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
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
A boosted gravitational-wave background for primordial black holes with broad mass distributions and thermal features
原始黑洞（PBH）具有广泛的质量分布，受到宇宙热历史的影响，自然会在太阳质量尺度上产生一个高峰，可以解释LIGO/Virgo所看到的引力波事件以及暗物质的全部。我们发现，相比于单色或对数正态质量函数，早期PBH双星和晚期星团双星的引力波背景（GWB）在低频下强烈增强，甚至可以解释NANOGrav观测。这种增强来自质量比非常低的双星，包括太阳质量和中等质量的PBH在低频，太阳质量和亚太阳质量在高频。LISA可以区分各种模型，而在地基探测器的频带中，我们发现早期双星的GWB仅低于当前的LIGO/Virgo极限，高于天体物理背景，如果它们也解释了黑洞合并的话。星团中双星的GWB比中子星、天体物理学黑洞或早期PBH双星的GWB增强较少，但具有不同的光谱指数。它可以用爱因斯坦望远镜或甚至LIGO/Virgo设计的灵敏度探测到。
2023-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
Stochastic gravitational wave background from accreting primordial black hole binaries during early inspiral stage
本文研究了早期宇宙中原始黑洞双星在其早期螺旋阶段吸积周围高密度辐射时产生的随机引力波背景。我们首先证明了由于原始黑洞质量的快速增加，从原始黑洞双星产生的引力波振幅具有修正项。这些修正项是由于质量的一阶和二阶时间导数的非零以及它们对四极矩张量的整体二阶时间导数的贡献而产生的。我们发现，这些修正项中的一些项不仅与主项相比是重要的，而且在早期宇宙的某些时间范围内甚至占主导地位。这些修正项的意义不仅在于单个PBH双星产生的引力波振幅，而且还在于它们产生的整个随机引力波背景。我们表明，这种吸积的原始黑洞双星产生的谱密度位于一些目前和未来的引力波探测器的可探测范围内。
2019-11-18 astro-ph.CO gr-qc
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
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
Enhanced cosmological perturbations and the merger rate of PBH binaries
LIGO/Virgo观测到的合并事件的速率可以用来探测原始黑洞形式的暗物质的$f$分数。在这里，我们考虑合并率的PBH双星，占其初始偏心率$e$的宇宙学扰动的效果。双星上的扭矩从广泛的尺度中获得了显着的贡献，从双星形成时的视界大小，到双星的共同移动大小。在PBH是由绝热扰动形成的情况下，很自然地期望在小尺度上功率谱$P_Φ$的增强，在那里它在观测上受到很差的约束。这样的效果可能相当显著。例如，振幅$P_Φ\gtrsim 10^{-7}$在小于$\sim 10 Mpc^{-1}$的尺度上的几乎平坦的谱给出了贡献$\langle j^2 \rangle \sim 10^3 P_Φ$，其中$j= (1-e^2)^{1/2}$是双星的无量纲角动量参数。对于任何$f$值，这种贡献都可以支配来自邻近PBH的潮汐扭矩。目前的限制允许在中间尺度$10^3-10^5 Mpc^{-1}$的$P_Φ\sim 10^{-5}$一样大的功率谱，相当于在形成时的二进制的共同移动的大小。特别是，这可以放宽目前的限制PBH丰度的基础上观察到的LIGO/室女座合并率，允许一个分数$f\sim 10\%$的暗物质在PBH的质量$\sim 30 M_\odot$。我们调查的差分合并率$ΔΓ(m_1,m_2)$，作为一个功能的二进制组件的质量，和相应的“普适性”系数$α= -(m_1+m_2)^2 \partial^2 …
2019-07-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Merger rate distribution of primordial black hole binaries with electric charges
考虑了开普勒轨道上带电荷电的质点双星的引力辐射和电磁辐射，并在考虑最近的原初黑洞的引力矩和电磁矩的情况下，计算了带荷和一般质量函数的原初黑洞双星的合并率分布.我们应用的形式主义的极端带电的情况下，发现$α=-(m_i+m_j)^2\partial^2 \ln {\cal R}(m_i,m_j)/\partial m_i \partial m_j=12/11$，这是独立的质量函数。
2020-08-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Search for a gravitational wave background from primordial black hole binaries using data from the first three LIGO-Virgo-KAGRA observing runs
本研究利用LIGO-Virgo-KAGRA前三次观测的互相关数据，结合两种双黑洞形成机制与贝叶斯推断搜寻原初黑洞引力波背景，最终基于未探测结果给出原初黑洞占暗物质能量密度比例的约束。
2025-07-28 astro-ph.CO gr-qc
Prospects for probing gravitational waves from primordial black hole binaries
研究了未来引力波探测器在探测原始黑洞双星中的应用前景。我们表明，在广泛的质量范围从$10^{-5}M_\odot$到$10^7M_\odot$，未来的GW干涉仪提供了一个潜在的探测PBH丰度比任何现有的实验更敏感。特别是，我们发现，银河系PBH双星的质量低至$10^{-5}M_\odot$可以探测与ET，AEDGE和LISA通过搜索近单色连续GW信号。这样的搜索可以独立地测试PBH对OGLE观察到的超短微透镜事件的解释。我们还考虑了通过引力子-光子转换从小行星质量的PBH双星观测GW的可能性。
2021-10-13 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
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
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
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
The Clustering Evolution of Primordial Black Holes
原始黑洞可能构成宇宙中暗物质的重要组成部分，并负责LIGO/Virgo合作观察到的黑洞合并的引力波信号。原始黑洞的空间聚集可能会影响它们的合并率，并对它们的质量和丰度的约束产生重大影响。我们提供了一些原始的黑洞空间集群演化的分析处理，比较我们的结果与一些现有的N体数值模拟和讨论的影响黑洞合并率。如果原始黑洞对暗物质的一小部分有贡献，那么原始黑洞聚集就不相关了。另一方面，对于一个大的贡献的暗物质，我们认为，集群可能会增加后期的宇宙合并率与LIGO/室女座探测率兼容的水平。对于形成于原始时期的黑洞双星的早期宇宙合并率，成团可以克服LIGO/Virgo约束，但不能回避它们。
2020-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
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
Inspiral-merger-ringdown waveforms for black-hole binaries with non-precessing spins
基于完整的广义相对论对后旋、合并和衰荡的描述，首次给出了自旋非旋进的双黑洞的解析的旋进合并衰荡引力波形.通过匹配后牛顿描述的inspiral的一组数值相对论模拟，我们得到了一个波形的家庭，一个方便的少量的物理参数。这些波形将使我们能够检测到一个更大的参数空间的BBH聚结，包括相当一部分的进动二进制的可比质量制度，从而显着提高预期的检测率。
2011-06-08 astro-ph.CO gr-qc
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
Distinguishing Primordial Black Holes from Astrophysical Black Holes by Einstein Telescope and Cosmic Explorer
研究利用下一代引力波探测器ET和CE，通过探测亚太阳质量黑洞及分析双星并合率红移演化，区分原初黑洞与天体物理黑洞，并给出丰度极限与事件率分布预测。
2020-08-13 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
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
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
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
Gravitational Waves from Primordial Black Holes: Connecting Low-Frequency Scalar-Induced Signatures to High-Frequency Binary Mergers
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本文建立原初黑洞形成的标量诱导引力波（低频）与双星并合引力波（高频）之间的模型无关联系，发现并合谱峰值频率与ISCO频率满足普适关系f_peak=1.79 f_ISCO。
2026-07-20 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
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
Constraining changes in the merger history of (P)BH binaries with the stochastic gravitational wave background
来自原始黑洞分布的黑洞双星可能会表现出大的合并率，直到大的红移。使用唯象模型的合并率，我们表明，其斜率的变化，红移$z\sim 4$，约束的随机引力波背景的振幅从LIGO/室女座O3运行的电流限制。这表明，随机背景约束的合并率大于单个事件视界的检测（$z\simeq 1$相同的检测器）的红移。此外，我们表明，陡峭的合并率的随机引力波信号在中频的形状不同于通常的$2/3$ IR标度。我们讨论了我们的模型的影响，为未来的实验在很宽的频率范围内，作为设计LIGO/Virgo阵列，爱因斯坦望远镜，LISA和PTA。此外，本发明还我们表明，i）随机背景和目前的合并率提供了同样的约束边界上的丰度PBH所产生的高斯分布的不均匀性和ii）退化的水平上的随机背景（即不同的合并历史导致类似的随机背景）可以通过考虑由未来的探测器（如爱因斯坦望远镜）从数量计数中对合并率的补充直接观测来打破。
2022-01-28 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
Unequal-mass boson-star binaries: Initial data and merger dynamics
本文将等质量致密双星的修正初始数据构造推广至任意质量比，有效避免了不等质量玻色星双星碰撞中的虚假伪影，并借此详细探讨了相位偏移对双星合并的影响。
2023-04-10 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
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
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
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
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
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 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
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
Detecting the gravitational wave background from primordial black hole dark matter
高级LIGO/VIRGO引力波探测后推断的黑洞合并率和相对较高的祖先质量与由大质量原始黑洞（PBH）组成的暗物质模型一致。PBH双星发射的引力波频率范围很广，未来的空间干涉仪（LISA）和脉冲星定时阵列（PTA）将对其进行探测。考虑到双星的初始偏心率、PBH速度、质量分布和成团等因素，计算了PBH暗物质的随机引力波背景振幅。它允许通过LISA空间干涉仪进行探测，也可能通过SKA射电望远镜的PTA进行探测。有趣的是，人们可以通过特定的频率依赖性将这种背景与非原始的大质量双星区分开来，这是由PBH捕获形成的双星的最大碰撞参量引起的，取决于PBH的速度分布和它们的聚集特性。此外，我们还发现，与单色谱相比，引力波谱随着PBH质量分布宽度的增大而增大。目前的PTA限制已经排除了广泛的质量PBH模型，覆盖超过三十年的群众，但由于集群规避微透镜和CMB的限制。
2018-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
On the Merger Rate of Primordial Black Holes in Cosmic Voids
本研究聚焦宇宙空洞内原初黑洞的并合率问题，通过计算空洞暗物质晕中原初黑洞的并合率，明确其对aLIGO-aVirgo探测到的引力波事件的贡献，还分析了该并合率的红移演化及与质量、占比的关系。
2023-04-03 astro-ph.CO gr-qc
Comprehensively Constraining Ultra-Light Primordial Black Holes Through Relic Formation and Early Mergers
本文研究超轻原初黑洞在BBN前蒸发产生的遗迹及早期并合，扩展了对其暗物质比例和坍缩比例的约束范围。
2025-06-19 astro-ph.CO
Compact Binary Merger Rate in Dark-Matter Spikes
本文计算球形与椭球形坍缩暗物质晕模型下暗物质尖峰中的致密双星并合率，发现椭球坍缩可增强并合率，且原初黑洞双星结果符合 LIGO-Virgo 观测。
2023-01-10 astro-ph.CO gr-qc
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
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
Primordial Black Hole Merger Rate in Self-Interacting Dark Matter Halo Models
研究了自相互作用暗物质（SIDM）晕模型中原初黑洞（PBH）的合并速率。为了探索SIDM晕模型的密度分布的数值描述，我们使用先前进行的模拟的结果与$σ/m=10~{\rm cm^{2}g^{-1}}$的SIDM晕模型。我们还提出了一个浓度-质量-时间的关系，可以解释晕密度分布的演变与SIDM模型。此外，我们还研究了可能随机分布在暗物质晕介质中的PBH的相遇条件。在这些假设下，我们计算合并率的PBH在每个晕考虑SIDM晕模型和比较的结果与冷暗物质（CDM）晕模型。为了做到这一点，我们采用的定义后的时间晕男性化作为晕质量的函数。我们指出，SIDM晕模型$f_{\rm PBH}>0.32$可以产生足够的PBH合并的方式，这些超过了一个由CDM晕模型。通过考虑球坍缩晕质量函数，我们得到了类似的结果的累积合并率的PBH。此外，我们还计算了PBH总合并率的红移演化。为了确定对PBH丰度的约束，我们研究了PBH的合并率，它们的分数和质量，并将其与高级LIGO（aLIGO）-高级处女座（aVirgo）探测器在第三次观测运行期间估计的黑洞合并率进行比较。结果表明，在SIDM晕模型的背景下，合并率的$10~M_{\odot}-10~M_{\odot}$事件可以潜在地落在aLIGO-aVirgo窗口。我们还估计了PBH的分数和它们的质量之间的关系，这与我们的研究结果是一致的。
2022-07-25 astro-ph.CO gr-qc
Bubbles kick off primordial black holes to form more binaries
本文通过数值相对论首次模拟黑洞与气泡壁碰撞，发现其导致质量增长、引力波辐射和动量反冲，使原初黑洞双星形成率翻倍，加强了对原初黑洞丰度的观测约束。
2025-04-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
