改变这些不确定的速率,可能导致CNO产量显著增加:CNO/H \sim 10^{-13}。这一结果对于研究第三星族恒星在黑暗时代的形成具有重要意义。
2014-10-21 astro-ph.CO
Thermonuclear reaction rates and primordial nucleosynthesis
在假设宇宙重子密度为最佳值和存在三种中微子味的情况下,标准大爆炸核合成是一个无参数模型。重要的是要评估所观察到的原始丰度是否可以通过模拟再现。许多研究表明,模拟高估了原始$^7$锂丰度的一个因素$\approx$ $3$相比,观察。这种差异可能是由$^7$ Li观测中未知的系统学、对恒星中锂的消耗知之甚少、参与锂和铍合成的热核反应速率的错误,或者超出标准模型的物理学造成的。在这里,我们专注于核物理解决方案的可能性。综述了关键核反应速率的研究现状。用最近的反应速率进行了大爆炸核合成模拟,并利用蒙特卡罗技术建立了预测丰度的不确定性。基于互信息度量研究了丰度与反应速率之间的相关性。四种反应的速率影响原始$^7$ Li丰度:$^3$ He($α$,$γ$)$^7$ Be,d(p,$γ$)$^3$ He,$^7$ Be(d,p)2 $α$和$^7$ Be(n,p)$^7$ Li。我们采用遗传算法来搜索这四个反应,可能占所有观察到的原始丰度的同时速率变化。当搜索的反应速率范围是比最近报道的不确定性更广泛,没有可接受的解决方案被发现,根据目前可用的证据,我们得出结论,这是极不可能的宇宙学锂问题有一个核物理解决方案。
2020-08-27 astro-ph.CO
Constraining the Primordial Black Hole Abundance with Space-Based Detectors
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所);Center for High Energy Physics, Peking University(北京大学高能物理中心);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo(东京大学宇宙物质量子研究科卡弗里数学物理研究所(WPI));School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学物理科学学院);Institute for Theoretical Physics, Leibniz University Hannover(汉诺威莱布尼茨大学理论物理研究所);Department of Physics, Kyoto University(京都大学物理学系);Institute of Fundamental Physics and Quantum Technology, and School of Physical Science and Technology, Ningbo University(宁波大学基础物理与量子技术学院及物理科学与技术学院)
本文研究了未来空间引力波探测器对原始黑洞丰度的限制能力,发现小行星质量窗口可通过这些探测器有效探测,若PBH为主暗物质,则在mHz频段产生强信号。
2026-01-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The initial shear field in models with primordial local non-Gaussianity and implications for halo and void abundances
本文将Doroshkevich关于高斯统计的初始剪切场本征值的著名公式推广到局部非高斯f_{nl}模型。这是可能的,因为对于f_{nl}中的至少二阶,固定过密度处的分布与f_{nl} =0的情况相比没有变化。我们使用这种概括来估计f_{nl} \ne 0对维里化晕丰度的影响。晕丰度预计是相关的概率,在初始波动场中的某个量超过阈值,我们研究了这个变量的两个选择:它可以是初始变形张量(初始过密度)的特征值的总和,或其最小的特征值。基于临界过密度的方法产生的结果与数值测量结果非常吻合。然后,我们使用这些相同的方法来开发近似描述f_{nl}上的空隙丰度的敏感性。虽然正的f_{nl}会产生更多质量极大的晕,但它会产生更少的超大空洞。因此,它的效果与密度涨落场σ_8的归一化的简单重新标度有质的不同。因此,空洞丰度提供了补充信息,集群丰度,和两者的联合比较可能会提供有趣的限制原始非高斯。
2009-08-01 astro-ph.CO