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
The swallowed spike: the formation of light primordial black hole structures around heavy seeds
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-Universitat de Valéncia（粒子物理研究所（IFIC），西班牙科学研究中心-巴伦西亚大学）；Instituto de Física de Cantabria (IFCA, UC-CSIC)（坎塔布里亚物理研究所（IFCA，UC-CSIC））；Dipartimento di Fisica E. Fermi, Università di Pisa（比萨大学E.费米物理系）；INFN, Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所，比萨分部）
研究轻原始黑洞围绕重种子形成尖峰结构的机制，发现内部区域无法提供足够扭矩，导致核心密度低于粒子暗物质场景。
2026-07-08 astro-ph.CO hep-ph
Can primordial magnetic fields seeded by electroweak strings cause an alignment of quasar axes on cosmological scales?
在早期宇宙的电弱相变中形成的非拓扑电弱弦的衰变可能在今天的宇宙中留下可观察到的印记。这样的弦可以自然地产生原始的磁场。于是原星系倾向于形成其旋转轴与外部磁场平行的星系，而且，外部磁场产生的扭矩迫使星系轴与磁场对齐，即使这两个轴最初并不对齐。这可以解释类星体偏振矢量的排列（观察到的，但尚未解释）。我们证明了两个环状电弱弦所留下的磁场的形状可以解释类星体极化矢量的非平凡排列，并对未来的观测做出预测。
2010-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Growth of Massive Black Hole Seeds by Migration of Stellar and Primordial Black Holes: Gravitational Waves and Stochastic Background
我们研究了尘埃恒星形成星系中大质量黑洞（BH）种子的形成和生长，依赖并扩展了Boco等人2020提出的框架。具体来说，后者设想恒星致密残余物（中子星和恒星质量的黑洞）通过气体动力学摩擦向星系核区域迁移，随后合并生长一个大质量的中央BH种子。在本文中，我们增加了两个相关的成分：（i）我们包括原始BH，这可能构成一个小部分$f_{\rm pBH}$的暗物质，作为一个额外的组件参与种子的生长;（ii）我们预测的随机引力波背景起源于种子的生长过程中，无论是从恒星致密残留物和原始BH合并。我们发现，后者的事件有助于最中央种子的初始增长在一个时间尺度的$10^6-10^7\,\rm yr$，恒星致密的残余合并和气体吸积接管之前。此外，如果原始黑洞$f_{\rm pBH}$的分数足够大，它们在核星系区合并时发射的引力波可以被未来的干涉仪如爱因斯坦望远镜，DECIGO和LISA探测到。对于伴随的随机引力波背景，我们预测它在宽频带$10^{-6}\lesssim f [{\rm Hz}]\lesssim 10$上延伸，这与孤立致密双星合并产生的典型范围有很大不同。一方面，检测到这样的背景可能是一个吸烟枪，以测试拟议的种子生长机制;另一方面，它构成了一个相关的污染物从天体物理来源的特点和扣除，在具有挑战性的搜索宇宙起源的原始背景。
2021-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Origin of Magnetic Field in the Intracluster Medium: Primordial or Astrophysical?
星系团中磁场的起源仍然是一个未解决的问题，这在很大程度上是由于我们对初始种子磁场的理解很差。如果种子磁场具有原始起源，则很可能在大尺度结构形成之前就存在大尺度普适磁场。另一方面，如果它们是从天体物理体中喷射出来的，它们在注入时高度局限于空间。在本文中，使用湍流发电机模型的高磁普朗特数流体，我们发现的种子磁场的限制。基于Spitzer粘度的流体动力学Reynolds数小于$O(10^2)$，而磁Reynolds数可能远大于此。在这种情况下，如果种子磁场具有原始起源，则它们应该比$O(10^{-11})$ G更强，这非常接近由宇宙微波背景（CMB）观测设定的$O(10^{-9})$ G的上限。另一方面，如果种子磁场是从天体中喷射出来的，任何比$O(10^{-9})$ G强的种子磁场都可以安全地磁化星团内的介质。因此，原始磁场不太可能是ICM中现今磁场的直接来源。
2014-10-07 astro-ph.CO astro-ph.HE
Constraints on the production of primordial magnetic seeds in pre-big bang cosmology
我们研究了一类弦宇宙学模型中电磁涨落的放大和宇宙磁场“种子”的产生，该模型的标量和张量扰动再现了当前的观测结果，并满足已知的唯象约束。我们发现，有效的种子生产的条件可以满足和兼容的所有约束条件，只有在一个有限的区域的参数空间，但我们表明，这样的区域有显着的交集与部分参数空间的遗迹引力波产生的背景是强大到足以检测aLIGO/处女座和/或eLISA。
2017-06-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Implications of the primordial anisotropy for a scalar field with non-minimal kinetic coupling
考虑各向异性背景下具有与重力非极小耦合的运动项的标量场。各种潜在的标量场被认为是。通过显式的例子，我们显示了如何各向异性可以改变的标量场的动力学与各向同性的背景相比。
2014-07-21 astro-ph.CO gr-qc
Implications of primordial power spectra with statistical anisotropy on CMB temperature fluctuation and polarizations
威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和普朗克观测报告了宇宙微波背景（CMB）温度波动的半球不对称性。这种半球不对称性可能源于宇宙暴胀时期的原始统计各向异性。本文研究了具有偶极各向异性的原始功率谱对CMB温度涨落和偏振的可能影响。我们明确地表明，统计偶极各向异性可能会导致非对角（\(\ell'\neq\ell\)）$TT$，$EE$，$BB$和$TE$的相关性，以及对角（\(\ell'=\ell\)）$TB$和$EB$光谱。特别地，这些相关系数一般预期是\(m\)依赖性的。这些统计各向异性的信号可能在未来的CMB观测中得到检验。
2014-05-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Signatures of primordial black holes as seeds of supermassive black holes
超大质量黑洞（SMBH）位于大多数大质量星系的中心，这一点已被广泛接受，尽管对于它们的大质量种子的起源仍然没有令人信服的方案。有人提出，质量为$\gtrsim 10^{2} M_\odot$的原始黑洞（PBH）可能提供了这样的种子，这些种子将成长为SMBH。我们提出了一个观测测试来约束这一假设：在宇宙黑暗时代，PBH周围的气体吸积为高能光子的发射提供了动力，这将改变21厘米强度映射（IM）观测测量的自旋温度。我们的模型和计算的标准天空平均信号和功率谱的21厘米IM，占其子结构和角度依赖性的第一次。如果PBH存在，天空平均21 cm IM信号的吸收将更高，而我们预计$\ell~\gtrsim 10^2-10^3$的功率谱会增加。我们还预测PBH的可探测性和测量误差的丰度和爱丁顿比不同的基准参数配置的各种未来的实验，从SKA到未来的无线电阵列的月球的黑暗面。虽然SKA可以提供检测，但只有更雄心勃勃的实验才能提供准确的测量。
2018-05-10 astro-ph.CO
Accretion onto Intermediate-mass Seed Black Holes in Primordial Galaxies
超大质量黑洞的起源在很大程度上是未知的，它们为观测到的最遥远的类星体提供动力。一种假设是，它们从第一批恒星留下的中等质量种子（~100 M_sun）迅速成长。然而，一些先前的研究认为，由于辐射反馈的强烈抑制，这些黑洞上的吸积太低，无法建立质量。在这里，我们重新检查这样一个黑洞的吸积过程嵌入在原始气体云，通过考虑广泛的物理和数值参数没有探索过。我们发现，虽然辐射加热和压力确实有效地抑制吸积，气体的自引力最终克服了反馈效应，并在云的一个自由落体时间尺度后将吸积提升到爱丁顿速率。此外，对于给定的黑洞质量，存在一个临界密度，超过该密度，吸积可以达到爱丁顿极限。此外，我们发现黑洞吸积速率与环境气体密度之间存在普遍相关性，这可能是模拟中黑洞生长的现实秘诀。
2011-09-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Evading the CMB $μ$-distortion bound on Supermassive Primordial Black Hole seeds with Non-Gaussian tails
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）
研究超大质量原初黑洞种子质量范围受宇宙微波背景辐射μ畸变限制问题，通过非微扰δN形式，分析四类高斯核族尾部，计算畸变限制的原初黑洞丰度，发现分数势动力学代数尾和重对数正态尾可满足种子丰度需求。
2026-07-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Seeding primordial black holes in multifield inflation
原始黑洞（PBH）的暴胀起源依赖于曲率起伏$ζ$的功率谱$Δ_ζ$在比宇宙微波背景各向异性的波长短得多的波长处的大幅度增强。这通常在模型中实现，其中$ζ$演变而不与额外的（等曲率）标量自由度显著交互。然而，受量子引力启发的模型的特征是具有高度弯曲几何形状的模空间和大量可以与$ζ$强烈相互作用的标量场（如宇宙对撞机图片）。在这里，我们表明，isocurvature波动可以与$ζ$混合，诱导其幅度的大幅增强。每当暴胀轨迹在模型的场空间中经历快速转弯，导致对转弯所扫过的总角度呈指数敏感的放大时，就会发生这种情况，这会在$Δ_ζ$上引起特征性的可观察签名。我们推导出准确的分析预测，并表明PBH所需的大的增强需求的多场系统的行动中的非正则动力学项。
2020-09-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Testing scenarios of primordial black holes being the seeds of supermassive black holes by ultracompact minihalos and CMB $μ$-distortions
超大质量黑洞和中等质量黑洞被认为存在于宇宙中。对于它们的起源，没有确定的天体物理学解释，文献中考虑到这些大质量黑洞（MBH）可能是原始黑洞（PBH），黑洞是在早期宇宙（远早于物质辐射平等）由于原始超密度的直接坍缩而形成的。本文旨在讨论排除PBH情景作为MBH起源的可能性。我们首先重新审视的限制PBH从CMB失真的种子密度扰动的原因。通过采用最近的种子密度扰动源的CMB失真的计算和更强的约束CMB失真设置的COBE/FIRAS实验中使用的文献中，我们发现，在质量范围$6\times 10^4~M_\odot \sim 5 \times 10^{13}~M_\odot$的PBH被排除在外。由于PBH轻于$6 \times 10^4~M_\odot$不排除从非观测的CMB失真，我们提出了一种新的方法，可以潜在地排除较小的PBH以及。基于观察到的大密度扰动所需的创建PBH也导致大量生产的超紧凑迷你晕（UCMH），紧凑的暗物质晕形成在周围的重组，我们表明，弱相互作用的大质量粒子（WIMPs）作为暗物质有效地湮灭内UCMH产生宇宙射线远远超过所观察到的流量。我们的边界严格限制了WIMP粒子物理模型与PBH方案的相容性，作为MBH的解释。
2014-10-16 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Generation of Seed Magnetic Fields in Primordial Supernova Remnants
基于Biermann机制研究了宇宙中普遍存在的磁场的起源，该机制有望在非正压区工作。本文对第一代超新星遗迹（SNR）在非均匀星际物质（ISM）中的膨胀过程进行了一系列二维MHD模拟，并研究了SNR内部的Biermann机制。特别地，我们注意到电子和离子温度通过库仑相互作用的弛豫过程。在早期SNR中，电子温度远低于离子温度，Biermann机制是无效的，因为电子压力梯度很小。当电子温度充分松弛时，在激波前沿的正后方开始产生磁场。假设爆炸能量为10^52 erg，则产生的总磁能约为10^26 erg，并且与SNR或ISM的参数没有很大关系。给出了估算磁总能量的解析表达式，并与数值计算结果进行了比较。最后，我们估计原星系中磁场的预期振幅为~10^-19 G，这对于观测到的星系磁场的种子场来说是足够的。
2010-11-16 astro-ph.CO
Supermassive black holes from inflation constrained by dark matter substructure
本研究探讨暴胀原初密度扰动坍缩为原初黑洞作为超大质量黑洞种子的可能性，结合暗物质子结构观测推导曲率扰动振幅约束，发现其与SMBH种子形成参数区重叠，可探测对应质量范围的高斯与非高斯曲率扰动。
2025-10-30 astro-ph.CO hep-ph
Primordial blackholes from Gauss-Bonnet-corrected single field inflation
在早期宇宙中通过过密区域的引力坍缩形成的原始黑洞可能对现在的暗物质遗迹密度有很大的贡献。暴胀为原初黑洞的产生机制提供了一个自然的框架。例如，具有微调标量势的单场暴胀模型可能会表现出一段超慢滚动的时期，在此期间，曲率扰动可能会增强，成为原始黑洞的种子，因为相应的尺度重新进入视界。在这项工作中，我们提出了一个原始黑洞形成的替代机制。我们考虑一个模型，其中一个标量场耦合到高斯-邦纳项，并表明，原始黑洞可能是种子时，标量位项和高斯-邦纳耦合项几乎平衡。在这个模型中，大曲率微扰不仅导致了原初黑洞的产生，而且还产生了二阶引力波。我们计算了当前引力波的密度参数，并通过与未来引力波实验的灵敏度界限进行比较，讨论了信号的可探测性。
2021-10-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial Black Hole Clusters and their Evolution
活动星系核的星系前种子的可能性是粒子理论的一个重要宇宙学结论。这些种子可以表现为原始黑洞（PBH）团簇，在连续的自发相变中形成，然后表现出整体U（1）对称性的破缺。如果第一次相变发生在暴胀阶段，则在第二次相变阶段可能形成一组巨大的封闭壁，这些封闭壁的坍塌可能导致PBH团簇的形成。我们提出了我们的研究结果，这样的PBH集群的演变。
2014-01-08 astro-ph.CO
Spectral Distortion Anisotropy from Inflation for Primordial Black Holes
单场暴胀模型，寻求大大提高小规模的权力，以形成原始的黑洞预测压缩双谱，这是增强了这种小规模的权力和一个潜在的可检测的增强CMB光谱失真。尽管有这种组合，CMB尺度上的谱失真各向异性仍然很小，因为压缩双谱表示尺度的不可观察的调制，而不是耗散并形成$μ$谱失真的短波长声功率的局部振幅。领先的顺序振幅效应来自本地调制的声学耗散在开始的$μ$时代在热化结束时，由一个长波长模式，与CMB各向异性本身。由热化时的同动视界与最小可探测的原始CMB尺度之比的平方引起的抑制的补偿因子（$\sim 0.0005$）和$μ$的最大允许增强（$\sim 5000$）在$μT$交叉频谱中留下的信号由于灵敏度和分辨率仍然远远超出PIXIE或LiteBIRD的能力，同时保持比单场慢滚膨胀大得多，潜在的可观察性。
2021-12-09 astro-ph.CO
Constraint on the primordial vector mode and its magnetic field generation from seven-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Observations
研究了一种原始矢量模及其产生的磁场。首先，我们把观测约束的原始矢量模的数量从七年的WMAP数据。该约束被发现为$r_v \lesssim -\frac{r}{40}+0.012$，其中$r_v$和$r$分别是矢量和张量扰动幅度相对于标量的量。其次，在给定$r_v$的约束条件下，我们计算了原始矢量模不可避免地产生的磁场谱。发现矢量模式产生的最大磁场量由$B\lesssim 10^{-22}{\rm G} (\frac{r_v}{0.012})^{1/2} (\frac{k}{0.002})^{(n_v+1)/2}$给出，其中$n_v$是矢量模式的谱指数。我们发现了一个非平凡的取消的磁场产生的辐射占主导地位的时代，这创造了一个特征切断$k\approx 1.0$ Mpc $^{-1}$周围的磁场频谱。
2011-12-20 astro-ph.CO
Can Standard Model Higgs Seed the Formation of Structures in Our Universe?
我们研究了标准模型希格斯场作为原始曲率扰动的来源，特别是在曲率和调制再加热的情况下。我们的结论是，由于希格斯粒子衰变时的能量密度很小，它不能作为一个弯曲子，但希格斯粒子的调制再加热可能是一个可行的方案。在后一种情况下，不可避免地产生非高斯性，并强烈地限制了暴胀子场和Higgs相关相互作用项的势的类型。对于衰变率非线性依赖于Higgs真空期望值的暴胀子场的二次势，Higgs场对原初曲率微扰的贡献必须小于8%.
2013-01-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Footprint of Two-Form Field: Statistical Anisotropy in Primordial Gravitational Waves
本文研究了暴胀宇宙学中两种形式场的观测特征。在我们的装置中，一个两种形式的场与一个旁观者标量场动力学耦合，产生了相当大的引力波和较小的曲率扰动。我们发现，源引力波有一个独特的签名：他们总是统计各向异性和他们的球矩是不为零的十六极和四六零极，而四极矩消失。由于它们的振幅可以达到张量与标量比的$\mathcal{O}(10^{-3})$，我们希望这种新的预测将在下一代的CMB实验中进行测试。
2018-10-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
NANOGrav 15-year gravitational-wave signals from binary supermassive black-holes seeded by primordial black holes, and implications for the origins of Little Red Dots
Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（高等研究院）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；University of Tokyo（东京大学）；The University of Tokyo（东京大学）
通过原初黑洞增长形成的双超大质量黑洞并合解释NANOGrav 15年nHz引力波背景，并避免21厘米线发射约束，同时探讨对小红点起源的启示。
2026-06-16 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
EFT Compatible PBHs: Effective Spawning of the Seeds for Primordial Black Holes during Inflation
大多数暴胀方案试图解释原始黑洞（PBH）的起源，从功率谱的增强到一阶值，在相关的尺度上，与有效场论（EFT）标准发生冲突，或者未能将功率谱增强到如此大的幅度。在本文中，我们解开了一个机制，提高在通货膨胀的功率谱，不使用的潜在的平坦化或减少的声速标量扰动。该机制是基于扩展EFT的形式主义的膨胀（EEFToI）与六阶多项式色散关系的标量扰动，如果在色散关系的四次系数是负的，并小于一定的阈值，功率谱的幅度大大增强的观察。不稳定性机制必须安排在与人们想要产生的PBH质量相关的感兴趣的尺度上起作用，PBH可以是十个太阳质量的PBH，适合于LIGO事件，或者$10^{-17}-10^{-13}$太阳质量的PBH，它可以包括整个暗物质能量密度。我们认为，强耦合是避免的参数范围内的机制，提高功率谱所需的量。
2021-06-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Statistical anisotropy of primordial gravitational waves from generalized $δN$ formalism
本文演示了如何使用广义$δN$形式化计算大尺度涨落与原初引力波演化，推导出描述视界交叉处涨落到暴胀结束时引力波映射的解析公式，并据此分析了非零线性极化条件及单、多规范场模型的定性差异。
2024-08-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Did NANOGrav see a signal from primordial black hole formation?
我们表明，最近的NANOGrav结果可以解释为一个随机的引力波信号与形成的原始黑洞从高振幅曲率扰动。引力波频谱的振幅和功率与超大质量黑洞的原始种子的形成相吻合。
2021-03-26 astro-ph.CO
Can Primordial Black Holes Be Seeds for Early Galaxies in Models Satisfying the Covariant Entropy Bound?
Rutgers University（罗格斯大学）；University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文论证满足协变熵界的宇宙学模型倾向于无局域激发或单一大型黑洞的初始态，通过假设早期视界体积内充满微小黑洞衰变产生辐射，并引入随机大黑洞作为暗物质，可解释詹姆斯·韦伯望远镜观测的早期星系。
2026-08-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
From primordial seed magnetic fields to the galactic dynamo
回顾了宇宙中相干磁场的起源和维持，并强调了理论理解中可能出现的挑战。我们从磁场起源于早期宇宙的某个层次这一有趣的可能性开始。这可能发生在暴胀、电弱或夸克-强子相变期间。这些机制可以产生可能很强的场，但通常具有比银河系尺度小得多的相干尺度。它们随后的湍流衰减降低了它们的强度，但增加了它们的相干性。然后，我们转向天体物理电池，它可以产生种子磁场。这里相干尺度可以很大，但场强通常很小。这些种子场需要进一步放大，并通过发电机来维持，以解释星系中观测到的磁场。小规模和大规模的湍流发电机背后的基本思想进行了概述。小尺度发电机可能有助于理解年轻星系的第一次磁化，而大尺度发电机对于产生比搅拌尺度更大的场很重要，就像在附近的盘星系中观察到的那样。目前的理论挑战，湍流发电机遇到的可能的解决方案进行了讨论。
2019-04-09 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Primordial Power Spectra from Anisotropic Inflation
我们研究宇宙学扰动的动力学理论的膨胀，其中阿贝尔规范场耦合直接的暴胀，打破共形不变性。当规范场和暴胀子之间的耦合采取特定的形式时，暴胀就变成各向异性，并且各向异性可以在整个暴胀过程中持续存在，从而避免了瓦尔德的无毛定理。在讨论了各向异性在膨胀过程中可以持续存在的情况后，我们计算了一个小的持续各向异性对原始引力波和曲率扰动功率谱的主导作用，使用“在”形式主义的扰动理论。我们发现，原始的宇宙学扰动的功率谱获得显着的方向依赖性和分数方向依赖的张量功率谱相比，标量功率谱被抑制。
2010-10-11 astro-ph.CO
On non-linear CMB temperature anisotropy from gravitational perturbations
计算了大尺度上三阶以上的非线性CMB温度各向异性。在大尺度和Sachs-Wolfe极限下，我们给出了原始曲率扰动到三阶的温度各向异性的显式表达式。我们导出了最终的各向异性的双谱和三谱以及相应的非线性参数，其中原始扰动和原始曲率扰动到温度各向异性的非线性映射对观测到的非高斯性的贡献是透明分离的。
2010-05-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Imprint of Inhomogeneous and Anisotropic Primordial Power Spectrum on CMB Polarization
为了描述观测到的宇宙微波背景辐射的半球各向异性，我们考虑了一个非均匀模型和一个各向异性的原始功率谱模型。这种各向异性可以参数化的偶极调制模型的温度场。这两个模型导致对应于多极子的球谐系数之间的相关性，l和l \pm 1。我们通过拟合CMBR数据中的TT相关性来获得模型参数。使用这些参数，我们预测我们的模型之间的TE和EE模式的情况下，不同的多极子的相关性的签名。这些预测可以用来测试所观察到的半球各向异性是否可以正确地描述在一个原始的功率谱。此外，这些也可以让我们区分非均匀和各向异性模型。
2017-10-29 astro-ph.CO
Primordial Statistical Anisotropies: The Effective Field Theory Approach
在这项工作中，我们提出的有效场论的原生统计各向异性过程中产生的各向异性膨胀涉及的背景$U(1)$规范场。除了通常的与时间超态射破缺有关的戈德斯通玻色子外，我们还有另外两个与空间超态射破缺有关的戈德斯通玻色子。我们进一步确定了这两个新的Goldstone玻色子与预期的两个横向度的$U(1)$规范场波动。在定义了适当的幺正规范之后，我们给出了最一般的二次作用量，它尊重了幺正规范中的剩余对称性。各种Goldstone玻色子之间的相互作用导致曲率微扰功率谱的统计各向异性。计算功率谱各向异性的一般结果，我们恢复以前已知的结果在特定的模型的各向异性膨胀。此外，我们提出了新的统计各向异性的模型与非平凡的声速暴胀子波动的结果。此外，我们还确定了导致各向异性功率谱中类似双折射效应的相互作用，其中规范场涨落的速度取决于模式传播的方向，并且规范场涨落的两个极化对统计各向异性的贡献不同。作为另一个有趣的应用程序，我们的EFT方法自然地捕捉相互作用产生违反统计各向异性的奇偶校验。
2015-11-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Massive Primordial Black Holes from Hybrid Inflation as Dark Matter and the seeds of Galaxies
在本文中，我们提出了一个新的情况下，大规模的原始黑洞（PBH）产生的大曲率扰动的崩溃过程中产生的一个温和的瀑布阶段的混合通货膨胀。我们确定的暴胀子潜在参数的值导致PBH质谱峰值行星状的群众在物质辐射平等和生产的丰度可比的暗物质今天，而物质功率谱的尺度探测CMB各向异性同意普朗克数据。这些PBH今天可能已经通过合并获得了巨大的恒星质量，并且模型通过了CMB扭曲和微透镜的约束。钱德拉天文台在仙女座中央区域对大量BH候选者的观测支持了这一假设。此外，PBH质量分布的尾部可能是星系中心超大质量黑洞的种子，以及超亮X射线源的原因。我们发现，我们的有效的混合潜力可以起源于例如D-长期通货膨胀与费耶特-伊利奥普洛斯长期的普朗克尺度的顺序，但子普朗克值的暴胀场。最后，我们讨论了量子扩散的潜在的不稳定点的影响，能够产生瑞士奶酪般的宇宙结构，最终导致明显的加速宇宙膨胀。
2015-01-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dynamical model for primordial black holes
基于扩展的McVittie时空解，对原初黑洞进行了解析和数值讨论.通过假设暗物质和辐射是形成中的中心天体吸积的唯一能量来源，我们发现黑洞质量的演化依赖于种子的初始质量、黑洞出现的时间以及暗物质粒子的平均奇特速度。原始黑洞的初始条件的约束来自黑洞吸积机制和宇宙学环境的轮廓。大范围的质量与我们的方法是相容的。特别地，今天$10^{10}M_{\odot}$量级的质量也可以由小种子产生。当种子的初始质量接近粒子视界质量时，观察到出现视界的孵化时间。也有人认为，McVittie型的描述是一致的史瓦西解决方案，只要其他天体物理过程附近的中心对象被忽略。
2020-12-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial black holes as supermassive black holes seeds
本文提出基于原初黑洞的机制，在早期宇宙中通过气体动力学摩擦和双星并合形成超大质量黑洞种子，解释了高红移类星体与GNz11等观测。
2024-11-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial Black Holes as Seeds for Extremely Overmassive AGN Observed by JWST
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Weinberg Institute for Theoretical Physics, Texas Center for Cosmology and Astroparticle Physics, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校温伯格理论物理研究所、德州宇宙学与天体粒子物理中心）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）；Universität Heidelberg, Zentrum fur Astronomie, Institut für Theoretische Astrophysik（海德堡大学天文学中心理论天体物理研究所）；Department of Astronomy, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）；Arnold Sommerfeld Center, Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学阿诺德·索末菲理论物理中心）
研究通过高分辨率模拟表明，大规模原初黑洞可通过反馈调节形成极端高红移系统，解释了JWST观测到的Abell 2744-QSO1的特殊性质。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial Black Hole Seeds for Little Red Dots in $f(R)$ Gravity
Universitat de València（瓦伦西亚大学）
本研究在Hu-Sawicki f(R)引力框架下，提出原初黑洞并合形成中等质量种子黑洞的混合组装框架，可解释JWST观测到的高红移小红点，且符合相关观测限制，还能通过多信使诊断打破参数简并。
2026-10-27 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Sunyaev-Zel'dovich anisotropy due to Primordial black holes
研究了原初黑洞（PBH）对宇宙微波背景（CMB）温度涨落的Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应.吸积在PBH上的气体由于引力能的释放而变热。结果，PBH附近的加热气体发射UV和X射线光子。这些光子可以加热和加热PBH周围的星系际介质（IGM）。假设这些发射光子的简单模型，我们计算IGM电离分数和PBH周围的温度的轮廓。使用这些配置文件，我们评估的康普顿$y$参数创建的IGM气体周围的PBH。最后，我们估计的CMB温度角功率谱由于PBH SZ效应在我们的模型。我们发现，SZ温度各向异性由于PBH具有平坦的角功率谱在小尺度上，$l\leq2000$，并可能主导原始温度谱在更小的尺度比丝绸尺度。这种平坦的光谱通过PBH发射扩展到电离区的尺度。我们还讨论了小规模CMB测量对PBH丰度的影响。
2019-05-14 astro-ph.CO astro-ph.HE
Rapidly growing primordial black holes as seeds of the massive high-redshift JWST Galaxies
本文提出质量约1000倍太阳质量的原初黑洞在暗物质晕中经超爱丁顿吸积快速增长，可作为高红移大质量星系的种子，解释JWST观测到的早期星系形成难题。
2024-06-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Planck Constraints and Gravitational Wave Forecasts for Primordial Black Hole Dark Matter Seeded by Multifield Inflation
本文对与引力非最小耦合的多场暴胀模型进行MCMC分析，结合Planck 2018数据约束参数，发现谱指数$n_s$主导约束且存在简并方向可避免高度微调，并预测该参数区域可在未来实验中产生可观测的引力波信号。
2023-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-Gaussianities in the Cosmological Perturbation Spectrum due to Primordial Anisotropy
我们研究了在各向同性化后离开视界的高动量模的曲率扰动的两点和三点关联函数中的暴胀前各向异性相的可能特征。在这个动量区域中，早期的动力学可以用WKB描述，晚期的动力学可以用非Bunch Davies真空态来描述，该真空态编码了背景时空中的初始各向异性信息。我们计算了正则单场作用量中曲率扰动的双谱。我们发现，在后期的双谱，在任何情况下，是增强的扁平三角形配置以及压缩三角形配置，并计算相应的$f_{NL}$参数。$f_{NL}$参数的角度依赖性和特定的动量依赖性在早期表现为背景各向异性的显著特征。
2012-04-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial black hole formation for an anisotropic perfect fluid: Initial conditions and estimation of the threshold
本文研究了具有各向异性压力的辐射流体中原初黑洞的形成。我们的注意力集中在描述超视界制度的宇宙学扰动的初始条件，使用的状态方程的压力和能量密度梯度的协变形式。相对于各向同性情形，各向异性的影响是修改宇宙学扰动的初始形状。利用原始黑洞的阈值$δ_\mathrm{c}$与宇宙学扰动的形状之间的依赖关系，我们在这里估计阈值是如何随各向异性的振幅而变化的。如果这种变化足够大，它可能导致多溴联苯的丰度的显着变化。
2022-10-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Road to Normalcy: Environment-Driven Evolutionary Pathways for Primordial Black Holes
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Weinberg Institute for Theoretical Physics, Texas Center for Cosmology and Astroparticle Physics, University of Texas at Austin（韦恩伯格理论物理研究所，德克萨斯宇宙学与天体粒子物理中心，德克萨斯大学奥斯汀分校）；Cosmic Frontier Center, The University of Texas at Austin（宇宙前沿中心，德克萨斯大学奥斯汀分校）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）；Universität Heidelberg, Zentrum fur Astronomie, Institut für Theoretische Astrophysik（海德堡大学，天文学中心，理论天体物理学研究所）；Yale University（耶鲁大学）；Black Hole Initiative, Harvard University（黑洞倡议项目，哈佛大学）
该研究通过流体动力学模拟发现，宇宙环境会调控原初黑洞的演化，不同环境下原初黑洞呈现不同特征，小红点这类致密黑洞源是其演化的一个阶段，初始种子属性与环境共同塑造早期黑洞-星系共演化。
2026-08-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial gravity wave background anisotropies
我们考虑暴胀产生的原初重力波背景。我们计算了由原始标量涨落产生的小的各向异性。
2015-12-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The seeds of supermassive black holes and the role of local radiation and metal spreading
我们提出了宇宙流体动力学模拟，包括原子和分子的非平衡化学，多频辐射转移（0.7-100 eV的采样超过150个频率箱）和恒星星族演变来研究的主机候选人的超大质量黑洞的种子来自直接坍缩的气体在原始晕（直接坍缩黑洞，DCBH）。我们一贯地址所发挥的作用，原子和分子冷却，恒星辐射和金属扩散的C，N，O，Ne，Mg，Si，S，Ca，Fe等。从原始来源，以及它们的影响下，不同的假设早期源发射率，初始质量函数和金属产量附近的静止原星系。我们发现，假定的DCBH主机候选人需要强大的原始恒星世代，因为常见的太阳类恒星和热OB型恒星既不能确定直接坍缩的条件，也不能建立一个解离的莱曼-沃纳背景辐射场。热和分子特征的DCBH主机候选人的情况下，非常大质量的原始恒星似乎有利，照明莱曼-沃纳强度具有1-50 J21的值。然而，额外的非线性过程，如合并事件，子结构的形成，旋转运动和光蒸发，应抑制纯DCBH的形成在2/3的情况下。局部湍流可以延迟气体的直接坍缩，几乎与其他环境条件无关。距离小于5千秒差距的大莱曼-维尔纳通量的影响受到金属污染的严重限制。
2019-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Magnetic field generation from primordial black hole distributions
本文介绍了一种估计原始黑洞（PBH）种群产生的磁场涨落的统计方法。为此，我们考虑单色和扩展的Press-Schechter PBH质量函数，使得每个组成部分都能够产生自己的磁场，由于一些给定的物理机制。假设磁场波动和物质过密度之间的线性相关性，我们的估计依赖于质量函数，物理场产生机制的每个PBH成分，和特征PBH分离。在计算了磁场波动的功率谱之后，我们应用我们的形式主义来研究两种特定的场产生机制根据当前的观测约束可能产生预期的种子场的可能性。第一种机制是比尔曼电池和第二个是由于吸积的磁单极子在PBH形成，构成磁性PBH。我们的研究结果表明，对于单色分布，似乎不可能在两种场生成机制中的任何一种中生成足够强的种子场。对于扩展分布，仅通过假设Biermann电池机制来生成所需的种子场也是不可能的。事实上，我们报告了在z = 20时，通过这种机制产生的平均种子场约为10^{-47} G。对于磁单极子的情况，我们假设从文献中获得的种子值，并计算必要的数量密度的单极子。在这种情况下，我们获得的值低于当前约束的上限。
2021-03-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Gravitational instability of the primordial plasma: anisotropic evolution of structure seeds
我们研究如何存在的背景磁场，强度与目前的观测约束兼容，影响线性演化的宇宙学密度扰动尺度低于哈勃半径。磁场提供了可以防止给定扰动增长的附加压力;然而，磁压力仅限于与场正交的平面。结果表明，系统的“金斯长度”不仅与涨落的波长有关，而且与涨落的方向有关，微扰演化是各向异性的。我们推导出这一结果的分析和支持它的直接数值积分的相关理想磁流体力学方程在物质主导的时代。在复合之前，动压占主导地位，扰动以标准方式演化，而在此之后，磁压占主导地位，我们观察到各向异性演化。我们量化这种影响，估计偏心率$ε$的高斯扰动在坐标空间中，是球对称的重组。对于亚星系尺度的扰动，我们发现$ε= 0.7$在$z=10$采取$10^{-9}$高斯级的背景磁场。
2012-11-12 astro-ph.CO physics.plasm-ph
The Primordial Curvature Perturbation from Vector Fields of General non-Abelian Groups
本文研究了一般非阿贝尔向量场的原曲率扰动的生成问题。非阿贝尔场的自相互作用使场的扰动非高斯。我们计算的双谱的场微扰使用在形式主义在树的水平。双谱由视界外场的经典演化控制。鉴于此，我们表明，占主导地位的贡献，可以从齐次经典运动方程。然后我们计算了曲率扰动的功率谱。谱的各向异性被场的数目所抑制。这使得矢量场有可能对宇宙中的总曲率扰动负责，而不会违反统计各向异性的观测界限。曲率扰动的双谱也是各向异性的。最后，我们给出了一个例子的通货膨胀结束的情况下，曲率扰动产生的矢量规范场通过变化的规范耦合常数（s），在协变导数耦合希格斯场的矢量场。我们发现，适当大的规范群可能会导致可观察到的各向异性的曲率扰动的功率谱。
2012-01-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial magnetogenesis
宇宙中到处都有磁场。从恒星和星系，一直到星系团和遥远的原星系云，都反复观测到了相当强度和大小的磁场。然而，尽管它们广泛存在，宇宙磁场的起源仍然是一个谜。银河发电机被认为能够将弱磁种子放大到像我们和其他星系中测量到的强度，但问题是这些种子场来自哪里？它们是后期重组后物理学的产物，还是真正的宇宙起源？原始磁性的想法很有吸引力，因为它使得大规模的磁场，特别是那些在早期原星系系统中发现的磁场，更容易解释。因此，文献中出现了许多不同的情景。然而，早期的磁致作用并不是没有问题的，有一些问题仍然是开放的和有争议的。我们回顾了原始磁场的问题，并考虑目前的观测数据对其强度的限制。提出了预复合磁致效应的各种机制，并讨论了它们的优缺点。我们考虑了经典和量子的情况下，以及标准模型之外的操作，也讨论了如何未来的观测可以用来决定是否大规模的磁场，我们今天在宇宙中看到的是真正的原始或没有。
2011-03-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
CMB temperature anisotropy at large scales induced by a causal primordial magnetic field
我们提出了一个由原始磁场的萨克斯沃尔夫效应的解析推导。为了一致地指定初始条件，我们假设磁场是由因果过程产生的，即在早期宇宙中的一阶相变。对于拓扑缺陷的情况，我们应用广义相对论结条件来匹配产生磁场的相变之前和之后的微扰变量，以这样的方式，总能量动量张量在整个过渡中守恒，并且满足爱因斯坦方程。我们进一步解析地求解了包含中微子的大尺度下的度规和流体扰动的演化方程，并导出了磁性Sachs Wolfe效应。我们发现，相关的贡献，磁萨克斯-沃尔夫效应来自次领先的大尺度极限的度量扰动。事实上，由于自由流中微子的存在，首阶项被强烈抑制。我们动态地导出了中微子补偿效应，证实了由因果磁场产生的磁性SachsWolfe谱的性质为l（l+1）C_l^B \propto l ^2，这与最近的数值分析结果一致。
2010-06-03 astro-ph.CO
Gravitational Wave Bursts from Collisions of Primordial Black Holes in Clusters
计算了星团中大质量原初黑洞合并产生的引力波爆发率。这样的黑洞群可以通过早期宇宙中的相变形成。星系团中心的黑洞可以作为星系核中超大质量黑洞的种子。估计了LISA引力波探测器的预期爆发探测率。
2010-03-22 astro-ph.CO
Improved CMB anisotropy constraints on primordial magnetic fields from the post-recombination ionization history
我们研究了复合前产生的原始磁场（PMF）随机背景对宇宙电离历史和宇宙微波背景辐射（CMB）的影响。复合前PMF在复合和再电离过程中通过衰减的MHD湍流和双极扩散耗散。这改变了局部物质和电子的温度，从而影响电离历史和汤姆逊可见度函数。我们使用这种效果来约束由幂律型谱描述的PMF，将我们以前的研究（基于尺度不变谱）扩展到任意谱指数。我们推导出了由于双极扩散和MHD衰减湍流的单独作用以及它们的组合作用而产生的PMF积分振幅的上界。我们发现，双极扩散是相关的$n_{\rm B}>0$，而$n_{\rm B}<0$ MHD湍流是更重要的。在具有锐截止的保偏光纤的积分振幅上的谱指数上边缘化的界限是$\sqrt{\langle B^2 \rangle}<0.83$ nG。我们讨论的阻尼机制和与以前的界限的比较的假设的定量相关性。
2019-02-27 astro-ph.CO
Hidden-sector accretion and warped black-string seeds for high-redshift supermassive black holes
Jagiellonian University（雅盖隆大学）
提出通过隐藏扇区吸积形成五维黑洞弦，其与我们的膜相交产生黑洞种子，从而解释高红移超大质量黑洞的起源。
2026-06-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The Nature of Primordial Fluctuations from Anisotropic Inflation
本文研究了各向异性暴胀中原初涨落的统计性质，暴胀是由与暴胀子耦合的矢量场实现的。通过推广各向同性暴胀中的平切片规范，我们找到了一个适合于各向异性暴胀的规范，我们称之为正则规范。利用正则规范，我们揭示了曲率扰动、矢量波和引力波之间的耦合结构。我们确定了两个来源的各向异性，即各向异性由于宇宙的各向异性膨胀和由于各向异性变量之间的耦合。事实证明，后一种效应占主导地位。由于曲率扰动与矢量波的耦合最强，曲率扰动的统计各向异性比引力波的统计各向异性大。我们发现了曲率扰动与引力波之间的互相关，而这种互相关在传统暴胀中是不存在的。我们还发现了引力波的线偏振。最后讨论了所得结果的宇宙学意义。
2010-03-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
