The effect of primordial black holes on 21 cm fluctuations
研究了非蒸发原始黑洞（PBH）产生的21 cm信号。物质吸积到PBH上时发出的X射线光子，会加热PBH附近的星系际介质气体。使用一个简单的分析模型，我们表明，这种X射线加热可以产生一个可观察到的差分21厘米的亮度温度。视PBH质量的不同，可观测到的21 cm亮温区可延伸到距PBH 1-10 Mpc的同向移动距离。还计算了由多光子带隙引起的21 cm起伏的角功率谱。角谱的峰位与PBH质量有关，而振幅与PBH质量无关。将这一角功率谱与原始密度涨落引起的角功率谱进行比较，发现当PBH质量从$10 M_\odot $到$10^8 M_\odot $时，当$Ω_{\rm PBH} = 10^{-11} (M/10^{3} M_\odot)^{-0.2}$在$z=30$，$10^{-12} (M/10^{3} M_\odot)^{-0.2}$在$z=20$时，两者变得相当。最后，我们发现，平方公里阵列可以检测到的信号，由于PBH高达$Ω_{\rm PBH}=10^{-5} (M/10^{3} M_\odot)^{-0.2}$在$z=30$和$10^{-7} (M/10^{3} M_\odot)^{-0.2}$在$z=20$的质量从$10^2 M_\odot $到$10^8 M_\odot $的PBH。
2013-10-16 astro-ph.CO
Possibility of primordial black holes as the source of gravitational wave events in the advanced LIGO detector
通过对先进LIGO观测到的引力波数据的分析，得到了双黑洞伴星的质量作为引力波的来源。对应于GW的二进制黑洞的事件的质量高于$20$ M $_\odot$，这比通过X射线观测检测到的天体物理学黑洞的质量大得多。在这项工作中，我们研究原始黑洞（PBH）作为LIGO事件的来源。假设暗物质的$100\%$是由PBH组成的，我们估计了这些物体产生双星、合并和产生GW的速率作为红移的函数。引力透镜引力透镜的GWs的PBH也可以提高应变的振幅。我们模拟的GW来源的二进制PBH，与$S/N>10$的检测阈值的利文斯顿和汉福德检测器。对于PBH的对数正态质量函数，我们生成事件的预期分布，将我们的结果与观察到的事件进行比较，并找到质量函数参数的最佳值（即，$M_c =25 M_\odot$和$σ=0.6$）。将预期的事件数量与观测到的事件数量进行比较，排除了当前宇宙双星形成PBH场景作为LIGO检测到的GW事件源的候选者。
2021-04-12 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Hole-Neutron Star Merger Rate in Modified Gravity
本研究探究Hu-Sawicki f(R)与nDGP两种修改引力模型下PBH-NS双星的并合率，考虑修改引力对暗物质晕属性的影响，发现其并合率高于广义相对论预测值，且与引力波观测的匹配度及PBH丰度约束受模型参数、PBH质量等因素影响。
2024-01-26 astro-ph.CO gr-qc
Bayesian analysis of LIGO-Virgo mergers: Primordial vs. astrophysical black hole populations
我们进行了彻底的贝叶斯分析的可能性，在引力波中看到的黑洞合并事件是原始的黑洞（PBH）合并。使用最新的合并率模型PBH二进制从对数正态质量函数，我们计算后验参数约束和贝叶斯证据使用的前两个观测运行的LIGO-Virgo的数据。我们占理论上的不确定性，由于周围的PBH，这可能会抑制合并率显着的二进制中断。我们还考虑了简单的天体物理学动机的模型，并发现这些是赞成决定性的PBH的情况下，量化的贝叶斯证据比。仔细注意参数先验和模型拟合质量的影响，我们表明，证据比可以通过比较预测的啁啾质量分布的数据来理解。我们确定了啁啾质量的后验预测分布作为区分模型的重要工具。与天体物理模型相比，所有合并都是PBH双星的模型是非常不利的，部分原因是过度预测了具有$\mathcal{M}_{\rm chirp} \gtrsim 40 \, M_\odot$的重系统，并且在观测质量范围内正偏度与观测结果不匹配。我们发现，通过增加一个最大的质量截止，双峰质量函数，或施加PBH二进制形式在晚些时候，拟合没有显着改善。我们认为，一个成功的PBH模型必须要么修改对数正态形状的初始质量函数显着或放弃的假设，所有观察到的合并双星是原始的。我们开发和应用技术分析PBH模型与引力波数据，这将是必要的强大的统计推断的引力波源样本大小的增加。
2020-12-11 astro-ph.CO gr-qc
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
Threshold of Primordial Black Hole Formation against Velocity Dispersion in Matter-Dominated Era
本文研究了在物质主导时代速度色散对原初黑洞~（PBH）形成的影响。速度色散是通过扰动的非线性增长而产生的，并有可能阻碍引力坍缩，从而阻碍PBH的形成。为了使讨论清楚，我们考虑两个不同的长度尺度。较大的一个是引力坍缩发生的地方，这可能导致PBH的形成，和较小的一个是由于非线性相互作用的速度色散的发展。通过比较自由落体时间尺度和粒子穿过坍缩区的时间尺度，我们估计了速度色散对PBH形成的影响。作为示范，我们考虑对数正态功率谱的初始密度扰动的峰值$σ_0^2$在一个规模，对应于较大的规模。我们发现，在视界入口处的密度扰动$\tilde δ_{\rm th}$的阈值为PBH形成标度为$\tilde δ_{\rm th}\propto σ_0^{2/5}$为$σ_0\ll1$。
2023-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on primordial black holes and curvature perturbations from the global 21cm signal
最近的EDGES全球21厘米信号和LIGO/VIGO的引力波观测重新引起了人们对PBH的兴趣。与以往的工作不同，我们研究了PBH对质量范围为$6\times 10^{13} {\rm g} \lesssim M_{\rm PBH}\lesssim 3\times 10^{14} \rm g$的IGM演化的影响。由于这些PBH的寿命小于宇宙的当前年龄，它们在今天已经蒸发了。由于霍金辐射的存在，PBH对IGM的加热效应可以抑制全球21 cm信号的吸收幅度。在这项工作中，通过要求全球21厘米信号在$10\lesssim z \lesssim 30$的红移范围内的差分亮温，例如，$δT_{b} \lesssim -100~\rm mK$，我们得到的PBH的初始质量分数的上限。我们发现最强的上限是$β_{\rm PBH} \sim 2\times 10^{-30}$。由于PBH的形成与原始曲率扰动有关，通过对PBH初始质量分数的限制，我们得到了对应于本文所考虑质量范围的尺度范围$8.0\times 10^{15}\lesssim k \lesssim 1.8\times 10^{16}~\rm Mpc^{-1}$的原始曲率扰动功率谱的上限.我们发现最强的上限是$\mathcal P_{\mathcal R}(k) \sim 0.0046$。通过与前人工作的比较，我们发现，对于本文所研究的质量…
2020-09-24 astro-ph.CO hep-th
Effects of the shape of curvature peaks on the size of primordial black holes
数值模拟了在充满辐射流体的Friedman-Robertson-Walker（FRW）宇宙中，由不同的原初曲率微扰分布族播种的球对称原初黑洞（PBH）的形成.我们已经研究了依赖于曲率轮廓的初始质量$M_{\rm BH,i}$的PBH在视视界形成$t_{AH}$的时间，最终质量$M_{\rm BH,f}$吸积过程后，使用切除技术，比较$M_{\rm BH,i}$以前的分析估计使用补偿PBH模型的方法。分析估计与数值结果一致，除了大的初始扰动振幅值时，补偿模型是不太准确的。质量$M_{\rm BH,f}$和$M_{\rm BH,i}$不仅取决于压缩函数峰周围的形状，而且取决于初始曲率扰动的完整轮廓。我们还估计吸积效应，并为那些PBH的质量相关的暗物质丰度，与最终质量等于视界交叉质量，我们发现$M_{\rm BH,f}\approx 3 M_{\rm BH,i} $。
2021-04-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Excess of substructure due to primordial black holes
本文通过宇宙学模拟研究原初黑洞对低质量晕和子晕丰度的影响，发现其可导致子结构显著过剩，并可通过强透镜和星系团亮度涨落来约束暗物质中原初黑洞的比例。
2025-09-23 astro-ph.CO
Computing the abundance of primordial black holes
本章介绍了计算由大振幅宇宙学扰动形成的原初黑洞丰度的方法，论证致密度为最适参数，并解释了Press-Schechter与峰理论等丰度及质量函数计算方法。
2024-05-30 astro-ph.CO
Evaporating primordial black holes as varying dark energy
如果足够轻的原始黑洞（PBH）解释了暗物质，那么它的密度随着时间的推移而减少，因为它们通过霍金辐射失去了质量。我们表明，这种时间依赖性的物质密度可以制定为一个等效的$w(z)$暗能量模型，我们研究其影响的膨胀历史。利用我们的方法，并与最新的宇宙学数据，包括Ia型超新星、重子声学振荡、宇宙微波背景和Hubble膨胀H（z）数据进行比较，我们对PBH模型进行了观测约束。根据AIC统计工具，我们发现它与$Λ$ CDM在统计上是一致的。此外，我们接受的想法，有一个人口的超轻PBH，周围的中微子去耦衰减，在暗物质流体的顶部，并显示这是如何提供一个自然的暗物质辐射耦合改变宇宙的膨胀历史和缓解$H_0$紧张。
2019-11-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Mechanisms of Producing Primordial Black Holes By Breaking The SU(2,1)/SU(2)$\times$U(1) Symmetry
为了解释宇宙中原初黑洞的产生，本文提出了一类由无标度超引力导出的引力势。通过破坏SU（2，1）/SU（2）$\times$ U（1）对称性，我们固定了两个手征场中的一个，并导出了能够产生PBH的有效标量势。具体来说，我们修改众所周知的超势，减少到Starobinsky样的有效标量势。因此，我们得到标量势，一方面，解释PBH的产生，另一方面，他们保存的变换律，从陪集SU（2，1）/SU（2）$\times$ U（1）的参数化。此外，我们通过修改拉格朗日（或凯勒势）的动力学项来生成PBH，并且我们保持超势不变。在所有的情况下，我们评估的分数丰度的PBH通过比较Press-Schechter方法和峰值理论，而专注于解释宇宙中的暗物质。所有模型都符合普朗克约束。
2021-04-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Hawking Radiation Signatures from Primordial Black Holes Transiting the Inner Solar System: Prospects for Detection
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究提出利用AMS探测太阳系内部穿越的低质量原初黑洞的霍金辐射特征，以探测暗物质窗口内的PBHs。
2026-01-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gravitational Scattering of Oort Cloud Objects by Dark Matter: Constraints on the Primordial Black Hole Fraction
Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）；Research Center for High Energy Physics, Sharif University of Technology（谢里夫理工大学高能物理研究中心）
研究原初黑洞与奥尔特云物体的引力散射，通过计算其对地球轨道的影响，得出原初黑洞质量与探测率的线性关系，并基于观测限制排除部分原初黑洞暗物质比例。
2026-09-09 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.SR
Revisiting the constraints on primordial black hole abundance with the isotropic gamma ray background
通过比较100，keV-5，GeV的γ射线背景和质量范围为$10^{13}-10^{18}$ g的原初黑洞（PBH）的各向同性霍金辐射（HR）通量，重新讨论了对PBH的约束.我们研究了三种可能更新PBH丰度约束的影响：i）可靠地计算能量低于5，GeV的HR的次级谱，ii）来自银河系PBH HR和由于蒸发正电子而引起的湮灭辐射对测量的各向同性通量的贡献，iii）来自伽马射线源的天体物理背景的包含。在$2\times10^{16}$ g $\lesssim M\lesssim 10^{17}$ g处，保守约束比过去的相关工作显著改善了一个数量级以上，其中效应ii占主导地位。在进一步解释天体物理背景后，超过10倍的改进扩展到更宽的质量范围$10^{15}$ g $\lesssim M\lesssim 2\times 10^{17}$ g。
2022-02-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Primordial Black Holes And Gravitational Waves Based On No-Scale Supergravity
本文提出了一类解释宇宙中原初黑洞和引力波产生的模型。这些模型是基于无标度理论。通过破坏SU（2，1）/SU（2）$\times$ U（1）对称性，我们固定了两个手征场中的一个，并导出了能够产生PBH和GW的有效标量势。在文献中我们知道，无标度模型有一个重要的统一，它导致了基于陪集SU（2，1）/SU（2）$\times$ U（1）的Starobinsky有效标量势。我们使用这种统一，以进一步解释的PBH和GW的产生。具体地说，我们修改了著名的超势，减少到Starobinsky的有效标量势。因此，我们得到的标量势，一方面，解释的生产PBH和GWs，另一方面，他们保存的转换法律，从陪集SU（2，1）/SU（2）$\times$ U（1）的参数化，以及产生此陪集的模型之间的统一。在此基础上，我们数值计算了具有有效标量势的标量功率谱。此外，我们还通过比较Press-Schechter方法和峰值理论两种方法来估算多光子碳氢化合物的丰度，同时着重解释宇宙中的暗物质。通过使用由此产生的标量功率谱，我们评估的GW的量。所有模型都符合普朗克约束。
2021-11-28 astro-ph.CO hep-th
Light, heavy, primordial: exploring the diversity of black hole seeding and growth mechanisms in the JWST era
University of Toronto（多伦多大学）
本文通过比较DELPHI和PHANES模型，探讨了轻重种子通过并合和吸积增长的机制，发现PBH和Eddington限制的重种子能同时解释观测到的黑洞质量、恒星质量及低金属丰度。
2026-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astrophysical uncertainties on stellar microlensing constraints on multi-Solar mass primordial black hole dark matter
最近，人们对多太阳质量的原始黑洞（PBH）作为暗物质（DM）候选者产生了兴趣。在这个质量范围内，存在着各种微透镜效应、动力学和吸积效应对多环芳烃丰度的限制。从表面上看，这些限制排除了多太阳质量的PBH，这些PBH构成了三角函数和扩展质量函数的所有DM。然而，恒星微透镜事件的发生率取决于麦哲伦云视线上致密天体的密度和速度分布。我们研究的依赖性的约束的本地暗物质密度和圆周速度，也考虑模型的速度分布随半径而变化。我们发现，最大的质量限制恒星微透镜可以改变一个数量级。特别是约束显着减弱，如果紧凑的对象的速度分散减少。这种变化不足以消除恒星微透镜和动力学约束之间的紧张关系。然而，这表明，在计算和比较约束时，考虑到天体物理学的不确定性至关重要。我们也证实了最近的发现，实际上增加了现实的，有限宽度的质量函数之间的紧张关系的约束。
2017-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutrino Emission and Plasma Heating from Primordial Black Holes: An Improved Approach to $N_\mathrm{eff}$ Constraints
本文通过同时考虑原初黑洞霍金辐射产生的次级中微子和光子等离子体加热效应，改进对 $N_{\mathrm{eff}}$ 的计算，从而对初始质量在 $10^9$–$10^{13}$ 克范围内的轻原初黑洞丰度给出新的宇宙学约束。
2025-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Formation in a Scalar Field Dominated Universe: Investigation of the Critical nature of the Collapse
本文通过相对论数值模拟研究了标量场主导宇宙中原初黑洞形成的临界坍缩，发现其与辐射主导情形均表现出II型临界行为且临界指数相近，证实了临界指数的近普适性。
2025-09-12 astro-ph.CO
