Directional Neutrino Bursts from Spinning and Moving Primordial Black Holes
本研究提出旋转且运动的原初黑洞可产生定向高能中微子爆发，并利用 IceCube 与 KM3NeT 的非观测结果更新原初黑洞数密度约束。
2025-07-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining spinning primordial black holes with global 21-cm signal
利用红移z~17处21 cm信号的吸收特征，研究了自旋非零的原初黑洞（PBH）形式的暗物质组分的投影上界.质量和自旋是黑洞的基本性质，它们可以显著影响黑洞的蒸发速率。蒸发的黑洞可以向星系际介质注入能量并加热气体。随后，它可以修改全局21 cm信号中的吸收幅度。因此，21-cm信号中的吸收特征可以提供对PBH的稳健约束。我们分析了自旋和非自旋PBH形式的暗物质部分的投影约束。自旋PBH的约束条件比非自旋PBH更为严格。我们还将这些边界与其他观测结果进行了比较，并找到了对PBH质量的最严格的下限约束，对于极端旋转的PBH，该下限允许构成整个暗物质为6.7 x 10^17 g。
2022-01-15 astro-ph.CO hep-ph
Spinning primordial black holes formed during a matter-dominated era
本文通过非线性3+1D广义相对论模拟研究物质主导时期旋转原初黑洞的形成，发现质量与角动量转移效率分别约为10%和5%，并指出后续非旋转物质吸积会使最终无量纲自旋趋于可忽略。
2023-07-07 astro-ph.CO gr-qc
X-ray signals converted from high-frequency gravitational waves emitted by spinning light primordial black hole dark matter
Kobe University（神户大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；The University of Tokyo（东京大学）；SOKENDAI（综合研究大学院大学）；KEK（高能加速器研究机构）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（卡弗里宇宙物理学起源研究所（世界顶尖科学研究中心），东京大学宇宙边疆机构）
该研究探究轻原初黑洞暗物质超辐射产生的高频引力波经银河磁场转换光子的可探测性，发现10^18Hz附近X射线信号显著增强，未来X射线观测或能探测10^-15M⊙至10^-13M⊙质量范围原初黑洞的转换光子，为轻原初黑洞暗物质提供新探测途径。
2026-08-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Exploring Evaporating Primordial Black Holes with Gravitational Waves
来自早期宇宙的原始黑洞（PBH）与暗物质的性质有关，并且可以显著影响宇宙历史。我们发现，与$\lesssim10^9$ g PBH蒸发相关的符合暗辐射和密度涨落引力波特征可以用于探索和获得有关质量范围内跨越数量级的自旋和非自旋PBH形成机制的重要线索，这是具有挑战性的。
2021-11-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Heavy Spinning Particles from Signs of Primordial Non-Gaussianities: Beyond the Positivity Bounds
在所谓的宇宙对撞机计划中，新粒子在原始非高斯粒子上的印记已经被深入研究。特别是，它们在软极限中的非分析特性为暴胀尺度上的新粒子提供了确凿的证据。虽然这种方法对于探测质量接近哈勃尺度的粒子非常强大，但对于重粒子，信号会受到指数抑制。为了扩大宇宙对撞机的应用范围，本文从暴胀子有效作用量的Wilson系数和相应的原初非高斯性的符号出发，探索了一种探测重粒子自旋的新方法。作为第一步，我们专注于制度的德西特共形对称性弱破。众所周知，作为幺正性的结果，首阶有效算子$(\partial_μϕ\partial^μϕ)^2$是泛正的。相反，我们发现六阶导数算符$(\nabla_μ\partial_νϕ)^2(\partial_ρϕ)^2$的符号对于中等重标量是正的，而对于中等重自旋态是负的。因此，在树能级UV完备的假设下，该符号可以用来探测产生有效相互作用的重粒子的自旋。我们还研究了其原始非高斯性的现象学。
2020-03-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
21-cm constraints on spinning primordial black holes
在宇宙黑暗时代，来自原始黑洞（PBH）的霍金辐射可以加热中性气体，并在中性氢的全球21厘米信号上留下印记。我们使用全球21厘米的信号，以限制在质量范围内的$[2 \times 10^{13}, 10^{18}]$克的自旋PBH的丰度。我们考虑几个扩展的PBH分布模型。我们的研究结果表明，21厘米可以设置最严格的PBH边界在我们的质量窗口。与{ \it Planck}宇宙微波背景（CMB）数据的约束条件相比，21 cm的约束条件要严格两个数量级。具有较高自旋的PBH通常受到更强的约束。我们对单色质量分布的21厘米限制排除了初始质量低于$1.5 \times 10^{17}\ rg$的无自旋PBH，而初始自旋低于$a_0=0.999$的极端克尔PBH被排除为质量低于$6 \times 10^{17}\ rg$的主导暗物质成分。我们还推导出了对数正态，幂律和临界崩溃PBH质量分布的限制。
2022-03-08 astro-ph.CO hep-ph
Anisotropic Neutrino Emission from Spinning, Moving, and Charged Primordial Black Holes
本研究通过分析自旋、运动和电荷的联合效应，揭示了克尔-纽曼原初黑洞霍金蒸发中微子发射的各向异性特征，为早期宇宙PBH群体提供了新的多信使探测途径。
2025-08-20 astro-ph.CO hep-ph
$f(R)$-Gravity Generated Post-inflationary Eras and their Effect on Primordial Gravitational Waves
在这项工作中，我们将考虑一个几何产生的后暴胀时代对原始引力波能谱的影响。具体地说，我们将考虑一个后暴胀常数状态方程时代，产生的协同效应的$f(R)$重力和辐射和物质完美的流体。我们将研究两种有趣的情况，一种是状态方程参数$w=-1/3$，在这种情况下，宇宙既不加速也不减速，另一种是$w=0$，因此是一个早期的物质支配时代。为了评价与引力波能谱计算有关的暴胀观测指标，我们还考虑了常数状态方程参数era对$e$ -折叠数的影响。在$w=-1/3$和$w=0$两种情况下，原初引力波的能谱都被放大，但对于$w=0$情况，这种效应更强。
2022-05-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraints on single entity driven inflationary and radition eras
我们提出了一个模型，试图在一个统一的框架下融合暴胀时代和随后的辐射主导时代，以提供一个平滑的过渡。该模型是基于广义Chaubergin气体的修改。我们通过将标量扰动的原始功率谱映射到WMAP7的最新数据来观测约束模型。我们也计算了原始引力波的频谱，就像今天测量的那样。
2012-03-09 astro-ph.CO gr-qc
Revealing the Primordial Irreducible Inflationary Gravitational-Wave Background with a Spinning Peccei-Quinn Axion
由于暴胀过程中产生的量子真空张量涨落，原初不可约引力波背景跨越了一个几乎尺度不变的频谱，但频率太低，无法被下一代引力波干涉仪检测到。我们展示了这个信号是如何增强的宇宙历史中的一个短暂的临时kination时代（小于10 e倍），可以出现在任何能量范围之间的GeV和膨胀规模$10^{16}$ GeV。我们认为，这样的kination时代是自然产生的旋转轴子之前，它被困在其潜力。通常假设轴子从其最初的冻结位置开始围绕其最小值振荡。然而，Peccei-Quinn场的早期动力学可以在轴子场中诱导出一个大的动能，在轴子获得质量之前或之后触发一个动能时代，导致原始引力波背景中的特征峰。这代表了轴子物理学的确凿特征，因为预计没有其他标量场动力学会触发早期宇宙中的这样一系列状态方程。我们推导出由此产生的引力波，并提出了导致这种信号的参数空间以及可探测性前景，特别是在LISA，爱因斯坦望远镜，宇宙探测器和大爆炸观测器。我们展示了两个模型独立的预测，并提出了两个具体的动机良好的UV完成QCD轴子暗物质，这种动态是内置的结果。
2021-08-23 astro-ph.CO hep-ph
Galaxy Bispectrum from Massive Spinning Particles
在暴胀过程中，如果存在大量的自旋粒子，会导致原始扰动的独特双谱，其形状和幅度取决于额外粒子的质量和自旋。这个信号，反过来，在星系的统计分布中留下印记;特别是，作为一个非消失的星系双谱，它可以用来探测这些粒子的质量和自旋。在本文中，我们首次提出了一个新的理论模板的大质量自旋粒子产生的双谱，有效的一般三角形配置。然后，我们继续进行费舍尔矩阵预测，以评估两个下一代光谱星系调查，EUCLID和DESI，约束这些额外的粒子来源的原始非高斯的潜力。我们模型的星系双谱使用树级微扰理论，占红移空间扭曲和Alcock Paczynski效应，并预测约束的原始非高斯参数边缘化所有相关的偏见和宇宙学参数。我们的研究结果表明，这些调查可能是敏感的振幅大于$f_{\rm NL}\approx 1$的任何原始的非高斯性，为大质量粒子的自旋2，3和4。有趣的是，如果非高斯性在那个水平上存在，这些调查将能够推断出这些旋转粒子的质量，误差在百分之几十以内。如果被探测到，这将为我们宇宙在膨胀期间的粒子含量提供一个非常清晰的窗口。
2018-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Effects of a Pre-inflationary de Sitter Bounce on the Primordial Gravitational Waves in $f(R)$ Gravity Theories
在这项工作中，我们研究了暴胀前的德西特反弹对原始引力波能谱的影响。具体地说，我们假设宇宙是由几个演化补丁描述的，开始于de Sitter前暴胀反弹，随后是准de Sitter慢卷暴胀时代，随后是常数状态方程参数异常再加热时代，随后是辐射和物质支配时代和后期加速时代。真空$f(R)$引力可以实现反弹和暴胀时代，$f(R)$引力和完美物质流体的协同作用可以实现异常再加热和晚期加速时代。使用众所周知的重建技术，我们发现，除了从物质和辐射的统治时代，这是实现相应的物质流体的$f(R)$重力可以实现每个演化补丁。相应地，我们计算了原始德西特反弹的阻尼因子，正如我们所展示的，与没有反弹的情况相比，信号只能被一个引力波未来的实验检测到。我们详细讨论了我们的结果的后果和未来的前景。
2022-10-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraining Primordial Black-Hole Bombs through Spectral Distortions of the Cosmic Microwave Background
研究了非蒸发原初黑洞超辐射不稳定性对宇宙微波背景谱的影响。在辐射主导的时代，PBH被大致均匀的宇宙等离子体包围，通过等离子体频率赋予光子有效质量。在这种情况下，旋转的PBH是不稳定的，通过众所周知的“黑洞炸弹”机制自发自旋下降。在线性水平下，光子密度被有效光子质量捕获，并且由于超辐射而随时间呈指数增长。当等离子体密度由于宇宙膨胀而下降时，PBH周围的相关能量被释放并在CMB中消散。我们评估了在红移范围10^3 < z < 2x10^6内CMB的光谱畸变。利用现有的COBE/FIRAS对CMB光谱畸变的限制，我们得到了在10^{-8}*Msun < M < 0.2*Msin的质量范围内与自旋PBH相关的暗物质的分数上限。对于最大自旋PBH，我们的限制比微透镜或其他方法得到的限制要严格得多。来自拟议的PIXIE任务的未来数据可以将我们的限制提高几个数量级。
2013-08-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining spinning primordial black holes with interstellar dust heating
School of Physics and Physical Engineering, Qufu Normal University（曲阜师范大学物理与光电工程学院）
本研究通过分析自旋原初黑洞蒸发加热星际尘埃的效应，结合次级光子贡献，推导出暗物质占比的新上限，为约束原初黑洞丰度提供了互补方法。
2026-09-30 astro-ph.CO gr-qc
Accretion, Evaporation and Superradiance Phase Diagram of (Primordial) Black Holes and $10^{-21}-10^{21}$ eV Scalar, Vector, Tensor Fields
研究原始黑洞和特定能量范围的标量、矢量、张量场的吸积、蒸发和超辐射相图，并探讨其对粒子物理和宇宙学的限制。
2025-04-02 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
The Importance of Priors on LIGO-Virgo Parameter Estimation: the Case of Primordial Black Holes
目前和未来的干涉仪探测到的黑洞可能有不同的起源。它们的预期质量和自旋分布取决于形成机制的具体情况。当物理动机的先验分布用于贝叶斯推断时，从引力波数据估计的参数可能会发生显着变化，可能会影响某些引力波事件的物理解释及其对理论模型的影响。作为一个案例研究，我们分析了原始黑洞，这可能是在早期宇宙中形成的，并可能包括至少一小部分的暗物质。如果在它们的宇宙历史中吸积不是有效的，那么原始的黑洞就几乎不旋转。如果吸积是有效的，大质量双星往往是对称的和高度旋转的。我们表明，将这些先验可以显着改变推断的质量比和有效自旋的一些二元黑洞事件，特别是那些确定为高质量，不对称，或旋转的标准分析使用不可知论先验。对于几个事件，贝叶斯因子只受到新先验的轻微影响，这意味着很难区分迄今为止检测到的合并事件是原始的还是天体物理学的起源。特别是，如果被LIGO/Virgo识别为强不对称的双星（包括GW 190412）是原始起源的，那么从数据中推断出的质量比可以更接近于1。对于GW 190412，后者的属性是强烈的影响，包括在波形模型中的高次谐波。
2020-12-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Superradiant pion clouds around primordial black holes
我们发现，质量为$M\sim 10^{12}$ kg的高速旋转的原始黑洞，可能诞生于暴胀后的物质主导时代，可以通过超辐射不稳定性在其附近产生介子云，密度高达核物质。我们讨论了这个过程中的电磁签名，通过中性π介子衰变和带电π介子湮灭成光子，计算特别是它们的各向同性伽马射线背景的贡献。这使我们能够对这样的原始黑洞的丰度设置上限，这些黑洞的丰度可以与从霍金蒸发中获得的黑洞的丰度相比较。我们还讨论了在高红移超星系团中直接观测这种云的可能性。
2020-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Little Red Dots from Small-Scale Primordial Black Hole Clustering
本文提出原初黑洞团簇通过小尺度长短模耦合形成并经历失控并合，从而产生“小红点”中的重种子超大质量黑洞，并用蒙特卡洛模拟求解Smoluchowski方程确定并合时标，同时预测随机引力波背景和高自旋特征。
2025-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Hunting Primordial Black Hole Dark Matter in Lyman-$α$ Forest
本研究利用莱曼-$α$森林观测推导的星系际介质温度演化，限制质量在$5\times10^{15}$至$10^{17}$克间的旋转与非旋转原初黑洞暗物质比例，发现对$10^{16}$克非旋转黑洞的限制可达总暗物质的0.1%以下，提供了一种互补的新探针。
2025-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gauss-Bonnet Cosmology Unifying Late and Early-time Acceleration Eras with Intermediate Eras
在本文中，我们证明了真空$F(G)$引力是可能的，以辐射和物质支配时代的统一晚，早时间的加速时代。统一演化的哈勃速率包含两个温和的奇点，称为IV型奇点，并且演化本身具有一些吸引人的特征，例如在后期存在减速-加速转变。我们还定量地解决了一个基本问题，有关修改后的引力模型描述的宇宙演化：是否有可能为所有修改后的引力描述我们的宇宙演化，产生一个近尺度不变的原始曲率扰动谱？正如我们所证明的那样，$F(G)$描述的答案是否定的，因为所得到的功率谱不是尺度不变的，与文献中研究的$F(R)$描述相反。因此，虽然宇宙演化可以在真空$F(G)$引力的背景下实现，但与相同宇宙演化的$F(R)$引力描述相比，该演化与观测数据不兼容。
2016-06-07 astro-ph.CO gr-qc
Galactic constraints on spinning primordial black hole dark matter from interstellar dust heating
School of Physics and Physical Engineering, Qufu Normal University（曲阜师范大学物理与光电工程学院）
研究利用尘埃加热机制，通过纳入PBH自旋并考虑五种晕模型，计算光子光谱，探究对暗物质密度分布约束的依赖性，得出不同自旋参数、晕模型及质量函数下的约束结果，提供了补充性暗物质约束。
2026-09-15 astro-ph.CO
Primordial Black Holes Confront LIGO/Virgo data: Current situation
到目前为止，LIGO和Virgo干涉仪已经提供了11个黑洞双星的引力波（GW）观测。在不久的将来，类似的侦查肯定会变得非常频繁。随着当前和即将到来的数据财富，有可能面对特定的形成模型与观察。我们在这里调查目前的数据是否与LIGO/室女座黑洞是原始起源的假设兼容。我们详细计算原始黑洞（PBH）的质量和自旋分布，它们的合并率，未解决的合并的随机背景，并面对他们与当前的数据从前两个观测运行，也包括最近发现的GW 190412。我们计算的PBH质量分布的参数，在形成与当前GW数据兼容的最佳拟合值。在所有情况下，暗物质中PBH的最大比例被这些观测结果限制为$f_{\text{PBH}}\approx {\rm few}\times 10^{-3}$。我们讨论的预测PBH的情况下，可以直接测试新的数据变得可用。在最有可能形成的情况下，PBH出生时的自旋可以忽略不计，事实上，至少有一个组成部分的GW 190412是适度旋转是不相容的原始起源为这个事件，除非吸积或分层合并是显着的。在没有吸积的情况下，目前的非GW约束已经排除了LIGO/Virgo事件都是原始起源的，而在存在吸积的情况下，GW对PBH丰度的限制是相关质量范围内最严格的。在宇宙历史中，一个强烈的吸积阶段将有利于质量比接近于1，以及高质量、高自旋和几乎相等质量的双星之间的红移相关性，其中次级成分比初级成分旋转得更快。
2020-09-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Anisotropies in the Gravitational Wave Background from Cosmological Phase Transitions
早期宇宙中的相变很容易产生可观测的随机引力波背景。我们表明，这样的背景必然包含类似于光子的宇宙微波背景（CMB）的各向异性，这些也可能是拟议的引力波探测器的范围内。引力波各向异性的相关性及其与CMB的互相关性可以为原始波动的机制提供新的见解，例如多场暴胀，并揭示早期粒子物理学中存在非标准的"隐藏部门”。
2019-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Impacts of Jets and Winds From Primordial Black Holes
在早期宇宙中形成的原始黑洞（PBH）构成了暗物质的一个有吸引力的候选者。在星际介质的气体环境中，具有吸积盘的PBH自然会发射出风和喷流等外流。具有显著自旋的PBH可以维持强大的相对论喷流并产生相关的茧。喷流和风可以有效地储存它们的动能，并通过冲击加热周围的气体。聚焦狮子座T矮星系，我们证明，这些考虑可以提供新的测试PBH在一个显着的$\sim 10^{-2} M_{\odot} - 10^6 M_{\odot}$质量范围内，包括参数空间与LIGO和VIRGO合作的引力波观测。观察发射的形态可以区分喷流和风的贡献，从而间接检测旋转的PBH。
2021-11-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Spinning Primordial Black Holes and Scalar Induced Gravitational Waves from Single Field Inflation
该研究通过单场膨胀模型探讨原始黑洞的形成、自转及标量诱导引力波，预测两种参数集下的PBH质量分布和SIGW信号，与未来引力波探测器灵敏度相匹配。
2025-12-05 astro-ph.CO
Exploring the Spectral Shape of Gravitational Waves Induced by Primordial Scalar Perturbations and Connection with the Primordial Black Hole Scenarios
人们越来越期望引力波探测器将在未来几年开始探测随机引力波背景。我们探讨了由标量微扰引起的二阶引力波的频谱形状，并推测这些引力波是在早期宇宙中产生的。我们计算了在辐射和动能时代产生的引力波谱以及与之相关的原始黑洞对应物。我们采用功率谱的原始曲率扰动产生的$α$-吸引子和非最小导数耦合膨胀模型以及高斯和δ型形状。我们证明了张量模式的能力，以约束的原始曲率扰动的频谱和区分暴胀模型。引力波的产生也可以通过谱形和振幅来区分。
2021-01-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Constraining the primordial black hole scenario with Bayesian inference and machine learning: the GWTC-2 gravitational wave catalog
原始黑洞（PBH）可能形成于宇宙早期，并且可能至少包含一部分暗物质。使用最近发布的GWTC-2数据集从第三次观测运行的LIGO-Virgo合作，我们调查目前的观测是否与假设，即所有黑洞合并检测到的是原始起源兼容。我们在基于深度学习技术的分层贝叶斯推断框架内约束PBH形成模型，为这些模型的独特特征找到最佳拟合值，包括PBH初始质量函数，PBH在暗物质中的比例以及吸积效率。在GWTC-2数据集中存在几个旋转的双星有利于PBH吸积和旋转的情况。我们的研究结果表明，PBH可能只包括一小部分小于$0.3 \%$的总暗物质，和预测的PBH丰度仍然是兼容的其他限制。
2021-01-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Evolution of Primordial Black Holes and their Final Observable Spins
在地面引力波探测器的质量范围内的原始黑洞可以构成暗物质的很大一部分。从聚并过程中得到的质量和自旋测量值可以用来区分双星黑洞是天体物理起源还是原始起源。在标准情况下，原始黑洞的自旋在形成时非常小。然而，由于吸积，质量和自旋可以在宇宙历史中演化。我们发现，原始黑洞的质量和自旋是相关的红移依赖的方式，特别是原始黑洞与质量低于${\cal O}(30)M_\odot$可能是非自旋在任何红移，而较重的黑洞可以接近极端的红移$z\sim10$。质量和自旋分布对红移的依赖性可以用未来的探测器如爱因斯坦望远镜来探测。质量和自旋的演化影响引力波形参数，特别是合并残余物的最终质量和自旋的分布，以及双星的有效自旋的分布。我们认为，相比天体物理形成的情况下，原始起源的黑洞二进制可能更好地解释自旋分布的合并事件探测到的LIGO-Virgo，其中的有效自旋参数的二进制兼容为零，除了可能有一些高质量的事件。LIGO-Virgo第三次观测运行的结果可能会加强或削弱这些预测。
2020-03-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Waves from Primordial Black Holes and New Weak Scale Phenomena
我们考虑这样一种可能性，即质量为$\sim (10^{26}$ -- $10^{29})$ ~g，Schwarzschild半径为$\mathcal{O}{\text{cm}}$的原始黑洞，在各种约束条件允许的情况下，构成$\sim 10\%$或更多的宇宙暗物质。这些黑洞通常起源于对应于温度$\mathcal{O}{10-100}$ ~GeV的宇宙时代，并且可能与可见或隐藏扇区中的一阶相变有关。如果这些小的原始黑洞在我们银河系附近的中子星或天体物理学黑洞周围的轨道上被捕获，那么由此产生的“大卫和歌利亚（D\&G）”双星的引力波可以在Advanced LIGO或Advanced Virgo上检测到数小时或更长时间，可能在$\mathcal{O}{10}$ ~Mpc的距离上包围星系的本地超星系团。拟议中的爱因斯坦望远镜将进一步扩大这些信号的范围。一个积极的信号可以通过发现$\mathcal{O}{10-100}$ ~GeV质量范围内的新粒子来进一步证实，并且还可能探测到起源于一阶相变时代的长波长引力波。
2017-03-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stasis in an Expanding Universe: A Recipe for Stable Mixed-Component Cosmological Eras
膨胀宇宙的一个特征是其不同成分的宇宙丰度随时间的变化。例如，一个辐射主导的宇宙不可避免地让位于一个物质主导的宇宙，而像物质辐射平等这样的关键时刻是短暂的。在本文中，我们指出，这种说法并不总是正确的，它是可能的，以获得一种形式的“停滞”，其中的相对宇宙丰度$Ω_i$的不同组件保持不变，在延长宇宙学时期，即使宇宙膨胀。此外，我们证明，这种情况是没有微调，但实际上是全球吸引子在某些宇宙学框架内，宇宙自然地朝着这种长期的停滞期为各种各样的初始条件。因此，这种停滞状态的存在在整个宇宙学时间轴上产生了许多新的理论可能性，从原始密度扰动、暗物质产生和结构形成的潜在影响，一直到早期再加热、早期物质主导时代，甚至宇宙的年龄。
2022-01-18 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting string-inspired running-vacuum models under the lens of light primordial black holes
本研究在弦启发运动真空模型框架下分析轻原初黑洞诱导的早期引力波，发现需修正模型量子化方式以避免引力波过量产生，凸显轻原初黑洞的新物理探针价值。
2024-07-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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 signatures of primordial black hole clusters and the imprint of an early dense-core collapse
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所）
针对原初黑洞团自旋产生与宇宙学存续的矛盾，本研究提出致密核心+延展暗晕的结构模型，通过N体模拟揭示其引力波特征，为引力波观测解读提供新框架。
2026-09-02 astro-ph.CO gr-qc
Effect of accretion on primordial black holes in Brans-Dicke theory
在Brans-Dicke理论中考虑了早期宇宙中辐射吸积对原初黑洞的影响。在Brans-Dicke理论中，原初黑洞由于辐射吸积而增长的速率远小于宇宙学视界的增长速率，从而为黑洞的因果吸积提供了足够的辐射密度。我们表明，吸积的辐射由Brans-Dicke黑洞覆盖的霍金蒸发的影响，在辐射占主导地位的时代。由于引力"常数“的变化，黑洞在后来的年代中的蒸发被进一步修改，与标准宇宙学的情况相比，它们可以存活更长的时间。我们估计吸积的影响修改的约束，其初始质量分数从$γ$ -射线背景限制目前蒸发原始黑洞。
2009-09-03 astro-ph.CO
Searching for Inflationary Physics with the CMB Trispectrum: 1. Primordial Theory & Optimal Estimators
本文分析了CMB温度和偏振四点函数以搜寻多种暴胀物理现象，提出十三个准最优估计器以直接估计原初模板幅度，为利用Planck数据约束暴胀模型及宇宙对撞机物理提供了基础。
2025-05-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
ALP production from light primordial black holes: The role of superradiance
本文研究轻原初黑洞通过超辐射增强模场并衰变产生类轴子粒子的机制，计算其数密度，并结合普朗克卫星对中微子有效种数的观测限制，给出更新约束。
2025-07-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Single Field Double Inflation and Primordial Black Holes
在标量张量理论的框架内，我们研究了小宇宙尺度上的单场暴胀动力学与宇宙微波背景观测所探测到的大尺度上的单场暴胀动力学显著不同的条件。由此产生的单场双暴胀情景的特征是两个随之而来的暴胀时代，通常由慢滚近似失败的时期分开。在大的场值的暴胀子的动力学是由它的非最小耦合重力和暴胀子自耦合的辐射修正之间的相互作用。相反，对于小的场值，势由导致山顶暴胀的多项式支配。不依赖于慢滚近似，这是无效的外观的中间阶段，我们提出了一个具体的模型，匹配目前的测量暴胀观测，并采用小宇宙尺度的框架所赋予的自由，以产生一个相当大的人口的原始黑洞产生的大曲率波动。我们发现，这些功能通常需要一个潜在的本地最小值。我们发现，相关的原始黑洞质量函数只是近似对数正态分布。
2017-09-11 astro-ph.CO hep-ph
E and B modes of the CMB y-type distortions: polarised kinetic Sunyaev-Zeldovich effect from the reionisation and post-reionisation eras
我们研究了再电离和再电离后时期，源自自由电子横向特有速度（微扰论中的二阶）的宇宙微波背景（CMB）的E和B模式极化。有趣的是，这种极化动力学Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应的光谱可以分解为黑体部分和y型失真。y失真部分可与主E和B模式以及透镜B模式区分开。此外，它还可以与其他y型信号区分开，例如热SZ效应，这些信号是非偏振的。我们表明，这个信号是敏感的再电离的历史，特别是如何快速再电离发生。Y型畸变的E和B模式提供了一种击败宇宙主CMB各向异性方差的方法，并且是宇宙学参数的独立探测器。pkSZ效应的黑体分量将是张量标量比$r \lesssim 3\times10^{-5}$的原始张量模式的重要前景。
2022-10-25 astro-ph.CO
New insight into EM radiation from spinning dust and its influence on the Cosmic Microwave Background
尘埃在宇宙中无处不在，它对观测到的电磁（EM）辐射的影响需要正确解决。近年来，星际尘埃粒子对电磁辐射的散射可以改变观测到的宇宙微波背景（CMB）辐射的局部性质，这一点变得越来越清楚。在这里，我们考虑的相关过程的发射和散射的电磁辐射的旋转尘埃粒子，并讨论它们可能的影响的CMB。特别是，我们表明，散射辐射可以建立星系偶极发射的不同光谱成分之间的相关性。这可以解释宇宙微波背景辐射与星际尘埃100微米热辐射之间的相关性。CMB的另一个重要性质与它的偏振各向异性和宇宙学B模的观测有关。我们表明，在静磁场的存在下，从尘埃颗粒的CMB辐射的散射确实可以创建一个B模式的光谱分量，这是非常相似的，由于原始的引力波。这可以用CMB辐射的一种棉-羊效应来描述。
2019-06-19 astro-ph.CO
Primordial black holes from cusp collapse on cosmic strings
原初黑洞是宇宙学和天体物理学的重要研究对象，作为暗物质候选者和引力波的潜在来源，受到了广泛的关注。一种可能的PBH形成机制是宇宙弦的引力坍缩。到目前为止，关于宇宙弦产生PBH的全部文献都集中在（准）圆形宇宙弦环的坍缩上，这只占宇宙环总数的一小部分。在这里，我们证明了一种新的PBH形成机制：崩溃的一小部分宇宙弦附近的尖点。使用箍猜想，我们表明，崩溃是不可避免的，每当一个尖点出现在一个宏观大的循环，形成一个PBH的静止质量小于质量的循环的一个因素的无量纲弦张力的平方，$(Gμ)^2$。由于尖点是宇宙弦环的一般特征，并且不依赖于像圆形坍缩这样的精细调谐的环结构，这意味着宇宙弦产生的PBH比以前认识到的要多得多。由此产生的PBH是高度旋转的，并被提升到超相对论速度;它们占据了BH质量自旋参数空间的一个独特区域，因此是宇宙弦的“吸烟枪”观测特征。我们推导出新的约束$Gμ$从尖点塌陷PBH的蒸发，并更新现有的约束$Gμ$从引力波搜索。
2020-08-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Searching for cosmic strings via black hole spin-down
本文提出利用附着宇宙弦导致黑洞自旋减缓来搜寻宇宙弦，预测大质量原初黑洞近零自旋，并探讨通过脉冲星观测超大质量黑洞自旋减缓。
2024-09-06 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Effect of Accretion on the evolution of Primordial Black Holes in the context of Modified Gravity Theories
本文在修正引力理论框架下，系统研究宇宙流体吸积和霍金辐射对不同宇宙学时期原初黑洞质量演化的影响，涵盖多种线性和非线性状态方程模型，为理解原初黑洞形成演化及未来探测提供理论依据。
2024-06-07 astro-ph.CO gr-qc
Isotropic X-ray bound on Primordial Black Hole Dark Matter
我们重新讨论了在质量范围为$10^{16}-10^{18}$ g的各向同性X射线和软γ射线背景下蒸发原始黑洞的约束条件。我们发现，它们比通常推断的更强，这是由于两个被忽略的影响：i）由于蒸发过程中发射的正电子引起的湮灭辐射的贡献。ii）高纬度，银河系对测量的各向同性通量的贡献。我们研究了所使用的数据集，正电子湮没条件，并列入天体物理背景的界限的依赖性。我们推动的排斥限制非自旋PBH与单色质量函数作为整体的暗物质到1.5 $\times 10^{17}\,$ g，这代表了$\sim$ 15 $\%$改善相对于早期的界限，并转化为几乎一个数量级的改善PBH分数在已经探测的区域。我们还表明，包括自旋和/或扩展，对数正态质量函数导致更严格的界限。我们的研究表明，各向同性的流量是一个非常有前途的目标，为未来的任务，在提高灵敏度PBH作为暗物质的候选人。
2023-03-02 astro-ph.CO hep-ph
Synergy between CSST and future gravitational-wave detectors: Probing primordial black holes by cross-correlating dark sirens with galaxies
Northeastern University（东北大学）
利用CSST星系巡天与未来引力波探测器网络的互相关，通过引力波成团偏置区分原初黑洞与天体黑洞，发现ET2CE网络可探测占比超40%的PBH，而BDET2CE网络将阈值降至约20%。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Primordial Black Holes from $α$-attractors
本文研究暴胀$α$ -吸引子中的原初黑洞产生.我们讨论了两类模型，即具有最小多项式超势的模型以及允许PBH的调制混沌模型。我们发现，一个显着的放大的曲率功率谱${\cal P_R}$可以实现在这类模型与适度的调整潜在的参数。我们一贯检查PBH的形成过程中的辐射，此外在再加热时代的背景压力可以忽略不计。结果表明，曲率功率谱的基本特征与后暴胀宇宙演化有明确的联系，并相应地修正了PBH的质量和丰度表达式。对于功率谱峰${\cal P_R} \sim 10^{-2}$和大的再加热温度，以及此外，对于中等峰${\cal P_R} \sim 10^{-5}$和再加热温度$T_\text{rh}\sim 10^7$ GeV，质量范围$10^{-16}-10^{-14} \, M_{\odot}$中的PBH可以以宇宙学相关的丰度形成，这是功率谱峰位置的特征。关于CMB观测量，这里用来产生低质量区域PBH的$α$ -吸引子模型与传统的暴胀$α$ -吸引子模型相比，一般预测较小的$n_s$和较大的$r$和$α_s$参数值。
2019-02-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological Magnetic Fields from Primordial Kerr-Newman Black Holes
本文研究早期宇宙中带电旋转的原初克尔-纽曼黑洞产生宇宙学磁场的可能性，计算了磁场强度与关联长度，并指出其与随机引力波背景的关联可作为主要观测特征。
2023-05-11 astro-ph.CO hep-ph
Extreme-Value Statistics of the Spin of Primordial Black Holes
极端旋转的原始黑洞有多罕见？我们展示了如何从PBH自旋的基本分布，极值统计可以用来量化自旋PBH的克尔参数接近1的稀有性。使用峰值超过阈值的方法，我们展示了如何PBH形式的概率，自旋超过足够高的阈值可以使用广义帕累托分布计算。这使我们能够估计PBH的平均数量，其中我们可以找到一个单一的PBH形成的自旋超过一个高阈值。我们发现，原始的自旋分布在形成时会产生极其罕见的近极值自旋PBH：对于典型的参数值，大约高达一亿分之一的PBH会形成自旋超过索恩极限。我们讨论的条件下，甚至更多的极端自旋PBH可能会产生，包括修改的偏度和峰度的自旋分布通过平滑变换。我们从我们的计算中推断，如果小行星质量超过当前观测极限的蒸发质量为~10^{17} g的PBH确实对暗物质有显著贡献，那么其中一些可能是接近极值的PBH。
2021-09-25 astro-ph.CO
Forecasts for CMB μ- and i-type spectral distortion constraints on the primordial power spectrum on scales 8 < k < 10^4 Mpc^-1 with the future Pixie-like experiments
红移为1.5 x 10^4 < z < 2 x 10^6的丝绸阻尼消除了对应于同向波数8 < k < 10^4 Mpc^-1（10^5 < \ell < 10^8）尺度上的CMB各向异性。这种耗散的能量被CMB吸收，在μ型和i型CMB光谱中产生黑体畸变。我们研究，使用Fisher矩阵，我们可以从测量这些频谱失真的原始功率谱从未来的实验，如Pixie的约束，以及这些约束如何改变，因为我们改变的频率分辨率和灵敏度的实验。我们表明，额外的信息的形状的$i$型失真，结合μ型失真，使我们能够打破这些尺度上的功率谱的幅度和谱指数之间的简并性，并导致更严格的约束。考虑到y型畸变的部分简并度和CMB黑体部分的温度，我们量化了μ型畸变和i型畸变中包含的信息。我们还计算了原始功率谱的约束时，光谱失真的信息相结合的CMB各向异性测量的WMAP，SPT，ACT和普朗克实验。
2013-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Semianalytic calculation of the gravitational wave spectrum induced by curvature perturbations
Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University（名古屋大学小林-益川粒子宇宙起源研究所）
本文提出半解析方法计算由原始曲率扰动诱导的引力波谱，并推导出在不同宇宙时期下的解析表达式。
2025-12-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB at 2x2 order: the dissipation of primordial acoustic waves and the observable part of the associated energy release
由于光子的扩散，光子-重子流体中的原始小尺度扰动的丝绸阻尼不可避免地在CMB中产生光谱失真。利用所提出的CMB实验PIXIE，有可能测量这些畸变，从而将原始功率谱限制在共动波数50 Mpc^{-1} < k < 10^4 Mpc^{-1}。由于宇宙微波背景辐射在这些尺度上的原始涨落被丝绸阻尼完全消除，这些扭曲可能是揭示暴胀物理学中不可观测方面的唯一途径。一个一致的原始耗散问题的治疗需要去二阶微扰理论，而热化这些扭曲需要考虑康普顿散射能量转移的二阶。在这里，我们给出了一个完整的2x2治疗的创建和演变的频谱失真，由于声耗散过程中，一贯包括偏振和光子混合的影响，在自由流制度。我们发现，存储在小尺度温度扰动中的总能量的1/3（比以前的估计大9/4）会产生可观察到的光谱失真，而剩下的2/3只会提高CMB的平均温度，这种影响是不可观察的。在高红移时，耗散主要是通过四极各向异性介导的，而在复合后，特殊的运动是最重要的。在复合期间，较高多极子的阻尼也是显著的。我们使用CosmoTherm计算几个例子的平均失真，分析它们对原始功率谱参数的依赖性。对于最适合的WMAP 7宇宙学之一，n_S=1.027和n_run=-0.034，重子物质的冷却实际上补偿了μ时代声耗散的加热。（节略）
2012-07-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Clarifying transfer function approximations for the large-scale gravitational wave background in $Λ$CDM
原始的引力波背景（GWB）为新物理学的发现提供了一个令人兴奋的未来途径。它的信息内容编码了早期宇宙历史中的多个时代，对应于今天测量的频率和物理尺度的许多数量级。通过数值求解的GW的传递函数，我们提供了简单而准确的公式描述的平均功率的大规模的能量谱的GWB的任意原始张量功率谱。在这样做的时候，我们可以教学解释和澄清以前的GWB文献，突出各种GWB功能的重要宇宙学参数，并揭示多种方式，消除概念错误可以给出欺骗性的准确结果。这里考虑的尺度是特别重要的CMB探头的GWB，通过$B$模式和光谱失真。特别是，我们仔细研究了中微子阻尼的影响，以及辐射主导（RD）和物质主导（MD）时代之间的过渡的精确性质。数值解决该问题的副产品是研究文献中常见近似的鲁棒性的能力。具体来说，我们表明，数值处理是特别重要的RD-MD过渡，并为一个简短的时刻，中微子阻尼发生在MD的历史。在传递中，我们还讨论了后期加速所造成的暗能量的影响-表明这可以忽略不计，在大多数实际的GWB应用-和GWB在非常小的尺度上的相对论自由度的变化的影响。
2021-07-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stringy-Running-Vacuum-Model Inflation: from primordial Gravitational Waves and stiff Axion Matter to Dynamical Dark Energy
在以前的工作中，我们推导出了弦宇宙的运行真空模型（RVM），它提供了一个有效的描述从暴胀到现在的时代的四维弦启发宇宙学的演变。在这个“弦RVM”版本的背景下，假设早期宇宙的特征是纯粹的引力自由度，来自无质量的引力弦多重态，包括反对称张量场。后者起着重要的作用，因为它的对偶产生了一个“刚性”的引力轴子“物质”，这反过来又耦合到引力异常项，假设在早期时代是非平凡的。在存在原始引力波（GW）扰动的情况下，这种反常耦合导致类似于RVM的动力学暴胀，而没有外部暴胀子。我们在这里回顾这个框架，并讨论潜在的场景生成这样的原始GW，其中形成不稳定的域壁，最终崩溃的非球对称的方式，引起GW。我们还注意到，在后暴胀时代，当产生适当的势能时，同一类型的“刚性”轴子物质可以提供宇宙中的暗物质（DM）的（一部分），它很可能是超轻的，这取决于弦启发模型的参数。总而言之，RVM暴胀的新（弦）机制保留了原始（更唯象的）RVM的基本结构，以及它的主要优点：即，一种优雅退出和产生大量熵的机制，能够解释视界问题。它还预言了公理暗能量和目前宇宙中存在的本质型温和动力学暗能量（DE），两者都是宇宙演化暴胀阶段的“活化石”。
2020-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing higher-spin fields from inflation with higher-order statistics of the CMB
我们调查的程度，宇宙微波背景（CMB）可以用来约束原始的非高斯性来自存在的自旋粒子耦合到暴胀子。我们计算了具有自旋$s$和一般质量的粒子交换所产生的$\langle TTT \rangle$和$\langle TTTT \rangle$关联函数，以及相应的宇宙方差限制CMB实验的信噪比。我们表明，已经与\emph{Planck}数据可以提高这些原始模板的振幅的理论界限的数量级。我们特别强调这样一个事实，即三谱可能是相当大的，即使双谱不是，使其成为一个主要的观察，以探索粒子的内容在通货膨胀。
2020-01-08 astro-ph.CO
