Hawking-radiation-ignited autocatalytic formation of primordial black holes
通过霍金辐射引发的自催化机制，研究原初黑洞的形成与自我淬灭过程，预测了引力波背景的特征。
2025-11-22 astro-ph.CO gr-qc nlin.PS
Breakdown of Hawking Evaporation opens new Mass Window for Primordial Black Holes as Dark Matter Candidate
本文考虑霍金半经典近似在半衰期后失效导致蒸发受抑制的效应，重新审视原初黑洞的宇宙学与天体物理学约束，发现原有限制在合理参数范围内完全消失，从而为低于 $10^{10}$ g 的轻原初黑洞作为暗物质候选者开辟了新窗口。
2024-09-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Warm Hawking Relics From Primordial Black Hole Domination
本研究探讨原始黑洞霍金辐射产生的暖暗物质遗迹对宇宙结构增长的影响，发现其动量分布更宽、丰度受限，并展望未来观测可区分霍金遗迹与热遗迹。
2025-02-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Feasibility of Primordial Black Hole Remnants as Dark Matter in View of Hawking Radiation Recoil
最近有人提出，原始起源的黑洞残余物不是可行的暗物质候选者，因为它们由于霍金辐射的反冲而具有太大的速度。我们重新研究了这个有趣的说法，发现它并不排除这种可能性。相反，对于基于普朗克尺度附近时空的非对易性的模型，基本上可以使用相同的论点来估计非对易性效应变得重要的尺度。如果暗物质“粒子”是已经超过最高温度的非对易黑洞，这意味着非对易尺度大约是普朗克长度的100倍。同样的分析也适用于其他温度在冷却之前达到最大值的黑洞残余物，例如，在渐近安全重力下的黑洞。
2021-07-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A constraint on light primordial black holes from the interstellar medium temperature
原始黑洞是一个可行的暗物质候选者。它们通过霍金蒸发而衰变。来自霍金辐射的高能粒子与星际气体相互作用，以热和电离的形式储存能量。对于足够高的霍金温度，由黑洞产生的快速电子通过库仑相互作用以热的形式沉积了相当大一部分能量。使用矮星系狮子座T，我们放置的原始黑洞暗物质的分数的上限。对于$M < 5 \times 10^{-17} M_\odot$，我们的界限是竞争或强于其他界限。
2021-05-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Constraints on the primordial curvature power spectrum from primordial black holes
大振幅的密度扰动可能在宇宙辐射主导的时期坍塌，形成原始的黑洞（PBH）。多溴联苯的丰度受到蒸发或重力作用的限制。由于原始扰动和PBH的形成之间的联系，对现今PBH丰度的限制可以转化为对原始曲率功率谱的限制。我们引入了几个新的观测和预测的约束的振幅的原始功率谱，并纳入我们的分析中的不确定性的临界密度的崩溃和考虑的椭球崩溃。我们的研究结果提供了最严格的限制PBH上的原始曲率功率谱小尺度。
2019-04-24 astro-ph.CO
Multi-messenger Probes of Asteroid Mass Primordial Black Holes: Superradiance Spectroscopy, Hawking Radiation, and Microlensing
该研究利用超辐射光谱学、霍金辐射和微透镜观测，对小行星质量原初黑洞的暗物质参数空间进行多信使互补约束，并评估未来观测的探测能力。
2025-01-20 astro-ph.CO hep-ph
Effects of Primordial Black Holes on IGM History
本研究探讨了原初黑洞Hawking辐射对z约800-25期间星际介质电离历史、气体温度及21cm信号的影响，发现轻质量PBH显著改变电离分数和温度，强调需严格处理Hawking辐射。
2025-10-13 astro-ph.CO
Hawking Radiation from non-evaporating primordial black holes cannot enable the formation of direct collapse black holes
本文通过约束能抑制 H₂ 冷却的 PBH 质量范围并比较 HR 比强度与 DCBH 临界辐射，证明非蒸发 PBHs 的霍金辐射通常无法促成高红移 SMBH 种子形成。
2025-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial black hole constraints with Hawking radiation -- a review
本文综述了利用霍金辐射限制原初黑洞丰度的原理与现状，重点讨论小行星质量原初黑洞作为暗物质候选者的蒸发效应及其对宇宙学观测和高能宇宙线的影响。
2022-06-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Baryogenesis through Asymmetric Hawking Radiation from Primordial Black Holes as Dark Matter
我们研究在何种程度上原始黑洞（PBH）可以构成所观察到的暗物质，同时也引起了测量的物质-反物质的不对称性和帐户所观察到的重子丰度通过非对称霍金辐射产生的导数耦合的曲率重子轻子电流。我们认为这是广泛的和单色的质谱。对于单色光谱，我们发现对于$M_{\rm pk} \geq 10^{12}$ kg光谱的峰值质量，可以恢复正确的暗物质和重子能量密度，而对于广泛的情况，无论峰值质量如何，都可以重现观察到的能量密度。通过对早期膨胀历史的一级近似简化，我们还发现测量的重子不对称性可以在一个数量级内恢复。此外，我们认为，重子轻子产额的正确值原则上可以检索的情况下，大量的辐射产生的PBH衰变过程中或后再加热，预计当衰变的PBH也会导致再加热，或当考虑早期的物质占主导地位的阶段。我们从第一次分析中得出结论，该模型值得进一步研究。
2020-10-27 astro-ph.CO hep-ph
Background of radio photons from primordial black holes
我们计算的各向同性辐射背景，由于霍金发射从原始黑洞（PBH），并检查如果这个背景是一个可行的选择，在解释多余的无线电波背景观测到的ARCADE 2和LWA 1实验在$\lesssim 1\,$ GHz。我们发现，即使在极端的假设，所有的暗物质是在PBH的形式，由霍金蒸发PBH诱导的无线电亮度温度是$\mathcal{O}(10^{-46})\,$ K，高度次显性相比，宇宙微波背景。其主要原因是，对于质量范围为$\sim10^{12}$ - $10^{14}\,$ kg的PBH，其可被霍金辐射约束，光谱峰值在$10^7$至$10^5\,$ eV处。由于Hawking谱向低能方向被幂律抑制，因此获得了可忽略的$μ$ eV光子通量。霍金谱的峰值向更高质量的低能量移动，但数密度低，比强度也低。由于霍金辐射的PBH，因此无法解释所观察到的过量的无线电背景，我们也考虑了另一种可能性的无线电发射气体吸积到超大质量PBH。这些PBH可以很容易地产生强烈的无线电发射，可以很容易地解释ARCADE 2/LWA 1过量。
2022-01-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Hawking-like radiation and the density matrix for an infalling observer during gravitational collapse
本文研究了薄壳在引力坍缩过程中由下落观测者观测到的随时间变化的类霍金辐射。我们计算粒子的占领数，其频率测量在适当的时间内的一个下落的观察者在爱丁顿-芬克尔斯坦坐标。我们求解了从坍缩开始到坍缩壳半径为零的整个过程的方程。辐射分布在整个频率范围内不是热的，但对于坍缩壳的史瓦西半径量级的波长，它近似是热的。在史瓦西半径被穿过后，温度随着接近奇点而无限制地增加。我们还计算了与这种辐射有关的密度矩阵。结果表明，非对角关联项对对角Hawking首阶项是非常重要的。虽然对角（霍金的）密度矩阵平方的迹线在演化期间减小，但总密度矩阵平方的迹线在所有时间和所有频率处保持一致。
2016-09-20 astro-ph.CO gr-qc
Constraints on the Number of Primordial Black Holes Due to Interaction with Dust
本文利用星际尘埃温度数据，约束了质量在 $10^{15}$ 至 $10^{17}$ 克范围内原初黑洞的丰度比例。
2025-06-05 astro-ph.CO
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
Can a Breakdown of Hawking Evaporation Open a New Mass Window for Primordial Black Holes as Dark Matter?
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC)（威斯康星冰立方粒子天体物理中心）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；University of North Florida（北佛罗里达大学）；Ludwig-Maximilians-Universität（路德维希-马克西米利安大学）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）；University of Utah（犹他大学）；Université de Montpellier（蒙彼利埃大学）
研究探讨霍金蒸发崩溃是否能为质量在10^4 g至10^10 g之间的原始黑洞作为暗物质提供新窗口，指出若相变瞬间则成立，否则会限制轻质量黑洞作为暗物质的可能性。
2026-03-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave production by Hawking radiation from rotating primordial black holes
本文详细分析了一个很少讨论的问题，即蒸发的原初黑洞产生重力波。这些黑洞发射引力子，在经典水平上，它们被记录为重力波。我们使用最新的约束它们的丰度，并计算在它们蒸发的时候，在引力子发射的功率。然后，我们求解耦合方程组，得到宇宙膨胀过程中重力波的频率和振幅的演化。今天可以探测到的引力波的频谱取决于多种因素：原始黑洞占据的总能量密度的比例，它们形成的时代，以及它们的质量和角动量等数量。我们的结论是，非常小的原始黑洞蒸发之前，大爆炸核合成发射引力子的光谱能量分数今天可以大到$10^{-7.5}$。另一方面，那些质量足够大，以至于现在仍然存在的粒子可以产生高达$10^{-6.5}$的信号。然而，来自原始黑洞的重力波的典型频率仍然太高，无法通过当前和不久的将来的重力波观测来观察。
2016-10-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
On Ellipsoidal Collapse and Primordial Black-Hole Formation
我们重新研究引力椭球坍缩，特别关注它对原始黑洞形成的影响。对于一个通用模型，我们证明了所产生的原始黑洞的丰度和能量密度将显着降低时，考虑到非球形的超密度。
2016-05-10 astro-ph.CO gr-qc
Prospects for probing ultralight primordial black holes using the stochastic gravitational-wave background induced by primordial curvature perturbations
超轻的原始黑洞（PBH），质量为$\lesssim 10^{15}$ g，亚原子史瓦西半径，产生于早期宇宙，预计由于霍金辐射，到目前的宇宙年龄已经蒸发。基于这一假设，对超轻PBH的丰度提出了一些限制。然而，霍金辐射至今尚未得到实验验证。因此，如果对超轻PBH的约束可以独立于霍金辐射的假设，这将是有趣的。在本文中，我们探讨了探测这些PBH的可能性，在一个狭窄的质量范围内，使用引力波（GW）的数据从两个LIGO探测器。这个想法是，导致PBH形成的大的原始曲率扰动也会通过非线性模式耦合产生GW。这些诱导的GWs将产生随机背景。具体来说，我们把我们的注意力集中在PBH的质量范围$\sim 10^{13} - 10^{15}$ g的诱导随机GW背景峰落在灵敏度带的LIGO。我们发现，对于窄和宽高斯PBH质量分布，相应的GW背景将使用目前可用的LIGO数据检测，只要我们忽略现有的限制的PBH的丰度，这是基于霍金辐射。此外，我们发现，这些随机背景将在LIGO的第三次观测运行中检测到，即使在考虑现有的限制PBH丰度。一个非检测应该使我们能够限制原始曲率扰动的幅度以及超轻PBH的丰度。我们估计，在第三次观测结束时，假设没有检测到，我们应该能够放置比目前现有的约束好几个数量级的约束。
2020-08-04 astro-ph.CO gr-qc
GUT-Scale Primordial Black Holes: Mergers and Gravitational Waves
除了那些在核合成之前就已经完全蒸发掉的光之外，在很大的质量范围内，都可以推导出对原始黑洞丰度的严格限制。这个假设的人口几乎是完全不受约束的，以至于早期宇宙可能会经历一个以原始黑洞为主要组成部分的物质主导阶段。这一阶段唯一明显的遗迹是霍金辐射引力子，它将构成当今宇宙中的随机引力波背景，尽管其频率远远超出任何计划中的探测器技术的范围。本文探讨了经典的合并在这样一个物质主导的阶段的影响。在一定的参数范围内，相当大一部分黑洞会合并，从而提供了一个额外的、经典的原始引力波源。由此产生的随机背景通常具有比霍金背景更低的振幅，并且位于不太极端的频率处，但是不太可能被容易地检测到，其最大现今密度为$Ω_{GW} \sim 10^{-12}$，频率在$10^{15} - 10^{19}$ Hz之间。我们还评估了辐射吸积对这种原始黑洞寿命的影响，发现它使黑洞质量增加了$\sim 14 \%$，寿命增加了约$50 \%$。然而，这并没有从本质上改变我们的结论。
2019-06-04 astro-ph.CO
Formation of hot spots around small primordial black holes
本文研究了早期宇宙中原初黑洞（PBH）的霍金辐射的热化，考虑了高能粒子对热化的干涉效应，即Landau-Pomeranchuk-Migdal（LPM）效应.质量为$ \lesssim 10^9 \, \mathrm{g} $的小PBH在大爆炸核合成（BBN）之前完全蒸发。从这些PBH发射的霍金辐射加热温度低于霍金温度的环境等离子体，这导致PBH周围的非平凡温度分布，即围绕具有破碎的幂律尾部的PBH的热点。我们发现热点有一个半径远大于黑洞视界的核心，其最高温度与PBH的初始质量无关，如$2 \times 10^{9} \, {\rm GeV} \times (α/0.1)^{19/3}$，其中$α$一般代表精细结构常数.我们还简要讨论了热点的存在对现象学的影响。
2023-01-21 astro-ph.CO hep-ph
Evaporation of Primordial Black Holes in a Thermal Universe: A Thermofield Dynamics Approach
Central University of Himachal Pradesh（喜马偕尔中央大学）；Indian Institute of Technology, Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）
研究热环境对黑洞霍金辐射的影响，采用热场动力学方法分析原初黑洞蒸发速率的变化及其宇宙学影响。
2026-04-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Probing modified Hawking evaporation with gravitational waves from the primordial black hole dominated universe
本文研究黑洞“记忆负担”效应对原初黑洞再加热情景的影响，发现该效应会延长PBH主导阶段、缩小允许质量范围，并可能通过诱导引力波谱的斜率检验霍金蒸发修正。
2024-11-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole Evaporation and Dark Matter Production: I. Solely Hawking radiation
早期宇宙中黑洞的霍金蒸发预计将大量产生各种粒子，而不管它们在标准模型规范群下的电荷如何。因此，任何已知或未知的基本粒子都可能在黑洞的生命周期中产生。这当然包括暗物质（DM）粒子。本文改进了以前的计算DM生产的原始黑洞（PBH），始终包括灰体的因素，并通过细致地跟踪系统的耦合玻尔兹曼方程。我们发现，产生所观察到的遗物丰度所需的初始PBH密度强烈地依赖于DM自旋，在非旋转PBH的情况下，在自旋2和标量DM之间的大约$\sim 2$数量级上变化。对于Kerr PBH，我们发现玻色子产生的预期增强减少了解释测量所需的初始分数。我们进一步考虑DM的间接生产，假设存在额外的和不稳定的自由度的蒸发，后来衰减到DM。对于只有一个重粒子的最小设置，我们发现，最终的遗迹丰度可以增加最多的一个因素$\sim 4$的标量重态和Schwarzschild PBH的情况下，或由$\sim 4.3$的一个因素的自旋为2的粒子的情况下，克尔PBH。
2022-01-29 astro-ph.CO hep-ph
Accretion, Primordial Black Holes and Standard Cosmology
原始黑洞由于霍金辐射而蒸发。我们发现，当考虑辐射吸积时，原初黑洞的蒸发时间增加，因此，依赖于吸积效率，现今存在越来越多的原初黑洞，这加强了原初黑洞是暗物质的合适候选者的观点。
2011-03-01 astro-ph.CO gr-qc
The influence of primordial magnetic fields on the spherical collapse model in cosmology
尽管大尺度磁场存在的观测证据越来越多，但它们的起源和演化仍不完全清楚。如果磁场是原始起源的，它们会导致次级物质密度扰动的产生，并且先前的研究表明这种密度扰动会增加暗物质晕的数量。我们扩展了传统的球形坍缩模型，包括洛伦兹力，这在以前的分析中没有实现，研究的原始磁场产生的密度扰动的演变。对于仅由引力演化的扰动，表征晕质量函数的临界过密度$δ_{\rm c}$比传统的$δ_{\rm c}\simeq 1.69$大$δ_{\rm c}\simeq 1.78$.我们的模型和完全物质主导的宇宙学模型之间的$δ_{\rm c}$的差异在低红移处很小，因此，只有质量函数的高质量尾部受到磁场的影响。另一方面，在高红移时，$δ_{\rm c}$的差异变得足够大，从而在很宽的质量尺度范围内抑制晕的丰度。晕圈丰度例如以与$z=9$处的$\sim10^5$一样大的因子降低。
2014-02-11 astro-ph.CO
First Star Formation in the Presence of Primordial Magnetic Fields
最近有人声称，原始磁场可以缓解宇宙学上的哈勃张力。我们认为，这种领域的第一个宇宙学对象的形成的影响，形成小晕的恒星，为当今的磁场强度范围内的$2\times 10^{-12}$ - $2\times 10^{-10}$ G。这些值对应于阿尔文速度与$v_a/c_s\approx 0.03 - 3$声速的初始比值。我们发现，当$v_a/c_s\ll 1$，效果是温和的。而当发生$v_a\sim c_s$时，引力坍缩的开始时间延迟，持续时间延长了$Δ$ z = 2.5的红移.当$v_a > c_s$时，坍缩被完全抑制，并且迷你晕继续增长，并且在达到原子冷却极限之前不太可能坍缩。利用目前对原始磁场的观测极限，我们得出结论，暴胀产生的原始磁场可能对第一颗恒星的形成产生重大影响，而后暴胀产生的磁场则不会。
2021-01-22 astro-ph.CO
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
Quantum kinetics and prethermalization of Hawking radiation
我们重新研究了黑洞在引力坍缩过程中的霍金辐射发射。研究了（1+1）维玻色子引力中激波的CGHS坍缩和（3+1）维球对称薄壳的Schwarzschild坍缩。研究真空中极化的动力学，我们发现存在一个多参量的外真空族。坍缩的初始条件动态地导致从这个族中不同的真空作为最终状态。因此，外真空的形式编码了关于系统初始量子态的记忆。虽然大多数外真空具有非热霍金通量，并且预计会迅速衰减，但也存在热真空状态。总的来说，这些观察结果提出了一个有趣的信息丢失悖论的可能解决方案。
2012-05-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial Gas Collapse in The Presence of Radiation: Direct Collapse Black Hole or Population III star?
宇宙演化的第一个十亿年标志着第一批恒星、黑洞和星系的形成。来自第一个星系的辐射在确定邻近晕中坍缩的原始气体的最终状态方面起着重要作用。这是因为原始气体的主要冷却剂是分子氢，它可以被能量范围为$11.2 - 13.6$ ~eV的莱曼-沃纳光子解离成原子氢。氢分子的冷却会导致第三类恒星的形成，而氢原子的冷却则会导致超大质量恒星（或准恒星）的形成，从而导致大质量$10^{4-5} M_\odot$黑洞的形成，或直接坍缩黑洞。这个辐射场的光谱对于确定原始气体云是形成了第三类恒星还是形成了一个非常大质量的黑洞至关重要。我们将在下面探讨这种情况，并讨论辐射光谱如何影响坍缩的结果。
2018-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Superradiant Production of Heavy Dark Matter from Primordial Black Holes
旋转黑洞（BH）可以通过超辐射有效地将能量传递到周围环境。特别是，当一个粒子的康普顿长度与黑洞的引力半径相当时，粒子的占有数可以指数放大。在这项工作中，我们调查的原始黑洞（PBH）的超辐射不稳定性的产生的重玻色子暗物质（DM）的质量超过$\sim$ 1 TeV的效果。此外，我们分析了它与其他纯引力的相互作用，因此不可避免的DM生产机制，如霍金辐射和紫外冻结。我们发现，超辐射可以显着增加的情况下，只考虑霍金辐射的PBH产生的DM密度，因此需要较低的初始PBH密度。
2022-07-11 astro-ph.CO hep-ph
Threshold of Primordial Black Hole Formation in Nonspherical Collapse
本文从超球视界微扰出发，对原初黑洞（PBH）的形成进行了（3+1）维模拟。我们研究了椭圆率（长扁率或扁率）如何影响曲率扰动峰值幅度的PBH形成阈值。我们发现，在辐射占主导地位的宇宙的情况下，椭圆率的阈值上的影响是可以忽略不计的PBH形成所预期的大幅度扰动小。
2023-02-14 astro-ph.CO gr-qc
Effects of Critical Collapse on Primordial Black-Hole Mass Spectra
某些暴胀模型以及早期宇宙中相变的实现预测了原始黑洞的形成。对于大多数质量范围，原始黑洞形式的物质比例受到各种尺度上许多不同观测的限制。原始黑洞被假设为当穿过视界的超密度具有大于视界的史瓦西半径时形成。因此，传统上假定原始黑洞的质量等于它们形成时的视界质量。然而，对它们坍缩的详细计算表明，在每个时间点形成的原始黑洞应该形成不同质量的光谱，服从临界标度。虽然这已经知道了超过15年，这种标度行为的影响在很大程度上被忽略时考虑的原始黑洞质谱的预测。本文研究了产生原初黑洞的各种模型的临界坍缩标度，发现它通常导致原初黑洞中所含质量的移动、加宽和整体减少。这种效应是模型和参数依赖的，不能包含在一个不断重新调整的频谱;它可以成为重要的，应该考虑到比较观测约束时。
2016-05-10 astro-ph.CO gr-qc
Low-Energy Neutrinos from Primordial Black Holes: A New Possibility for Observing Hawking Radiation
本文首次估算了原初黑洞在低能区（0.01至1 eV）的中微子辐射谱，发现特定质量黑洞的低能中微子强度超过天体背景，为探测霍金辐射提供了新途径。
2025-03-01 astro-ph.CO gr-qc
Search for the Hawking radiation of primordial black holes: prospective sensitivity of LHAASO
本研究评估LHAASO探测临近原初黑洞霍金辐射爆发的灵敏度，提出优化数据分析策略，预期可将HAWC的最强约束提升一个数量级。
2024-10-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Thermalization and hotspot formation around small primordial black holes
针对小质量原初黑洞周围等离子体温度分布问题，通过解析与数值分析发现因局域热平衡无法维持、霍金辐射粒子难瞬时热化，温度分布存在平台区且远场温度低于预期，揭示了小尺寸黑洞的热化特性。
2024-12-12 astro-ph.CO hep-ph
Energy quantization for matter orbiting black hole and Hawking radiation
由于角动量的量子化，绕史瓦西黑洞运行的测试粒子的能量被量子化。对于最小稳定圆轨道，发现激发能与霍金辐射的温度表达式非常相似。这一结果与轨道试验粒子的Unruh效应一致。预测的能量量子化可以通过研究红移21厘米的中性氢线来观察，该中性氢线绕着一个质量与地球质量相当的原始黑洞运行。
2012-08-31 astro-ph.CO gr-qc
Corrections to Hawking radiation from asteroid-mass primordial black holes: analytic and numerical evaluation of the stochastic charge effect
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
该研究通过量子电动力学计算，修正小行星质量原初黑洞的正负电子发射率，发现2.2×10^16-1.7×10^17克范围内发射率净修正小于2%，小于半经典预言的5%抑制幅度。
2026-10-28 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Hole Formation via Inverted Bubble Collapse
提出反转气泡坍缩新机制形成原初黑洞，自然实现球对称坍缩，可产生质量高达10^-7至10^-5太阳质量的单色黑洞，解释OGLE和Subaru HSC微引力透镜事件。
2025-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Role of primordial black holes in the direct collapse scenario of supermassive black hole formation at high redshifts
在本文中，我们探讨了吸积原始黑洞作为加热源的塌缩气体的背景下，直接塌缩黑洞的情况下形成的超大质量黑洞（SMBHs）在高红移，$z\sim 6-7$。直接坍塌模型工作的基本要求之一是使下落气体的温度保持在$\approx 10^4$ K。我们表明，即使在现有的丰度限制下，原始的黑洞的质量$\gtrsim 10^{-2} \ {\rm M}_\odot$，可以加热塌陷气体的程度，${\rm H}_2$的形成被抑制。塌缩气体可以将其温度保持在$10^4$ K，直到气体达到临界密度$n_{crit} \approx 10^3$ cm $^{-3}$，在该临界密度下，${\rm H}_2$的旋转振动态接近局部热力学平衡，并且${\rm H}_2$冷却变得无效。在没有${\rm H}_2$冷却的情况下，塌陷气体的温度保持在$\approx 10^4$ K，即使它进一步塌陷。我们讨论的情况下，随后的角动量去除和路线，找到通过超大质量恒星或超大质量磁盘崩溃。
2018-07-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the cosmic string loop collapse fraction from Primordial Black Holes
宇宙弦环的一小部分$f$可以坍缩形成原始黑洞（PBH）。因此，对PBH丰度的约束可用于约束$f$。我们更新这些计算，考虑到PBH扩展质量函数，并找到$f < 10^{-31} (G μ/ c^2)^{-3/2}$。这比以前的约束严格了大约两个数量级。对PBH丰度的更严格限制的改进部分地被宇宙弦环形成率的理论计算的改进所抵消。
2020-06-15 astro-ph.CO hep-ph
Primordial gravitational waves and the collapse of the wave function
“自致坍缩假说”是由D. Sudarsky和合作者解释宇宙结构的起源从一个完美的各向同性和均匀的宇宙在暴胀制度。在本文中，我们计算的张量模式的功率谱，在半经典引力近似下，与一个通用的自诱导坍缩的暴胀的波函数的附加假设，我们还计算张量标量比的估计。基于此计算，我们表明，所考虑的建议表现出强烈的抑制张量模式的振幅，然而，相应的振幅仍然是一致的联合BICEP/KECK和普朗克合作的限制张量标量比。
2015-10-29 astro-ph.CO gr-qc
Corrections to Hawking radiation from asteroid-mass primordial black holes: description of the stochastic charge effect in quantum electrodynamics
本研究从量子电动力学角度探究原初黑洞的随机电荷效应，验证半经典电荷方差与量子算符方差的一致性，明确涨落的集体效应起源并给出不同质量下的均方根电荷值。
2024-07-13 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black holes from a cosmic phase transition: The collapse of Fermi-balls
提出了一种基于一级相变（FOPT）的原初黑洞（PBH）形成机制。如果一个费米子在真真空中获得了巨大的质量，那么相应的粒子就会被困在假真空中，因为它们没有足够的能量穿透气泡壁。在FOPT之后，费米子被压缩到假真空残余中，形成称为费米球的非拓扑孤子，然后由于Yukawa吸引力而坍缩为PBH。我们推导出PBH的质量和丰度，表明对于一个$\mathcal{O}({\rm GeV})$ FOPT的PBH可能是$\sim10^{17}$ g和解释所有的暗物质。如果FOPT发生在更高的规模，PBH通常是过度生产和额外的稀释机制是必要的，以满足当前的限制。
2021-11-21 astro-ph.CO hep-ph
Evaporation of Primordial Black Holes in the Early Universe: Mass and Spin Distributions
本研究考察早期宇宙中具有非平凡质量与自旋分布的原初黑洞的霍金蒸发，证明分布形状显著影响多种宇宙学可观测量，并发布支持任意分布的 FRISBHEE 新版本。
2023-07-28 astro-ph.CO hep-ph
Angular momentum distribution during the collapse of primordial star-forming clouds
一般认为，在原始恒星形成云的引力坍缩过程中，角动量是分布的。然而，到目前为止，人们对分布的确切细节知之甚少。我们使用修改后的版本的小工具-2代码，三维光滑粒子流体动力学模拟，遵循理想化的以及更现实的minihalos的塌陷气体的演变。我们发现，尽管缺乏任何初始的湍流和磁场的云的角动量分布遵循相同的特征幂律，已报告的研究，采用完全自洽的宇宙学初始条件。无论云的初始旋转如何，幂律的拟合似乎都是大致恒定的。结果表明，原始微晕中自引力旋转气体的比角动量与气体质量之间保持着$L \propto M^{1.125}$的标度关系。我们还讨论了幂律分布的合理机制。
2015-12-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial Black Holes Are True Vacuum Nurseries
本文提出利用原初黑洞Hawking蒸发形成的热斑温度分布计算亚稳态真空衰变率，以避免传统真空的不一致性，并据此排除了特定质量黑洞对应的电弱真空不稳定PBH能量占比参数空间。
2023-11-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Extremal Black Holes as Dark Matter
研究表明，在给定暗电磁和重暗电子的情况下，质量范围从Planck尺度到$10^9$ g附近的原始（近）极值黑洞是宇宙学稳定的，并且可以解释暗物质.对于单个黑洞，霍金辐射和Schwinger放电过程分别被近极值和重暗电子所抑制.相比之下，双星系统的合并事件提供了直接观察霍金辐射的机会。由于合并产物不是极端的，它们迅速蒸发并产生瞬时高能中微子和伽马射线信号，可以在IceCube和HAWC等望远镜上观察到。近极值黑洞和暗电子质量之间的关系也可以为弱引力猜想提供线索。
2019-06-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Primordial black hole superradiance and evaporation in the string axiverse
该研究在弦轴子宇宙图景下，探究轻原初黑洞因轻轴子霍金发射自旋加快后触发的重轴子超辐射不稳定性，分析超辐射与蒸发的耦合动力学，得出质量-自旋分布规律并发现重轴子衰变可产生特征谱线。
2023-06-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Universe Inside the Black Hole and Inflation
我们推测早期宇宙是在一个原始的黑洞里。黑洞内部是dS背景，两个时空在黑洞的事件视界表面分离。我们认为，这幅图提供了一个自然实现的暴胀，而不调用暴胀子场。霍金辐射导致的黑洞蒸发提供了一种终止暴胀的自然机制，因此再加热和热大爆炸宇宙学从黑洞蒸发到相对论粒子开始。黑洞边界的量子引力涨落产生了近似标度不变的标量和张量扰动，其张量与标量的功率谱之比为$10^{-3}$量级。随着黑洞的蒸发，事件视界的半径逐渐缩小，膨胀过程中的哈勃膨胀率逐渐增大，量子霍金辐射为宇宙学中零能条件的破坏提供了一种新的机制。
2016-10-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Shocks from Exploding Primordial Black Holes in the Early Universe
Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）；The International Solvay Institutes（国际索尔维研究所）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；CERN（欧洲核子研究组织）；Universität Zürich（苏黎世大学）
研究低质量原初黑洞霍金辐射对早期宇宙等离子体的能量沉积，揭示其引发水动力学激波的机制，发现激波能局部恢复电弱对称性，为早期宇宙非平衡动力学提供新视角。
2026-03-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detecting Axion-Like Particles with Primordial Black Holes
本文提出利用原初黑洞的霍金辐射产生轴子类粒子并衰变为光子，通过e-ASTROGAM等实验观测其伽马射线信号，以探测ALP参数空间。
2025-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Evaporating primordial black holes, the string axiverse, and hot dark radiation
我们表明，原始黑洞（PBH）发展不可忽略的自旋通过霍金发射的大量轴子一般存在于弦论紧化。这是因为标量可以在无角动量模式（$l=0$）下发射，在这种模式下，没有角动量从BH中移除，因此足够多的标量可以补偿费米子、规范玻色子和引力子发射产生的自旋下降。由此产生的$10^8$ - $10^{12}$ kg PBH的特征自旋分布可能由未来的伽马射线观测站测量，前提是PBH丰度不是太小。这产生了一个独特的探测光标量的总数在基本理论，独立于如何弱，他们与已知的物质相互作用。目前由霍金辐射产生的热的MeV-TeV的轴子的局部能量密度可能超过$ρ_{\rm CMB}$。蒸发对PBH的约束也有所减弱。
2021-10-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The double formation of primordial black holes
原初黑洞是宇宙学中探测辐射主导时期重新进入哈勃半径的小尺度原初不均匀性的有用工具。在本文中，我们称之为PBH的双重形成的现象，下面描述，进行了探讨。假设存在一个高扰动区域，该区域在穿过视界后坍缩形成PBH，并且该区域叠加在更大的区域上，该区域在再入时也坍缩。然后，我们可以预期，在穿过这个区域时，中心较小区域的坍缩，随后在其各自的穿过时，较大扰动的另一个坍缩。较早形成的较小的PBH应该在第二次崩溃中被吞噬，导致单个较大的PBH作为最终状态。本文报道了这种双PBH形成的第一个直接的数值证实。与此相关，我们还讨论了高频模式对PBH形成的影响。
2014-08-19 astro-ph.CO gr-qc
