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
Redshift evolution of primordial black hole merger rate
本研究探究原初黑洞（PBH）并合率的红移演化规律，考虑早期结构扰动与暗晕内PBH成团效应，推导并合率随红移的变化关系，并结合观测约束了暗物质中数十倍太阳质量PBH的占比。
2024-07-09 astro-ph.CO
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
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
Dynamics and merger rate of primordial black holes in a cluster
PBH团簇可以作为引力波的源，其合并速率取决于团簇中PBH的空间分布，并随时间变化。众所周知，引力碰撞系统会经历核塌缩，导致中心密度显著增加和核收缩。在核心坍缩之后，团簇几乎自相似地膨胀（即密度分布在尺寸上延伸而不改变其形状）。这些动态过程影响着PBH的合并率。本文利用福克-普朗克方程研究了PBH团簇的动力学行为。我们在宇宙时间尺度上计算了PBH的合并率，并表明其时间依赖性具有独特的签名。也就是说，它在核心坍缩的时刻增长大约一个数量级，这取决于集群的特性，然后根据依赖性$\mathcal{R} \propto t^{-1.48}$减小。它得到了单色和幂律PBH质量分布与一些固定的参数。所得结果可用于通过观测高红移的引力波来检验PBH星系团的模型。
2022-01-18 astro-ph.CO
The impact of distant fly-bys on the rate of binary primordial black hole mergers
通过对二元原初黑洞（PBH）系统演化的蒙特卡罗模拟，估计了与单个PBH的远距离相遇对二元PBH合并时间和合并速率的影响.我们发现，PBH组成的暗物质，$f_\mathrm{PBH}\sim 1$的大部分模型，预期的分数变化在合并时间是可以忽略不计的顺序$10^{-6}$的大多数二进制。对于模型具有显着较低的PBH丰度，$f_\mathrm{PBH}\ll 1$，我们发现，由于遇到二进制寿命的平均变化可以大到$\mathcal{O}(10^{-2})$，与少数的二进制经历了一个统一的顺序改变寿命。在没有遇到的情况下，我们还比较使用的合并时间的解析近似数值演变的二元系统，发现解析近似的结果在合并时间的顺序$10\%$错误。然而，当考虑到这些影响，有一个可以忽略不计的变化，计算合并率，放置在一个更安全的基础上观测到的引力波信号合并二进制黑洞所产生的PBH丰度的限制。
2020-10-27 astro-ph.CO
Influence of early dark matter halos on the primordial black holes merger rate
本研究探讨早期暗物质晕对原初黑洞双星并合率的影响，发现晕内动力学摩擦加速演化，扰动大量双星，使引力波对PBH的约束从$10^{-3}$放宽至$0.1$。
2023-10-18 astro-ph.CO
Primordial-black-hole mergers in dark-matter spikes
有人认为，大约30个太阳质量的原始黑洞（PBH）可以构成暗物质，如果是这样的话，可能解释了LIGO最近探测到的涉及这个质量范围的二元黑洞的原因。也有人认为，位于银河系中心的超大质量黑洞（SMBH）可能被密度极高的暗物质（DM）尖峰所包围。在这里，我们表明，在这些尖峰的PBH合并率可能远远超过合并率之前考虑在银河系暗物质晕，取决于两个竞争的影响DM尖峰的大小：由于放松和补充PBH损耗锥的PBH耗尽。这可能为目前30个太阳质量的黑洞合并的探测率提供了一个合理的解释，即使PBH对暗物质的贡献是次要的。来自这些事件的引力波信号总是起源于星系中心，而不是来自晕的引力波信号，预计晕与发光星系的位置几乎没有相关性。
2019-02-23 astro-ph.CO
Primordial black holes with mass ratio-modulated initial clustering: merger suppression and projected constraints
National Institute of Physics, University of the Philippines - Diliman（菲律宾大学迪利曼分校国立物理研究所）
研究通过考虑质量比调节的初始聚类，探讨原始黑洞并合抑制对约束的影响，发现低质量端约束窗口的延伸及对SGWB的约束影响。
2025-11-24 astro-ph.CO
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
Signatures of primordial black holes in gravitational wave clustering
本文研究恒星质量原初黑洞双星对未来引力波并合事件成团性测量的影响，通过功率谱、星系互相关及贝叶斯模型选择给出其可探测性与暗物质占比约束。
2023-08-19 astro-ph.CO
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
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
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
Simulating Binary Primordial Black Hole Mergers in Dark Matter Halos
本文模拟暗物质晕中双原初黑洞（PBH）演化及红移10内的并合率，考虑两体俘获和双星-单体相互作用通道，发现合理假设下后者并合率占优，推进了引力波事件约束PBH性质的理解并对未来探测做了预测。
2025-04-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
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
Effect of post-recombination accretion on primordial binary black hole mergers within virialized dark matter halos
Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；Sternberg Astronomical Institute（斯登伯格天文研究所）
研究重组后吸积对原初双黑洞合并的影响，采用BHL和PR两种吸积模型，计算初始PBH质量函数修正等，发现三体通道后期合并率显著增强，还计算了天琴干涉仪探测率，对低丰度PBH合并探测乐观。
2026-07-09 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
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
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
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
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
Gravitational Waves from Primordial Black Hole Mergers
我们研究生产的原始黑洞（PBH）双星和合并率，占一个扩展的PBH质量函数和集群的空间分布的可能性。在假设LIGO观测到的引力波事件是由PBH并合引起的前提下，我们证明了满足目前对PBH丰度的所有约束条件的可能性，并找到了对数正态PBH质量函数的可行参数范围。引力波背景的非观测允许我们推导出对PBH中暗物质分数的约束，这比PBH质量范围$0.5-30M_\odot$中的任何其他当前约束都要强。我们表明，预测的引力波背景可以观察到未来运行的LIGO，和非观测表明，所观察到的事件不是原始起源。当PBH合并将物质转化为辐射时，它们可能具有有趣的宇宙学意义，例如，在缓解哈勃常数的高和低红移测量之间的紧张关系的背景下。然而，我们发现，这些影响是可以忽略不计的，重组后，没有更多的$1\%$ DM可以转换成引力波。
2018-05-23 astro-ph.CO hep-ph
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
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
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
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
Strong clustering of primordial black holes from Affleck-Dine mechanism
原始黑洞（PBH）是LIGO-Virgo合作观测到的双星合并事件的一个有趣的起源候选者。PBH在形成时的空间分布是估计合并率的一个重要特征。我们研究了由阿弗莱克-戴恩（AD）重子生成形成的PBH的聚集，其中致密的重子泡坍塌形成PBH。我们发现，形成PBH显示出很强的聚类由于随机动态的AD字段。包括聚类，我们评估的合并率和等曲率扰动的PBH，这表明显着偏离那些没有聚类。
2021-10-15 astro-ph.CO hep-ph
Primordial black hole formation from the merger of oscillons
本研究通过数值晶格模拟发现振荡子并合的质量谱具大质量指数尾，结合已有坍缩判据估算得出振荡子可产生大量原初黑洞，提供了无需调节暴胀子势的替代形成机制。
2025-10-29 astro-ph.CO hep-ph
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
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
On the merger rate of primordial black holes: effects of nearest neighbours distribution and clustering
对${\cal O}$（10）$\,M_\odot$中原始黑洞（PBH）形式的暗物质的一个看似最强的约束依赖于从LIGO/Virgo探测到的二进制BH合并事件推断出的合并率。然而，这些界限的鲁棒性取决于早期宇宙中PBH双星形成的准确性。我们重新审视了合并率的标准估计，重点是几个关键因素：最近邻的空间分布和与给定原始功率谱相关的PBH的初始聚类。总体而言，我们证实了在文献中提出的结果的鲁棒性的情况下，一个狭窄的质量函数（其约束的PBH部分的暗物质是$f_{\rm PBH}\lesssim 0.001-0.01$）。PBH的初始聚类可能会有收紧当前约束的效果，但仅适用于非常广泛的质量函数，对应于在$k$空间中至少延伸几十年的原始功率谱中的宽颠簸。
2018-10-17 astro-ph.CO hep-ph
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
Conservative limits on primordial black holes from the LIGO-Virgo-KAGRA observations
Oakland University（奥克兰大学）
本文利用LIGO-Virgo-KAGRA观测数据，研究了恒星级范围原始黑洞的合并率，基于双体捕获和二体单体相互作用，推导出原始黑洞在引力波观测中的保守上限，结果表明暗物质中原始黑洞的质量分数在10^-4到2×10^-2之间。
2026-04-01 astro-ph.CO
Primordial black hole mergers from three-body interactions
目前的引力波观测为太阳质量范围内的原始黑洞（PBH）丰度设定了最严格的界限。然而，这一限制本质上依赖于PBH模型预测的合并率。以前的分析主要集中在两个二元的形成机制：早期宇宙组装脱离哈勃膨胀和动力学捕获在当今的暗物质结构。使用天体物理学背景下研究的三体过程的反应速率，我们表明，在保守的假设下，在PBH晕三体相互作用有效地产生二进制。这些双星在泊松诱导的PBH小尺度结构中以高红移形成，并且预测一小部分将在宇宙的当前年龄内合并和合并，这与它们迅速合并的动态捕获场景不一致。在一般情况下，我们发现，这个通道预测速率可比的动态捕获的情况下。然而，从三体相互作用形成的双星并没有显着贡献的整体PBH合并率，除非PBH构成了一个主要部分的暗物质以上的太阳质量范围，一种情况下，排除了目前的限制。我们的研究结果支持强边界PBH丰度在恒星质量范围内来自激光干涉仪引力波天文台/室女座/KAGRA观测。最后，我们表明，这两个动力学通道总是次主导相比，早期宇宙组装PBH合并的小行星质量范围内，而我们希望它成为相关的方案PBH最初强烈聚集。
2022-11-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Formation and Evolution of Primordial Black Hole Binaries in the Early Universe
由于早期宇宙中形成的原初黑洞双星的合并速率很大，质量范围为$0.1 - 10^3 M_\odot$的原初黑洞的丰度可以通过引力波观测来检验。为了把后者的估计更坚实的基础上，我们首先推导出分析PBH合并率一般PBH质量函数，同时施加一个最小的初始共动距离之间的二进制和PBH最接近的，为了挑选只有初始配置的二进制不会被打乱。然后，我们研究的PBH二进制文件的形成和演变前重组进行N体模拟。我们发现，潮汐扰动2体系统的基础上的分析估计强烈高估了目前的合并率时，PBH包括所有的暗物质，因为大多数初始的双星被周围的PBH破坏。这主要是由于在物质辐射相等时形成了紧凑的N体系统。然而，如果PBH只占暗物质$f_{\rm PBH} \lesssim 10\%$的一小部分，这些估计就变得更加可靠。在这种情况下，LIGO观测到的合并率对质量范围为$2 - 160 M_\odot$的PBH丰度施加了最强的约束。最后，我们认为，即使大多数初始PBH双星受到扰动，在早期宇宙中形成的双星的当前BH-BH合并速率也大于$\mathcal{O}(10)\,{\rm Gpc}^{-3} {\rm yr}^{-1}\, f_{\rm PBH}^3$
2019-02-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
Is GW170817 a Multimessenger Neutron Star-Primordial Black Hole Merger?
我们研究了引力波事件GW 170817是一个轻的、太阳质量的黑洞（BH）-中子星（NS）合并的可能性。我们探讨了两个奇异的情况下，涉及原始黑洞（PBH），可以产生这样的事件，考虑到现有的观测信息NGC 4993。首先，我们考虑动力学NS-PBH双星形成的可能性，其中太阳质量的PBH和NS通过引力相互作用形成一个双星。我们发现，虽然动力学NS-PBH的形成可以解释GW 170817事件，但该速率高度依赖于未知的密度对比因子，并可能受到星系合并的影响。我们还发现，PBH-PBH二进制将可能有一个更大的合并率，假设密度对比度提高因子的顺序类似于NS-PBH的情况。这些奇特的合并形成可以提供新的渠道来解释LIGO/Virgo报告的紧凑物体合并的体积率。其次，我们考虑了二元NS系统中的一个NS被微观PBH坍缩的情形。我们发现，NS坍缩成BH的预测率是非常小的，至少对于NGC 4993的特定环境。我们指出，类似的现有（例如GW 190425和GW 190814）和未来的观测将进一步阐明这些情景。
2020-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Primordial Black Hole Mergers as Probes of Dark Matter in Galactic Center
本研究探讨原初黑洞在暗物质尖峰影响下的合并率，发现低红移处出现峰状结构，可区分于天体物理黑洞，并作为银河系中心暗物质的引力波探针。
2025-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Establishing the Non-Primordial Origin of Black Hole-Neutron Star Mergers
来自早期宇宙的原始黑洞（PBH）构成了一个有吸引力的暗物质候选者。LIGO/Virgo合作项目首次探测到黑洞-中子星（BH-NS）候选引力波事件GW 200105和GW 200115，已经引发了对非天体物理起源的猜测。我们分析，第一次，总体积合并率的PBH-NS二进制通过两体引力散射形成，发现他们是次主导的天体物理BH-NS率。与二元黑洞相比，其中很大一部分可能是原始起源的，要么形成于暗物质晕，要么形成于早期宇宙，PBH-NS率不能通过恒星形成之前的贡献显着提高。我们的研究结果意味着，确定的BH-NS事件的天体物理起源，即使PBH-PBH事件显着有助于GW的意见。
2022-05-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Hierarchical Merger of Primordial Black Holes in Dwarf Galaxies
我们研究合并历史的原始黑洞（PBH）的情况下，他们代表了占主导地位的暗物质组成的一个典型的矮星系的核心。我们调查的可能性的一系列碰撞导致的黑洞的层次合并，并期待在最终的质谱在这样的{ \it集群}，最初提出了一个单色（单质量）PBH人口。我们的研究表明，合并过程的结果是转移约$40\%$的总质量的核心合并的产品，无论初始质量的PBH，与约$5\%$的能量辐射出的引力波的形式。我们发现，在较轻的质量限制，黑洞高达8倍以上的质量比原来的人口可以在哈勃时间内形成。
2022-05-31 astro-ph.CO hep-ph
Compact Binary Merger Rate with Modified Gravity in Dark-Matter Spikes
本研究探讨了修正引力对超大质量黑洞周围暗物质尖峰内致密双星并合率的影响，发现修正引力预测的并合率高于广义相对论，并结合 LIGO-Virgo 观测约束了理论参数和 PBH 丰度。
2024-10-22 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes and their Mass Spectra: The Effects of Mergers and Accretion within Stasis Cosmologies
本文研究并合与吸积对原初黑洞质量谱的影响，发现吸积在宽谱情况下显著缩短或消除静态时期，从而约束静态宇宙学的出现。
2025-10-08 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Dark Matter and the LIGO/Virgo observations
到目前为止，LIGO/Virgo合作已经通过引力辐射的发射探测到了十个黑洞双星的合并。这些黑洞在宇宙QCD时期形成并构成所有宇宙暗物质的假设，已经被许多作者拒绝，理由是，在其他约束条件中，原始黑洞（PBH）暗物质将导致比观测到的大几个数量级的合并率。我们重新审视目前的PBH合并率的计算方法。太阳质量的PBH在相当高的红移处形成星团，在较低的红移处蒸发。我们详细考虑了由于三体之间的相互作用的两个PBH的二进制成员和第三个旁路PBH，在这样的集群的二进制属性的演变，为第一次，通过充分的数值积分。蒙特卡洛分析表明，由于这种相互作用，以前预测的合并率降低了几个数量级。在QCD时期形成的PBH暗物质的自然预测产生了一个明显的峰值周围的$1M_{\odot}$与小质量分数的PBH的肩膀上的$30M_{\odot}$，由QCD时期的状态方程确定。我们利用这一事实，使一个尝试性的预测合并率的$\sim 30M_{\odot}$ PBH的二进制文件，并发现它非常接近LIGO/Virgo确定。此外，我们表明，目前的LIGO/室女座的$\sim M_{\odot}$双星的存在限制不排除QCD PBH，使所有的宇宙暗物质。也没有约束QCD PBH从随机引力背景，预重组吸积，或矮星系构成的问题。QCD PBH的微透镜约束应该重新研究。然而，我们警告说，在这个数字上具有挑战性的问题，一些可能相关的影响无法处理…
2020-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
LIGO/Virgo black holes and dark matter: The effect of spatial clustering
我们讨论了在LIGO质量范围内确定二元黑洞合并率的聚类效应。而对于泊松初始分布，并假设孤立的双星，允许的原始黑洞（PBH）的比例暗物质（DM）是百分之几，我们表明，如果PBH是集群，这个约束可以放松。更确切地说，我们表明，对于大集群的合并率可以下降，PBH的分数增加，引入退化的理论参数与给定的合并率相一致，并允许所有的DM的形式的恒星质量PBH。然而，这种简并可以通过观察合并率随红移的演化来打破。对于一个简单的聚类模型，我们认为，LIGO投影的灵敏度可以解开，通过观察随机背景的引力波，不同的集群分布具有相同的合并率。
2020-12-14 astro-ph.CO gr-qc
From inflation to black hole mergers and back again: Gravitational-wave data-driven constraints on inflationary scenarios with a first-principle model of primordial black holes across the QCD epoch
最近的人口研究已经在LIGO/Virgo/KAGRA（LVK）探测到的引力波（GW）事件中寻找原始黑洞（PBH）的亚群，在大多数情况下采用唯象的PBH质量分布。然而，当在标准方案中从第一性原理导出这样的人口时，宇宙在PBH形成时的状态方程可能强烈地影响PBH丰度和质量分布，这最终取决于宇宙学扰动的功率谱。本文在几个方面改进了以往的布居研究：（i）采用了描述QCD时期宇宙学扰动坍缩的最新的PBH形成模型：（ii）首次对包含PBH的GW数据进行了贝叶斯多布居推断，并直接使用功率谱参数代替唯象分布;（iii）我们批判性地面对PBH的情况下，LVK的唯象模型描述的GWTC-3目录中的中子星和BH质量范围内，也考虑PBH的总事件的子群。我们的研究结果证实，LVK的观测阻止了大部分的暗物质的恒星质量PBH的形式。我们发现，最适合的PBH模型可以包括一小部分的总事件，特别是它可以自然地解释事件的质量差距。如果较低的质量间隙事件GW 190814被解释为PBH二进制，我们预测LVK应该检测到几个太阳下合并和一个到$\approx 30$较低的质量间隙事件在即将到来的O4和O5运行。最后，映射回最适合的功率谱到一个超慢卷通货膨胀的情况下，我们表明，后者预测可检测的PBH合并在LVK波段，一个随机GW背景检测到当前和未来的仪器，并可能包括整个小行星质量PBH的暗物质。
2023-03-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
GW230529_181500: A Potential Primordial Binary Black Hole Merger in the Mass Gap
本文提出GW230529_181500可能为原初双黑洞并合，估算其并合率及暗物质占比，结果与现有观测上限一致。
2024-08-01 astro-ph.CO gr-qc
On the Anisotropy of the Stochastic Gravitational Wave Background from Sub-Horizon-Collapsed Primordial Black Hole Mergers
本研究采用不依赖模型的方法，探究亚视界坍缩形成的原初黑洞并合产生的随机引力波背景的各向同性能量密度与角功率谱特性，明确了亚视界形成效应及相关参数对引力波可观测量的影响规律。
2023-06-12 astro-ph.CO hep-ph
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
The QCD phase transition behind a PBH origin of LIGO/Virgo events?
一个相当大的原始黑洞（PBH）对LIGO/Virgo二元黑洞合并的贡献的最佳动机方案调用QCD相变，这自然提高了形成具有恒星尺度质量的PBH的概率。我们重新考虑了预期的质量函数，不仅与QCD相变本身有关，而且与以下粒子反粒子湮灭过程有关，并从一些观察结果中分析了对这种情况的限制：由吸积到PBH上引起的宇宙微波背景（CMB）各向异性的特殊模式，CMB光谱畸变，引力波搜索，和高红移下超大质量黑洞的直接计数。我们发现，该方案是不可行的，除非一个特设的PBH质量函数的质量演化和功率谱非常接近的QCD标度的截止是手工引入的。尽管有这些负面的结果，我们注意到，未来的检测合并双星涉及太阳下PBH有可能检查SMBH的宇宙起源在$e^\pm$湮灭时代，如果确实PBH质量函数的形状由宇宙的热历史驱动的状态方程的变化。
2022-07-11 astro-ph.CO
