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
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
Prospective sensitivity of CTAO on detection of evaporating primordial black holes
本文评估了CTAO探测当前时代蒸发原初黑洞伽马射线爆发的灵敏度，结果表明5年观测可将局域爆发率密度上限提升至约36 pc⁻³ yr⁻¹，比LHAASO提高一个数量级，并提出了优化观测策略。
2025-09-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Features in the primordial spectrum: new constraints from WMAP7+ACT data and prospects for Planck
利用WMAP 7和ACT宇宙微波背景实验的最新数据，我们更新了原始暴胀密度扰动谱中可能特征的约束条件。新数据的纳入大大改善了对旧工作的限制，特别是对较小的角度尺度的限制。虽然我们在数据中没有发现明确的统计证据，可以扩展到最简单的，无特征的暴胀模型，但有一个台阶的模型比标准的无特征幂律谱提供了更好的拟合。我们表明，一个步骤的可能性，在通货膨胀的潜力一样，目前的数据首选将很快进行测试，即将到来的温度和极化数据从普朗克卫星任务。
2011-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Prospects for Primordial Gravitational Waves in String Inflation
假设早期宇宙有（i）微扰弦论及其场论极限的描述（ii）四维有效场论中的慢卷暴胀时代和保持后者受控的尺度体系$M_{inf} < m_{kk} < m_s \lesssim M_{pl}$，我们导出了原初引力波振幅的上限。该边界对数值系数和展开参数的轻微变化非常敏感。例如，允许耦合和质量平方层次结构$\lesssim 0.2$，意味着$r \lesssim 0.05$，但更安全地要求层次结构$\lesssim 0.1$，则边界变为$r \lesssim 10^{-6}$。此外，大体积--通常用于弦模型以保持反向反应和模量稳定在控制之下--会使$r$下降。因此，暴胀引力波的任何探测都将给弦论带来有趣但困难的挑战。
2016-07-11 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Prospects of Future CMB Anisotropy Probes for Primordial Black Holes
原始黑洞（PBH）以霍金辐射形式注入的粒子串能够电离和加热星系际介质，从而改变宇宙复合的历史，进而改变宇宙微波背景（CMB）的各向异性谱。在本文中，我们研究了未来的几个CMB实验的预期灵敏度约束的丰度分布在$10^{15}\sim10^{17}$ g质量窗口根据四个质量函数：单色，对数正态，幂律和临界崩溃模型。我们的结果表明，未来的实验，如CMB-S4和PICO，可以提高目前的{ \it{Planck} }边界约两个数量级。目前CMB数据允许的PBH参数空间中的所有区域，包括质量大于$4 \times 10^{16}$克的单色分布PBH，都可以被即将进行的具有重要意义的任务排除。
2021-06-06 astro-ph.CO hep-ph
Prospective constraints on the primordial black hole abundance from the stochastic gravitational-wave backgrounds produced by coalescing events and curvature perturbations
针对各种正在进行和计划中的引力波（GW）实验，我们通过计算两种随机GW背景的能量密度谱，研究了原初黑洞在暗物质中所占比例（$f_{\rm PBH}$）的期望约束.第一个是从所有的二元PBH的聚并发射的GWs的非相干叠加产生的。第二个是诱导通过大的原始曲率扰动的非线性模式耦合不可避免地与在早期宇宙中的PBH的产生。在本文中，我们集中在PBH与他们的质量为$10^{-8}M_{\odot}\leq M_{\mathrm{PBH}} < 1M_{\odot}$，因为他们预计不会是一个恒星的起源。在几乎所有的范围内的质量，我们表明，实验是敏感的，以约束的分数为$10^{-5} \lesssim f_{\rm PBH} \lesssim 1$考虑的GWs从合并事件和$10^{-13} \lesssim f_{\rm PBH} \lesssim 1$考虑的GWs从曲率扰动。例外地，仅在$M_{\mathrm{PBH}} \simeq 10^{-7} M_{\odot}$的窄质量范围内，对于$f_{\rm PBH} \lesssim 10^{-13}$，该分数不能受到这两个GW背景的约束。
2019-08-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Search for primordial black hole dark matter with X-ray spectroscopic and imaging satellite experiments and prospects for future satellite missions
超轻的原始黑洞（PBH）的质量范围为10 $^{16}$ - 10 $^{22}$ g，目前的观测允许构成宇宙中暗物质的重要部分，如果不是全部的话。在这项工作中，我们提出了限制超轻，非旋转PBH所产生的霍金辐射信号从这样的对象在keV-MeV的能量带的非检测。也就是说，我们认为从当前一代的任务XMM-牛顿和INTEGRAL/SPI的观测，并讨论未来的任务雅典娜，eXTP和THESEUS PBH搜索的观测角度。基于Draco矮球状星系3.4 Msec总曝光时间的XMM-Newton观测，我们得出质量为$\lesssim 10^{16}$ g的PBH在95%置信水平下不能产生全部暗物质的结论.我们的开-关型分析的$>100$毫秒的积分/SPI数据的银河系晕提出了显着更强的约束。在95%的置信水平下，只有$\lesssim 10$ %暗物质可以用质量为$\lesssim 3\cdot 10^{16}$ g的PBH表示，而大多数暗物质不能用质量比$7\cdot 10^{16}$ g轻的PBH表示.我们讨论了与仪器和天体物理积分/SPI背景变化相关的系统不确定性对导出结果的强烈影响，并估计了其水平。我们还表明，未来的大视场的任务，如THESEUS/X-GIS将能够改善的限制因素的10-100取决于这些仪器的系统下的控制水平。
2022-11-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Model-independent discovery prospects for primordial black holes at LIGO
原始黑洞可能编码了早期宇宙的条件，甚至可能构成宇宙学暗物质的重要组成部分。它们的存在尚未确定。然而，质量低于$\sim1~\mathrm{M}_\odot$的黑洞不可能形成为恒星演化的终点，因此即使探测到一个这样的物体也将是新物理学的确凿证据，并将构成至少一部分暗物质由原始黑洞组成的证据。引力波探测器能够通过探测轻黑洞的合并来做出这类决定性的发现。但是，由于合并率强烈地依赖于黑洞质量函数的形状，因此很难确定发现或约束的潜力作为黑洞总体丰度的函数。在这里，我们直接最大化和最小化合并率，将观测结果与可观测物体的实际丰度联系起来。我们表明，LIGO可以发现合并的轻原始黑洞在未来十年内，即使这样的黑洞只构成暗物质的一小部分。涉及这样一个天体的单一合并事件将（i）提供新物理学的决定性证据，（ii）建立一部分暗物质的性质，（iii）在远远超出今天可观察到的尺度上探索宇宙学历史。
2021-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Multi-wavelength spectroscopic probes: prospects for primordial non-Gaussianity and relativistic effects
下一代宇宙学巡天将观测到比以往更大的宇宙体积，使我们能够获得有关原始宇宙以及相对论效应的信息。我们考虑即将到来的21厘米强度映射调查（SKAO）和光学星系调查（DESI和Euclid），通过多示踪剂互相关，抑制超大尺度上的宇宙方差相结合的信息。为了充分考虑广角效应和红移仓互相关，以及透镜放大和其他相对论效应，我们使用角功率谱，$C_\ell(z_i,z_j)$。应用Fisher分析，我们预测了$f_{\rm NL}$的预期精度和透镜效应和其他相对论效应的可探测性。我们发现，两对21厘米和星系调查，一对在低红移和一个在高红移，完全组合可以提供$σ(f_{\rm NL})\sim 1.5$，检测多普勒效应的信噪比$\sim$ 8和测量透镜会聚贡献在$\sim$ 2\%的精度。在配套文件中，我们表明，最佳拟合值的$f_{\rm NL}$和标准的宇宙学参数显着偏置，如果忽略透镜的贡献。
2021-11-05 astro-ph.CO
On the prospect of discovering `galaxy groups' through radio observations
从现有的高质量星系团观测到的射电功率的急剧质量缩放已经排除了探测“星系群”的前景。但是，现有的热辐射模拟和观测表明，这些群体容易合并，因此没有维里化，这表明无线电波中的可见性更好。对它们的射电辐射的探测将有助于我们理解粒子加速机制的尺度依赖性，而且它们可以成为检验宇宙磁性模型的独特实验室，也可以成为WHIM的潜在来源.因此，我们使用{ \sc{ENZO} }模拟了模拟结构的无线电发射。我们提出了一个计算磁场的模型，并首次使用费米I（DSA）和费米II（TRA）机制的电子能谱来计算无线电发射。从200多个模拟对象计算的无线电功率，$\geq 10^{13}$到$2\times 10^{15} M_{\odot}$的质量范围显示了$M_{500} \propto P_{1.4\;GHz}^{2.17\pm 0.08}$的新的质量标度和$L_X \propto P_{1.4\;GHz}^{1.08\pm 0.05}$的强相关标度。磁场和无线电功率都被证明在高质量下充分复制了现有的观测结果，使我们能够将结果扩展到更小的质量。我们报告说，低于$10^{14}\;\rm{M_{\odot}}$的组显示存在10纳米到亚$μ$ G磁场和约10 $^{19-23}$ W Hz $^{-1}$的无线电功率，远高于现有的质量缩放预测。我们发现，TRA和DSA电子的组合无线电功率只能很好地适应所有观察到的…
2018-03-27 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Prospects for probing dark matter particles and primordial black holes with the Hongmeng mission using the 21 cm global spectrum at cosmic dawn
本文评估了Hongmeng mission利用21 cm全局谱探测暗物质粒子与原初黑洞的潜力，发现其能将现有探测限制提升近两个数量级，并具备探测亚GeV暗物质及大质量PBH霍金辐射的能力。
2025-07-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial gravitational waves in DHOST inflation
本文研究了具有移位对称性的DHOST暴胀模型，发现其对单场暴胀一致性关系的强烈违反及平坦张量微扰谱，为未来mHz实验探测原初引力波提供了可能。
2025-05-29 astro-ph.CO gr-qc
Non-Gaussian Features of Primordial Gravitational Waves
通过构造张量双谱非线性参数的模型无关模板，我们探索了原初引力波可能的非高斯特征。我们的分析是基于通货膨胀的有效场论，它不依赖于特定的模型，因此结果是相当通用的。分析进一步表明，压缩极限张量双谱的检测概率比等边极限张量双谱的检测概率高得多。我们还讨论了在即将到来的CMB飞行任务的可探测性的前景。
2018-09-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Clustering of Primordial Black Holes. II. Evolution of Bound Systems
原始黑洞（PBH）是由密度扰动坍缩形成的，它比底层的密度场更加聚集。在以前的论文中，我们展示了这对PBH暗物质前景的限制。在本文中，我们研究这种集群的另一个后果：在早期宇宙中的PBH的束缚系统的形成。假设这些是最早的引力坍缩结构，在宇宙仍然以辐射为主时形成。根据星系团的大小和占据，PBH合并发生在它们因霍金蒸发而蒸发之前。
2011-10-19 astro-ph.CO gr-qc
Prospects of Indirect Detection of Dark Matter via Primordial Black Hole Induced Gravitational Waves
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）；Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交大密歇根学院与物理与天文学院）
研究通过原初黑洞诱导引力波间接探测暗物质的前景，揭示了热冻结在机制可补偿PBH源DM不足，而GW观测成为探测DM生产的重要手段。
2026-08-27 astro-ph.CO hep-ph
Precision cosmology with primordial GW backgrounds in presence of astrophysical foregrounds
本文研究天体物理引力波前景对原初背景精确宇宙学测量的干扰，提出形状已知、仅归一化不确定时的最优滤波减除方法，证明灵敏度仅在相近频率下降几倍。
2022-12-13 astro-ph.CO gr-qc 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
Big Bang Nucleosynthesis Limits and Relic Gravitational Waves Detection Prospects
我们重新审视大爆炸核合成（BBN）的限制原始磁场和/或湍流运动占之间的时间产生和BBN的湍流源的衰减性质。这导致对引力波（GW）信号的估计比以前预期的要大。我们解决的检测前景，通过天基干涉仪（周围的电弱能量标度产生的GWs）以及脉冲星定时阵列和天体测量任务（周围的量子色动力学能量标度产生的GWs）。
2022-06-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Gravitational Waves from Inflation and Preheating
暴胀产生的原初引力波至少有三种宇宙背景：暴胀过程中产生的引力波，与量子模的拉伸有关;暴胀后剧烈预热阶段产生的引力波;以及如果暴胀以全局对称性破缺的方式结束（如混合暴胀），则与Goldstone模的自序有关。每种背景都有自己的具有特定特征的特征光谱。我们详细描述了额外的峰值在PGW背景预热的情况下，由于阿贝尔希格斯模型的混合通货膨胀后的宇宙弦的形成，通货膨胀结束的起源。然后，我们讨论了探测每一种引力波背景的前景，并用一种非常灵敏的探测器，即宇宙微波背景极化的局部B模式，来区分它们。
2010-12-09 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Gravitational Waves and the local B-mode polarization of the CMB
在宇宙微波背景的偏振和/或激光干涉仪中，可以很快检测到原始引力波的随机背景。至少有三种GWB来自于暴胀：在暴胀期间产生并与时空模的拉伸相关的GWB;在暴胀后预热的剧烈阶段产生的GWB;以及如果暴胀通过全局对称性破缺场景结束，则与Goldstone模的自排序相关的GWB，如混合暴胀。每个GW背景具有其自身的具有特定特征的特征光谱。我们讨论了检测每个GWB和区分它们之间的一个非常敏感的探头，本地B模式的CMB偏振的前景。
2010-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Prospects for probing dark matter particles and primordial black holes with the Square Kilometre Array using the 21 cm power spectrum at cosmic dawn
Northeastern University（东北大学）；Liaoning Normal University（辽宁师范大学）；Hangzhou Normal University（杭州师范大学）
SKA通过21厘米功率谱探测暗物质粒子和原初黑洞，有望突破现有限制，提供新的宇宙学见解。
2025-10-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining primordial curvature perturbations with present and future GW detectors
本文回顾了原初曲率扰动在较小尺度上增强产生标量诱导引力波（SIGWs）的机制，并探讨了利用当前和未来的脉冲星计时阵列及LISA等探测器测量这些信号的前景。
2025-05-29 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraining primordial tensor features with the anisotropies of the Cosmic Microwave Background
通常假设宇宙尺度上的引力波随机背景遵循一个几乎与尺度无关的功率谱，正如暴胀范式一般预测的那样。然而，不难想象，光谱可能具有强烈的尺度依赖特征，例如，通过旁观者轴子-规范场在暴胀期间的瞬态动力学。使用的温度和偏振图从\textit{Planck}和BICEP/凯克数据集，我们寻找这样的功能，以一个对数正态颠簸的原始张量谱在CMB尺度的例子。我们目前没有发现任何证据表明存在凸点样张量特征，但表明未来的CMB实验，如LiteBIRD和CMB-S4，将大大提高我们确定这种凸点的幅度，位置和宽度的前景。我们还强调了在角度尺度$\ell\gtrsim 100$约束这些功能的脱透镜的作用。
2022-11-26 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole collision with neutron stars and astrophysical black holes and the observational signatures
本文研究低质量原初黑洞作为暗物质候选者的可行性，推导其与中子星和黑洞的碰撞与捕获动力学，评估了碰撞率及引力波信号，指出尽管当前探测器灵敏度不足，未来仍有望在宇宙学尺度上观测到此类事件。
2023-11-21 astro-ph.CO gr-qc
Constraining Cosmic Inflation with Observations: Prospects for 2030
检验和约束宇宙暴胀理论的能力将在未来十年取得实质性进展。主要的数据来源包括宇宙微波背景（CMB）测量和光学、近红外和21厘米强度巡天对低红移物质分布的观测。与原始随机引力波背景（SGWB）一致的CMB B模的正检测被广泛认为是暴胀阶段的确凿证据。尽管如此，零结果并不排除通货膨胀。然而，在一个显着的类的暴胀的情况下，低SGWB振幅与更显着的运行，$α_s$，在原始密度扰动比被视为与最简单的暴胀潜力。在此基础上，我们预测了光谱指数$n_{\rm{s}}$和$α_{\rm{s}}$受当前设想的观测（包括CMB（Simons Observatory，CMB-S4和LiteBIRD），光学/近红外（DESI和SPHEREx）和21 cm强度测绘（Tianlai和CHIME））约束的精度。我们确定了约束运行的数据集的最佳组合，并表明它们可能会产生额外的和翔实的约束，对整体通货膨胀的参数空间，如果SGWB仍然未被检测到。
2023-01-10 astro-ph.CO
Detection Prospects of Gravitational Waves from SU(2) Axion Inflation
研究SU(2)轴子暴胀产生的引力波背景的探测前景，考虑CMB、原初黑洞及反作用约束，利用LIGO-Virgo-KAGRA数据设置保守参数界限，并探讨第三代网络的探测可能性。
2024-07-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial non-Gaussianity and Bispectrum Measurements in the Cosmic Microwave Background and Large-Scale Structure
对非高斯初始条件最直接的探测来自于对宇宙微波背景中温度涨落的双谱测量以及对大尺度下物质和星系分布的双谱测量。这样的双谱估计预计将继续提供最佳的约束非高斯参数在未来的观察。我们回顾和比较了在宇宙微波背景和大尺度结构的双谱中探测非零原始成分的理论和观测问题、当前结果和未来前景，以及与不同暴胀模型的具体预测的关系。
2010-01-25 astro-ph.CO
Prospects for indirect MeV Dark Matter detection with Gamma Rays in light of Cosmic Microwave Background Constraints
质量在MeV范围内的暗物质粒子的自湮灭可以通过瞬发或二次辐射产生伽马射线。然而，这种轻暗物质粒子的湮灭率受到宇宙微波背景（CMB）数据的严格限制。在这里，我们探讨了发现兆电子伏暗物质湮灭与未来兆电子伏伽马射线望远镜考虑到最新的和未来的CMB的限制的可能性。我们研究了最佳能量窗口作为主导湮没末态的函数。我们认为这两个（保守）的情况下，矮球状星系天龙座和（更乐观）的情况下，银河系中心。我们发现，对于某些通道，包括那些与一个或两个单色光子（S）和一个或两个中性π介子（S），一个可检测的伽马射线信号是可能的，为两个目标正在考虑，并与CMB约束兼容。然而，对于其他湮灭通道，包括所有轻子湮灭通道和两个带电π介子，CMB数据排除了任何重要的暗物质湮灭信号，在未来的MeV伽马射线望远镜从矮星系，但可能不是银河系中心。
2017-08-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detection prospects for the GW background of Galactic (sub)solar mass primordial black holes
本文研究了银河系中（亚）太阳质量原初黑洞双星产生的引力波背景及其探测前景，发现其信号在毫赫兹频段达到峰值，并给出了LISA及未来DECIGO、BBO等探测器的可探测条件与预期事件数。
2025-06-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial black holes in cosmological simulations: growth prospects for supermassive black holes
本文首次在宇宙学模拟中纳入原初黑洞，发现当原初黑洞与暗物质质量比为10^-3时，1000倍太阳质量的原初黑洞可在z=20增长至10^4-10^5倍太阳质量，成为高红移超大质量黑洞的潜在种子，并确定了有效种子形成的质量比阈值。
2025-08-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial Gravitational Waves of Big Bounce Cosmology in Light of Stochastic Gravitational Wave Background
本研究针对通用大反弹宇宙学，将背景演化参数化为四阶段，解析推导原初引力波谱的显式形式，将反弹情景分为四类并以玩具模型验证，为利用PTA及先进引力波探测器的SGWB信号探索宇宙极早期提供理论工具。
2024-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE
Solar Mass Primordial Black Holes in Moduli Dominated Universe
我们探讨了在早期物质支配时期，太阳质量区域周围产生原始黑洞的前景。在大爆炸核合成之前，当一个模场开始支配宇宙的能量密度时，早期的物质主导时代就出现了。在物质主导的时期，辐射压力的缺乏增强了原初密度波动的引力坍缩导致的原初黑洞的形成。特别是，我们发现，原始黑洞产生的$0.1-10~M_{\odot}$质量范围内的一个有利的选择参数的理论。然而，它们无法解释LIGO/Virgo引力波搜索探测到的所有合并事件。在这种情况下，原始黑洞形成的总暗物质丰度约为$4\%$，其中$95\%$属于LIGO/Virgo一致的质量范围。其余的暗物质可能以粒子的形式存在，这些粒子是在再加热过程中模量场衰变产生的。
2021-12-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraining primordial non-Gaussianity and parity-violation through Scalar-Induced Gravitational Waves with next-generation ground-based interferometers
Università di Pisa（比萨大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（意大利国家核物理研究所）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)（意大利国家天体物理研究所）
研究利用第三代引力波探测器通过标量诱导引力波探测原初非高斯性和宇称对称性，开发框架考虑相关贡献并进行参数推断，表明未来干涉仪能约束相关谱及参数，即便有天体物理前景也可有效约束。
2026-07-20 astro-ph.CO gr-qc
Probing primordial black holes at high redshift with future gravitational wave detector
本研究分析了未来引力波探测器（地基及LISA）探测埋藏于恒星起源双黑洞群中的原初双黑洞（PBHB）的潜力，利用高红移并合率差异区分二者，发现多探测器协同可有效评估PBHB群是否存在。
2023-11-20 astro-ph.CO gr-qc physics.ins-det
Including relativistic and primordial Non-Gaussianity contributions in cosmological simulations by modifying the initial condition
提出了一种通过初始条件对LCDM宇宙的牛顿模拟中的暗物质结构演化进行相对论修正的方法。利用暗物质不均匀性的拉格朗日（牛顿）演化与同步-共动（相对论）物质密度描述之间的非线性对应关系，将相对论约束提升为数值模拟结构形成的初始条件。在这种情况下，将原始非高斯性（PNG）贡献作为初始条件是简单的。我们实现了相对论，fNL和gNL的贡献作为初始条件的L-PICOLA代码，并计算的功率谱和双谱的演化物质场。我们特别关注普朗克观测在1 σ时允许的最大非高斯值的情况（fNL=-4.2和gNL=-7000）。作为一个检查，我们表现出一致性的单圈微扰处方和充分的相对论模拟（GRAMSES）在适当的尺度。我们的研究结果证实，相对论和PNG功能是最突出的在非常大的尺度和挤压三角形。我们讨论了未来的前景，以探测这两个贡献的双谱的物质密度分布
2022-03-04 astro-ph.CO gr-qc
Stellar prospects for FRB gravitational lensing
快速射电暴（FRB）的引力透镜效应为许多宇宙学应用提供了一条令人兴奋的途径。然而，目前尚不清楚未来的调查将检测到多少此类事件，也不清楚如何以最佳方式找到它们。我们使用FRB的已知属性来预测延迟时间尺度从微秒到年的引力透镜的检测率，对应于跨越15个数量级的透镜质量。我们强调的FRB红移分布的作用，我们观察引力透镜的能力。我们认为宇宙学透镜的FRB恒星在前景星系，并表明，强大的恒星透镜将占主导地位的微秒时间尺度。即将到来的巡天，如DSA-2000和CHORD，将限制致密天体（如原始黑洞）中暗物质的比例，并可能探测到来自中等质量黑洞（IMBH）或小暗物质晕的millilensing事件。相干全天空监测器将能够探测到大质量星系的长时间透镜事件，以及短时间尺度的透镜现象。最后，我们提出了一个新的应用FRB的引力透镜，将直接测量的介入星系的环星系介质。
2022-06-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gravitational wave background from primordial black holes in globular clusters
本文研究球状星团中原初黑洞的并合现象，通过半解析建模推导并合率，证明其对引力波背景的贡献可与早期和晚期双星通道相当，从而提升原初黑洞的可探测性。
2024-10-03 astro-ph.CO
Electron-target experiment constraints on light dark matter produced in primordial black hole evaporation
银河系中的亚GeV轻暗物质粒子或原始黑洞等宏观物体由于直接探测实验中WIMP的零结果而成为有吸引力的暗物质候选者。我们探讨了目前的PBH作为一种新的来源，以产生光增强DM和限制光PBH与当前和未来的地面设施的可能性。我们研究了电子弹性散射数据，并获得了来自Super-Kamiokande和XENON 1 T对PBH蒸发的助推DM的电流约束。亚GeV的DM-电子散射截面和DM组成的PBHs $f_{\rm PBH}$的分数的前瞻性的界限也施加为未来的氙实验。
2022-09-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Detecting primordial features with LISA
随机引力波背景的频率剖面中的振荡是暴胀期间小尺度特征的特征预测。在本文中，我们提出了一个即将到来的空间为基础的引力波天文台LISA的探测前景的第一次调查。作为一个证明的原则，我们表明，选择的特征信号的振荡可以重建与LISA，采用基于主成分分析的方法。然后，我们进行Fisher预测的参数描述的振荡信号。对于一个尖锐的功能，我们区分的贡献随机引力波背景引起的通货膨胀期间，并在后通货膨胀期间，在不同的频率达到峰值。我们发现，对于后一种情况下的振荡的振幅预计是可测量的$< 10\%$精度，如果相应的峰值满足$h^2 Ω_\textrm{GW} \gtrsim 10^{-12}$ - $10^{-11}$，而对于暴胀时代的引力波的振荡的检测需要一个更高的峰值振幅$h^2 Ω_\textrm{GW}$，因为振荡只出现在UV尾部的频谱。对于谐振特征，如果振荡频率落入$ω_\textrm{log} = 4$至$10$的范围内，则LISA的检测前景最大化。我们的研究结果证实，在随机引力波背景的频率分布的振荡是一个值得的目标，为未来的探测工作，并提供了一个关键的实验测试膨胀在小尺度上。
2021-12-13 astro-ph.CO
Novel Constraints on Mixed Dark-Matter Scenarios of Primordial Black Holes and WIMPs
我们推导出的约束条件的混合暗物质的情况下组成的原始黑洞（PBH）和弱相互作用的大质量粒子（WIMPs）。在这些情况下，我们预计的密度尖峰的WIMPs的引力绑定到PBH，这将导致增强的湮灭率和增加的间接检测前景。我们发现，这种情况下提供了强有力的限制，所允许的部分PBH构成的暗物质，取决于WIMP质量$m_χ$和速度平均湮灭截面$\langle σv \rangle$。对于$m_χ = 100\,{\rm GeV}$和$\langle σv \rangle = 3 \times 10^{-26}\,{\rm cm}^{3} / {\rm s}$的标准场景，我们推导出的边界比质量为$10^{-12}\,M_{\odot} \lesssim M_{\rm BH} \lesssim 10^{4}\,M_{\odot}$的PBH的所有现有边界都要强，其中$M_{\odot}$是太阳质量，并且大多数情况下是几个数量级。
2018-07-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Bell violation in primordial cosmology
在本文中，我们研究了在原始宇宙学的背景下，遵循量子力学的基本原理，建立一个贝尔不等式破坏实验的可能性。为了建立这个建议，我们引入了一个模型独立的理论框架，使用它我们研究了在存在额外的时间依赖的质量参数的标量波动的新的大质量粒子的创建。接下来，我们明确计算了一点和两点关联函数从这个设置。最后，评述了新引入的大质量粒子的同位旋破缺相互作用的测量技术及其发展前景。在此基础上，我们给出了一个弦论起源的轴子单值模型的例子。最后，我们给出了任意自旋场的重粒子质量参数的一个界。
2017-01-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Sensitivity floor for primordial black holes with neutrino searches
本研究通过多个中微子探测器对天体物理反电子中微子通量的零观测，将原始黑洞作为暗物质主导组分的质量约束设定为高于6.4×10^15 g，并指出弥散超新星中微子背景导致灵敏度底限，使探测器难以识别质量高于9×10^15 g且占暗物质100%的原始黑洞。
2024-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Hunting for Primordial Non-Gaussianity in the Cosmic Microwave Background
自2002年COBE数据首次给出了（局部）原始非高斯性参数fNL的极限以来，CMB的观测一直在约束原始波动中各种形式的非高斯性的振幅方面发挥着核心作用。WMAP 7年数据的当前68%极限是fNL=32+/-21，普朗克卫星预计将在几年内将不确定性降低四倍。如果普朗克发现fNL>>1具有很高的统计意义，那么所有的单场暴胀模型都将被排除。此外，如果普朗克卫星发现fNL=30，那么它将能够使用τ NL>=（6 fNL/5）^[2]的四点函数（三谱）检验来检验一大类多场模型。在这篇文章中，我们回顾了从CMB数据中测量原始非高斯性的方法（最佳估计），结果（WMAP 7年）和挑战（二次各向异性，二阶效应和前景），提出了三光谱的科学案例，并总结了未来的前景。
2010-04-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves at interferometer scales and primordial black holes in axion inflation
我们研究了在地面和空间干涉仪，以及在脉冲星定时阵列实验，随机引力波的背景下，可以产生模型的轴子膨胀的检测前景。这个潜在的信号，以及这些实验的发展，打开了一个新的窗口，在尺度上比目前用宇宙微波背景和大尺度结构测量探测的尺度小得多。在轴子膨胀中产生的源信号是这种搜索的理想候选者，因为它在小尺度上自然生长，并且它具有特定的属性（手性和非高斯性），可以将其与天体物理背景区分开来。我们研究在何种条件下，这样的信号可以产生在一个可观察的水平，而不同时生产过剩的标量扰动超过所允许的原始黑洞的限制。我们还探讨了在这个模型的修改版本中产生的标量扰动可能提供一个与当前边界兼容的原始黑洞分布的可能性，它可以作为宇宙中当前黑洞的种子。
2016-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Superradiant axion clouds around asteroid-mass primordial black holes
本文研究小行星质量原初黑洞通过超辐射产生轴子云的动力学与观测效应，发现大量轴子可逃逸并积累在星系或星系际介质中，其与光子耦合产生的 X/γ 射线背景已超出观测限制，并展望 Athena 望远镜的探测前景。
2023-01-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gamma rays from ultracompact primordial dark matter minihalos
超致密微晕是最近提出的一类新的暗物质结构。这些小晕可能是由早期宇宙的相变或暴胀子势的特征产生的，并构成了今天的非重子大质量致密晕天体（MACHO）。如果暗物质由自湮灭粒子组成，我们将研究在伽马射线中探测超致密微晕的前景。我们计算了现今的通量从迷你晕产生的电子正电子湮没时代，和QCD和电弱相变在早期宇宙。即使在100 pc的距离上，在电子正电子湮没时期产生的微晕在今天也应该是可以被费米卫星、目前的切伦科夫航空望远镜，甚至是EGRET档案数据探测到的。在约1 pc内，QCD相变中形成的迷你晕将具有与当前间接暗物质搜索目标矮球状星系相似的预测通量，因此也可能被当前或即将进行的实验检测到。
2010-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Limits on primordial black holes detectability with Isatis: A BlackHawk tool
原始黑洞（PBH）是解释难以捉摸的暗物质（DM）的方便候选者。然而，多年来各种天文观测的限制限制了它们在广泛质量范围内的丰度，对于所有以PBH形式存在的DM，只留下了$10^{17}\,{\rm g} \lesssim M \lesssim 10^{22}\,$ g的狭窄窗口。我们重新审视这一有争议的窗口与批判性的眼睛，询问的一般假设下的直接光子约束。我们回顾了4个层次的假设：i）仪器特性，ii）（额外的）银河光子通量的预测，iii）信号数据比较的统计方法和iv）计算的霍金辐射率。多亏了Isatis，一个为公共霍金辐射代码BlackHawk设计的新工具，我们首先重新审视了PBH丰度的现有和预期限制，并调查了假设i）-iv）的影响。我们表明，约束可以变化几个数量级，主张减少不确定性的理论来源的必要性。其次，我们考虑了一个“理想”的仪器，我们证明了PBH DM方案只能受到直接光子霍金辐射现象低于$M_{\rm max} \sim 10^{20}\,$ g。因此，应通过其他方式关闭质量窗口的上部。
2022-03-09 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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
Constraining burdened PBHs with gravitational waves
本文研究记忆负担对轻质量原初黑洞霍金蒸发引力波谱的影响，利用Planck及未来CMB实验的ΔN_eff测量，对旋转和非旋转原初黑洞的反作用参数给出严格约束。
2024-10-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Direct detection of primordial black hole relics as dark matter
如果暗物质是由原始黑洞组成的，那么这样的黑洞可以跨越巨大的质量范围。大质量黑洞存在着各种各样的观测限制，质量低于$10^{15}\,\mathrm{g}$的黑洞通常被认为到今天已经完全蒸发了。但如果蒸发过程在普朗克尺度下停止，它将留下一个稳定的遗迹，这样的物体可能构成整个暗物质。中性普朗克尺度的遗迹对天体物理学和直接探测搜索都是有效的隐形。然而，我们认为，这些遗迹可能通常携带电荷，使他们可见的地面探测器。我们详细评估了约束条件和检测前景，并表明，如果还没有被排除在搜索引擎之外，这种情况可以在未来十年内使用现有或计划中的实验设备进行很大程度的探索。一次探测将对宇宙学、黑洞物理学和量子引力产生巨大的影响。
2019-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Using gravitational waves to see the first second of the Universe
本文综述随机引力波背景的探测策略与多种原初起源，重点分析三类主要原初事件，以揭示宇宙第一秒及超越标准模型的高能物理。
2024-09-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Effects of Primordial Black Holes on Dark Matter Models
我们调查的影响产生暗物质的霍金蒸发的原始黑洞（PBH）的情况下，可能有第二个动机良好的暗物质生产机制，如冻结，冻结，或重力生产。我们发现，PBH和暗物质的替代来源之间的相互作用可以引起模型独立的修改所需的暗物质丰度从每个生产机制，这反过来又影响了暗物质检测的前景。特别是，我们证明了冻结机制，占蒸发的PBH冻结后需要一个更大的湮灭截面的暗物质粒子比其典型值的热暗物质。对于缺乏热化的机制，由于一个微弱的耦合到热浴，我们表明，PBH贡献的暗物质丰度导致的要求，甚至更弱的耦合。此外，我们表明，当一个大的初始丰富的PBH导致早期的物质占主导地位的时代，PBH蒸发单独不能解释整个丰富的暗物质今天。在这种情况下，一个额外的生产机制是必需的，在对比的情况下，当PBH的形成和蒸发在辐射主导的时代。
2020-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Discovering $μ$Hz gravitational waves and ultra-light dark matter with binary resonances
Fermilab（费米国家加速器实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）；Institut de Física d’Altes Energies (IFAE)（高能物理研究所）；The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学技术学院）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚高级研究学院）；Observatoire de Paris（巴黎天文台）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Université de Lille（里尔大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Barcelona Supercomputing Center (BSC)（巴塞罗那超级计算中心）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文提出一种全时间分辨建模分析框架，利用双星系统作为谐振器探测μHz引力波和超轻暗物质，预期灵敏度比先前提高数个数量级，开辟了探测该频率引力波的新途径。
2026-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
