Lepton asymmetries and primordial hypermagnetic helicity evolution
电弱相变(EWPT)时的超磁螺旋度密度超过银河系磁螺旋度密度许多数量级。结合EWPT后的磁螺旋度演化计算和EWPT超磁螺旋度向磁螺旋度的转换计算,完成了对宇宙学磁场这一重要拓扑特征演化的描述.这表明,如果为银河发电机播种的磁场有一个原始的起源,它应该基本上是螺旋形的。这应该考虑到银河系磁场演化的宇宙学种子的情况。
2012-05-16 astro-ph.CO hep-ph
Removal of Galactic foregrounds for the Simons Observatory primordial gravitational wave search
西蒙斯天文台即将进行的观测预计将把张量标量比$r$限制在$σ(r)=$ 0.003的水平。在这里,我们更详细地描述了西蒙斯天文台的预测算法之一,清洁CMB偏振图使用参数模型的基础上。我们提出了一个新的代码来执行这种端到端的预测,并探讨了更详细的假设。如果同步辐射和热尘埃辐射的光谱能量分布的空间均匀性被假定在计划用于观测的区域上,覆盖几乎五分之一的天空,那么对于与当前数据一致的前景模型,预测$r$中1- 3阶$σ$的偏差。我们发现,通过掩盖天空中污染最严重的区域,或者通过采用更多的参数来描述同步加速器和尘埃的光谱指数的空间变化,这样的偏差可以减轻我们考虑的前景模型。我们还探讨了测试清洁CMB偏振图是否包含残留前景污染的策略,包括与跟踪前景的地图互相关。该方法也适用于其他CMB偏振实验。
2019-05-21 astro-ph.CO
Discriminating and Constraining the Synchrotron and Inverse Compton Radiations from Primordial Black Hole and Dark Matter at the Galactic Centre Region
原始黑洞(PBH)的蒸发(通过霍金辐射)可以在银河系中心(GC)区产生电子/正电子($e^-/e^+$),在中心区磁场的影响下,产生同步辐射。这些$e^-/e^+$还可以由于与环境光子的散射而引起逆康普顿辐射。在这项工作中,三种不同的PBH质量分布,即单色,幂律和对数正态分布被认为是计算这样的辐射通量。另一方面,银河系中心区域的暗物质的湮灭或衰变也可以产生$e^-/e^+$作为最终产物,它可以再次在银河系磁场中发射同步辐射,也会引起逆康普顿散射。在这项工作中,这些辐射通量从PBH蒸发和从暗物质的起源和它们的可探测性进行了比较研究,在各种正在进行的和其他望远镜,以及在即将到来的望远镜,如SKA。此外,从这些实验预测中获得对模型参数的约束。计算了这些辐射通量随离银心距离的变化,发现这种变化可以作为探测PBH质量或暗物质质量的有用探针。
2022-04-07 astro-ph.CO astro-ph.HE
Testing primordial non-Gaussianities on galactic scales at high redshift
原始非高斯性提供了暴胀模型的一个重要检验。虽然普朗克宇宙微波背景实验对星系团尺度上的非高斯性产生了很强的限制,但在星系尺度上仍有相当大的非高斯性空间。我们已经测试了本地的非高斯高红移星系人口的影响,运行5个宇宙学N体模拟到z=6.5。对于这些模拟,我们采用相同的初始相位,以及高斯或尺度相关的非高斯原始波动,所有这些都与普朗克对集群尺度的约束一致。然后,我们使用Behroozi et al.(2013)的晕-恒星质量经验关系为每个晕分配恒星质量。我们的模拟与非高斯初始条件产生晕质量函数,显示出明显的偏离从类似的模拟与高斯初始条件在z>~10。我们观察到一个>0.3 dex的增强低端的晕质量函数,这导致了类似的影响星系恒星质量函数,这应该是测试未来的星系调查在z>10。由于宇宙再电离被认为是由高红移的矮星系驱动的,我们的发现可能对宇宙的再电离历史有影响。
2014-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Memory-Burdened Primordial Black Holes with Galactic Sources observed by LHAASO
利用LHAASO观测的四个银河系源数据,研究记忆负担效应下质量小于10^9克的原初黑洞,其发射的高能伽马射线能显著限制它们对暗物质的贡献。
2025-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE
Evidence for Primordial Black Hole Final Evaporation: Swift, BATSE and KONUS and Comparisons of VSGRBs and Observations of VSB That Have PBH Time Signatures
十多年前,我们发现了一类VSGRB(T90 < 100 ms)具有不寻常的特性:(1)星系位置不对称,(2)非常硬的伽马谱,(3)这些事件的星系起源的可能证据。我们现在研究最近的Swift数据,并表明存在与BATSE和KONUS一致的VSGRB增强。我们估计,这是一个总的4.5sigma观测。然后,我们研究VSB的PBH蒸发的时间结构预期的证据。几个事件显示了PBH蒸发的一般时间结构。如果是正确的,那么PBH一定存在于这个星系中。由于即使是像BATSE这样的大型探测器每年也只记录几个VSB,PBH的密度仍然很小,很难预测费米航天器LAT的速率。
2009-08-10 astro-ph.CO
Constraints on primordial black hole dark matter from Galactic center X-ray observations
令人惊讶的是,从LIGO和Virgo引力波测量中推断出的黑洞质量很高,这导致人们猜测,所观察到的合并可能是由于${\cal O}(10) M_\odot$原始黑洞(PBH)。此外,有人提出,所有的暗物质(DM)可能都是这种奇异的形式。我们使用NuSTAR银河系中心(GC)X射线数据调查PBH DM的约束。我们使用了一个强大的Monte Carlo方法结合辐射效率低的PBH吸积模型与公认的模型参数。与以前的研究相比,我们允许多种形式的DM密度分布。最重要的是,我们的研究包括处理的气体湍流,这显着修改PBH和气体之间的相对速度。我们表明,包括气体湍流的影响和DM密度分布相关的不确定性显着降低了气体吸积到PBH相比,在以前的文件中声称的值。这是非常不可能获得吸积PBH明亮的NuSTAR点源限制使用观测确定的气体速度。因此,可以安全地得出结论,GC X射线观察结果不能排除${\cal O}(10) M_\odot$ PBH DM。
2018-07-31 astro-ph.CO hep-ph
How primordial magnetic fields shrink galaxies
作为星际介质能量收支的主要贡献者之一,磁场自然在塑造星系演化中发挥作用。银河系的磁场可以起源于强大的原始磁场,只要这些磁场保持在当前观测的上限之下。为了了解这样的磁场将如何影响星系的全球形态和动力学特性,我们使用一套高分辨率的约束运输磁流体动力学宇宙学变焦模拟,我们改变初始磁场强度和配置以及处方恒星反馈。我们发现,强大的原始磁场延迟了恒星形成的开始,耗尽了星系的旋转支持,减少了星系盘的径向尺寸,并向中心驱动了更多的气体。这也反映在模拟UVJ观测中,即星系光剖面浓度的增加。我们探讨了这种角动量减少背后的可能机制,重点是磁制动。最后,注意到原始磁场的影响被放大的恒星反馈的存在下,我们简要地讨论了我们测量的变化是否也将预期为银河系磁场的非原始起源。
2020-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Enhanced exploration for primordial black holes using pulsar timing arrays
我们研究了脉冲星计时阵列(PTAs)作为探测银河系暗物质的原始黑洞(PBH)的能力。经过地球或脉冲星附近的PBH会产生脉冲加速度,并在其他有序的脉冲星定时数据上产生残差。我们发现,在卫星引起的定时残差是最佳的搜索较重的PBH比那些在地球上,和两个探头是高度互补的。未来像SKA这样的设施可以探测到质量在10^(22-28)g左右的PBH,即使只有一小部分(< 1%)的银河系暗物质由这些PBH组成。
2012-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
The advantage of Bolometric Interferometry for controlling Galactic foreground contamination in CMB primordial B-modes measurements
针对 CMB 原初 B 模测量中的银河系尘埃前景建模偏差,研究利用 BI 的光谱成像能力,并通过 FGBuster 蒙特卡洛比较 CMB-S4 与 CMB-S4/BI,证明其可诊断未建模 LOS 频率去相关导致的 r 残余污染。
2023-11-03 astro-ph.CO
Peeling off foregrounds with the constrained moment ILC method to unveil primordial CMB $B$-modes
银河系前景是观测宇宙微波背景$B$模偏振的主要障碍。除了使暴胀$B$模式信号模糊几个数量级之外,银河前景还具有非平凡的光谱特征,这些特征部分未知,并且由于沿着视线的平均效应而失真,在像素/光束窗口内,以及通过各种分析选择(例如,球谐变换和滤波器)。统计矩扩展方法提供了一个强大的工具,用于模拟有效的银河系前景发射所造成的这些平均效应在CMB观测,而盲组件分离处理可以处理未知的前景。在这项工作中,我们结合这两种方法,开发了一种新的半盲组件分离方法的参数和盲目的方法,称为约束矩ILC(cMILC)的交集。该方法在标准ILC方法的基础上增加了几个约束条件,对银河系前景辐射的主要统计矩进行了去投影。应用程序的地图进行针状空间相比,NILC方法,这有助于显着减少残留的前景污染(偏差,方差和偏斜)重建CMB $B$模式的地图,功率谱,张量标量比。我们认为天空模拟的实验设置类似的LiteBIRD和PICO,说明残留的前景偏差和退化的约束$r$之间的权衡可以预期在新的cMILC框架。我们还概述了几个方向,需要更多的工作,以准备未来的分析挑战。
2021-03-02 astro-ph.CO
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
Cosmic Infrared Background anisotropies as a window into primordial non-Gaussianity
宇宙红外背景辐射的角功率谱是探测局域原初双谱的灵敏探针。CIB测量在大体积上积分,使得来自原始非高斯性的尺度依赖偏差在CIB功率谱中留下强信号。尽管银河尘埃在非高斯CIB信号中占主导地位,但可以通过足够的频率通道来减轻尘埃污染,特别是如果有普朗克857 GHz通道等高频可用。我们表明,在这种情况下,从未来的空间任务的宇宙微波背景的测量应该能够探测到本地的双谱形状下降到幅度|f_nl| < 1。
2016-06-07 astro-ph.CO
$G$ Objects and primordial black holes
提出银河系中心的$G$ objects可能是亚月球质量原初黑洞被中子星捕获并吞噬后形成的恒星质量黑洞束缚的气体云,解释了其抗潮汐撕裂特性与观测光度。
2023-08-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Contribution to the 2026 Cosmology session of the 60th Rencontres de Moriond: Galactic moments: Understanding polarized foregrounds complexity in the quest for CMB primordial $B$ modes with LiteBIRD
Univ Toulouse, CNES, CNRS, IRAP(图卢兹大学,法国国家空间研究中心,法国国家科学研究中心,天体物理研究所);Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab(巴黎-萨克雷大学,法国国家科学研究中心/法国国家粒子物理研究所,IJCLab);Instituto de Astrofísica de Canarias(加那利群岛天体物理研究所);Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna (ULL)(拉帕拉塔大学天体物理学系);Department of Physics, University of Oxford(牛津大学物理系)
研究针对当前及下一代CMB B模式实验中极化银河发射模拟难题,介绍未来LiteBIRD卫星利用更多波段和更高灵敏度,通过矩展开形式应对前景光谱行为规范描述极限的挑战,以更好表征星际介质发射光谱特性。
2026-07-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on primordial non-Gaussianity from halo bias measured through CMB lensing cross-correlations
由$f_{\rm NL}$参数化的宇宙初始条件中的局部非高斯性,在宇宙晚期的晕的大尺度偏差中引起尺度依赖性。这种效应是一个有前途的路径,以约束多场膨胀理论,预测非零$f_{\rm NL}$。虽然大多数现有的限制从晕偏差涉及星系分布的自相关性,交叉相关性与探针的物质密度提供了一个替代渠道较少的系统。我们提出了最强的大规模结构约束本地原始非高斯性,单独使用互相关。我们使用宇宙红外背景(CIB)组成的尘埃星系作为晕示踪剂和宇宙微波背景(CMB)透镜作为探针的底层物质分布,无论是从\textit{Planck}数据。银河系尘埃是使用CIB大尺度模式的一个关键挑战。重要的是,与CIB自光谱相比,CIB与CMB透镜的互相关受银河尘埃的影响要小得多,CIB自光谱从银河尘埃中获得了附加偏差。我们没有发现原始的非高斯性的证据,并发现$-87<f_{\rm NL}<19$与高斯$σ(f_{\rm NL})\approx 41$,假设普遍性的晕质量函数。我们发现未来来自Simons天文台和CMB-S4的CMB透镜数据可以分别达到$σ(f_{\rm NL})$ 23和20。这种分析的约束力受到当前银河尘埃清洁技术的限制,要求我们使用最小的$\ell=70$多极。如果通过改进的分析技术或外部数据克服了这一挑战,则可以通过互相关技术实现与$σ(f_{\rm NL})=4$一样严格的约束。更乐观地说,如果CIB…
2022-10-03 astro-ph.CO
Eppur non si trovano: Comments on the Primordial Black Hole Limits in the Galactic Halo
Astronomical Observatory, University of Warsaw(华沙大学天文台);University of Warwick(华威大学);Villanova University(维拉诺瓦大学)
该文对近期关于银河系暗物质晕中原始黑洞限制的争议进行评论,指出对方的质疑存在科学错误,并强调尽管进行了广泛搜索,相关天体仍未被发现。
2025-10-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Exploring the effects of primordial non-Gaussianity at galactic scales
虽然大尺度原始非高斯性受到当今数据的强烈约束,但在Mpc尺度上没有这样的约束。在这里,我们研究了显着的小尺度原始非高斯结构的形成和星系形成过程中的无碰撞模拟的效果:具体来说,我们探索四种不同类型的非高斯。所有这些处方导致一个独特的和潜在的可检测的功能,在非线性尺度周围的物质功率谱。该功能可能会对$S_8$张力产生有趣的影响。然后,我们特别表明,负偏态分布的潜在的随机场,因此正偏态的超密度,与$f_{\rm NL}$的数量级为1000在这些尺度,意味着典型的星系大小的晕达到一半的质量在较早的阶段,并有一个安静的合并历史在$z<3$比在高斯的情况。它们在$z=0$的0.5和4维里半径之间的环境比高斯情况下的密度小。这种更安静的历史和更低密度的环境在凸起和酒吧的形成方面具有潜在的有趣的后果。此外,我们发现,两个最大的subhalos周围的主机往往显示一个有趣的反相关的速度,运动学的一致性指示。所有这些暗示都需要在具有尺度依赖的非高斯初始条件的大盒子模拟中得到统计学证实,然后通过流体动力学放大模拟来探索小尺度非高斯性对星系形成的详细影响。
2023-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
A critical analysis of the recent OGLE limits on stellar mass primordial black holes in the halo of the Milky Way
Institute for Astronomy (IfA), University of Edinburgh(爱丁堡大学天文研究所);Instituto de Física Teórica UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学理论物理研究所)
本文针对OGLE合作组宣称排除银河系晕存在恒星质量原初黑洞的结论,分析其与MACHO巡天结果分歧的来源,指出OGLE观测无法对该类原初黑洞形成有效约束。
2025-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Refining Galactic primordial black hole evaporation constraints
Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学);Sorbonne Université(索邦大学);King’s College London(伦敦国王学院)
本文通过分析原初黑洞蒸发产生的宇宙射线信号,结合银河系内传输效应,研究轻质小行星质量原初黑洞作为暗物质候选者的约束条件,并首次探讨了其逆康普顿效应引起的弥漫X射线发射。
2026-03-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraints on a mixed model of dark matter particles and primordial black holes from the Galactic 511 keV line
银河系511 keV γ射线谱线是70年代以来观测到的,并被认为是电子正电子湮没的结果,但其起源至今仍不清楚。除了天体物理学的解释外,正电子来自暗物质湮灭的可能性也被广泛研究。原初黑洞(PBH)也是被广泛研究的DM候选者。如果PBH的存在,DM粒子可能会引力绑定到PBH和PBH周围的密度尖峰形成晕。在这些密度尖峰中的DM湮灭可以提高DM粒子的正电子产生率,但信号形态与衰减的DM相似。我们考虑这样一个由DM粒子和PBH组成的混合模型,并从INTEGRAL/SPI的511 keV γ射线数据中得到DM粒子衰变分量的上限和PBH丰度的约束。这些约束是通用的,并且独立于颗粒DM模型。对于DM和PBH的混合模型,对于质量在$1~\mathrm{TeV}$附近的DM粒子,PBH丰度的约束可以降到$O(10^{-17})$,比河外γ射线背景下的约束更严格.
2021-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Massive primordial black holes in contemporary universe
根据银河系中心超大质量黑洞的现有观测资料和银河系近太阳质量黑洞的质量分布,对原始原始黑洞(PBH)的对数正态质量谱参数进行了近似调整.再加上多光子带隙构成了宇宙学暗物质的全部或一个显著的质量分数的假设,它允许固定原始质谱的参数。通过这种方式,发现预测的MACHO数密度比观测值低约一个数量级。一个可能的解决方案,这一争议可能规定的非各向同性和非均匀分布的MACHO或修改的原始频谱,例如,假设一个叠加的两个最大对数正态谱的PBH。另一种可能性是MACHO不是PBH,而是死亡的原始致密星。
2020-06-07 astro-ph.CO
Extracting foreground-obscured $μ$-distortion anisotropies to constrain primordial non-Gaussianity
宇宙微波背景(CMB)温度、偏振和光谱畸变各向异性之间的相关性可以作为原初非高斯性的一个探针。在这里,我们进行重建的$μ$失真各向异性的存在下,银河系和河外前景,应用所谓的约束ILC组件分离方法模拟拟议的CMB空间任务(PIXIE,LiteBIRD,CORE,PICO)。我们的天空模拟包括银河尘埃,银河同步加速器,银河自由,热Sunyaev-Zeldovich效应,以及初级CMB温度和$μ$ -畸变各向异性,后者被添加为相关场。约束ILC方法允许我们在重建的$μ$图中消除CMB温度各向异性(反之亦然),此外还可以减轻天体物理前景和仪器噪声的污染。在前景去除和分量分离之后,我们计算重构的(无CMB的)$μ$失真图和(无$μ$的)CMB温度图之间的互功率谱。由于互功率谱与原始非高斯参数$f_{\rm NL}$成比例,在尺度$k\simeq 740$ Mpc $^{-1}$上,这允许我们推导出$f_{\rm NL}$ -检测限,用于上述未来的CMB实验。我们的分析表明,前景降低了理论检测限(主要基于仪器噪声)超过一个数量级,PICO站在最好的机会,在规模依赖的非高斯上限。我们还讨论了信道灵敏度和所选频带的约束的依赖性。与$B$模式极化测量一样,频率$ν\lesssim 40\,{\rm GHz}$和$ν\gtrsim 400\,{\rm GHz}$的扩展覆盖范围比增加的通道灵敏度提供了更…
2018-04-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Constraints on primordial black holes from Galactic gamma-ray background
宇宙中进入初始质量为M_* \approx 5 \times 10^{14} g的原始黑洞(PBH)的部分,在当前的时间里,它们正在蒸发,这一部分强烈地受到河外和银河伽马射线背景观测的限制。然而,对河外背景辐射的贡献主要来自初始质量为M * 的PBH的时间积分辐射,而对银河系背景辐射的贡献主要来自初始质量略大于M *、当前质量小于M * 的PBH的瞬时辐射。小于0.4M * 的PBH的瞬时发射主要是由直接发射的夸克喷注和胶子喷注衰变产生的次级粒子。Lehoucq等人使用EGRET数据进行的早期分析中遗漏了这些点。对于单色PBH质量函数,初始质量为(1+μ)M *,μ<< 1,当前质量为(3μ)^{1/3} M *,银河系背景限制宇宙进入PBH的比例为μ的函数。然而,初始质量函数不可能是精确的单色的,甚至在M_* 周围的微小质量扩散也会在M_* 以下产生当前的低质量PBH尾部。这条尾巴将是银河系背景的主要贡献者,所以我们考虑它的形式和相关的约束条件,为各种各样的情况下,扩展和近单色的初始质量函数。特别地,我们考虑了一种情形,其中PBH由临界坍缩形成,并且具有远高于M_* 的质量函数峰值。在这种情况下,最大的PBH可以提供暗物质,而M_* 不超过γ射线背景极限。
2016-04-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Holes as Generators of Cosmic Structures
原始黑洞(PBH)可以提供低于$10^2 M_{\odot}$的各种质量窗口的暗物质,而$30 M_{\odot}$的质量窗口可以解释LIGO事件。比这大得多的PBH可能会产生重要的后果,即使它们只提供暗物质的一小部分。特别是,它们可以通过“种子”效应单独产生宇宙学结构,也可以通过"泊松“效应集体产生宇宙学结构,从而减轻与标准CDM方案有关的一些问题。如果黑洞都有相似的质量,对暗物质的贡献很小,那么种子效应在小尺度上占主导地位,在这种情况下,黑洞可以在星系核甚至星系本身中播种超大质量黑洞。如果它们具有相似的质量并提供暗物质,泊松效应在所有尺度上都占主导地位,第一个束缚云将比通常情况下更早形成,并具有有趣的观测结果。如果PBH有一个扩展的质谱,这是更有可能的,他们可以履行所有三个角色-提供暗物质,结合第一个绑定云和产生星系。在这种情况下,星系质量函数自然具有观测到的形式,星系质量与黑洞质量简单相关。在这种情况下,来自PBH的随机引力波背景将从LIGO频率连续延伸到LISA频率,为未来的调查提供了潜在的目标。
2018-06-23 astro-ph.CO
Illuminating the dark ages: Cosmic backgrounds from accretion onto primordial black hole dark matter
冷暗物质作为不同质量的原始黑洞(PBH)的总和,可以解释许多未解的天体物理之谜。在这里,我假设一个广泛的PBH质量分布提供了大部分的暗物质,符合所有的限制和估计的重子吸积到PBH有助于宇宙背景辐射,主要是宇宙X射线和宇宙红外背景波动之间的相关信号深钱德拉和斯皮策调查。我假设Bondi捕获和平流占主导地位的磁盘吸积与合理的重子密度和有效的相对速度之间的重子和PBH,以及适当的吸积和辐射效率,并整合在PBH质谱和宇宙时间。X射线贡献确实与残余X射线背景信号和X射线/红外波动一致。通量峰值在z~17-30处,与要求信号来自高红移的约束一致。PBH对红外背景涨落的贡献仅为1%左右。磁场是邦迪捕获过程中的一个基本要素,而PBH可以在放大早期种子场并维持它们直到银河发电机过程开始的过程中发挥作用。假定的PBH粒子数对宇宙再电离历史的贡献与普朗克电离极限并不冲突。来自PBH的X射线加热可以对星系群的熵底做出贡献。EDGES红移的21厘米吸收线特征可以与宇宙背景辐射的无线电贡献联系起来。最后,中等质量黑洞的数量和银河系中心弥漫的X射线辐射与假设的PBH暗物质是一致的。在钱德拉对银河脊最深处的观测中,一些离散源确实可能是吸积的PBH。
2020-05-12 astro-ph.CO
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 helium-3 redux: The helium isotope ratio of the Orion nebula
我们报告了氦同位素比的第一次直接测量,3 He/4 He,在本地星际云之外,作为科学验证观测的一部分,使用升级后的CRIRES。我们对3 He/4 He的测定是基于猎户座星云中Tet 02 Ori A的亚稳态HeI* 吸收。我们测量到的3 He/4 He值=(1.77+/-0.13 x10 ^{-4}),仅比这些同位素的原始相对丰度高出约40%,假设粒子物理学和宇宙学的标准模型为(3 He/4 He)_p =(1.257+/-0.017 x10 ^{-4})。我们使用Limongi & Chieffi(2018)对质量范围M=8-100 M_sun的恒星和Lagarde(2011,2012)对M=0.8-8 M_sun的恒星的产额,计算了一套银河系化学演化模拟,以研究这些同位素在银河系中的积累。我们发现,如果计算初始化为原始比率(3 He/4 He)_p=(1.043+/-0.089 x10 ^-4),这些模拟可以同时再现猎户座和原太阳的3 He/4 He值。即使引用的误差不包括模型的不确定性,该测定与标准模型值在~ 2 sigma范围内一致。我们还利用当今银河系氘(D/H)、氦(He/H)和3 He/4 He的丰度来推断原始3 He丰度的经验极限,即(3 He/H)_p <(1.09+/-0.18 x 10 ^-5),这也与标准模型的值一致。我们指出,在不破坏三种原始元素比(D/…
2022-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Revisiting Bounds on Primordial Black Hole as Dark Matter with X-ray Background
本研究通过对比宇宙X射线背景与原初黑洞霍金蒸发辐射,重新评估了PBHs作为暗物质的限制,并排除了其在$2.5\times 10^{17}-3 \times 10^{17}$ g质量范围内构成全部暗物质的可能性。
2024-04-29 astro-ph.CO
Constraining Primordial Magnetism
原始磁场可以为今天观测到的银河系磁场提供一种解释,在这种情况下,它们也可能在CMB和小尺度物质功率谱中留下有趣的信号。讨论了如何在线性微扰理论的框架下近似计算重要的非线性磁效应,并计算了包含SZ贡献的物质和CMB功率谱。然后,我们使用各种宇宙学数据集来约束的磁场功率谱的形式。仅使用大尺度CMB数据(WMAP7,QUaD和ACBAR),我们发现在1 Mpc处B_λ< 6.4 nG的磁场方差的CL为95%。当我们用SPT数据来限制SZ效应时,我们发现B_λ< 4.1 nG是一个修正的极限。添加SDSS莱曼α数据进一步降低了这一限制,大致将磁场限制在B_λ< 1.3 nG。
2012-09-25 astro-ph.CO
A Constraint on Primordial $B$-Modes from the First Flight of the SPIDER Balloon-Borne Telescope
我们介绍了2015年SPIDER长期气球飞行的第一次线性偏振测量,该实验旨在绘制宇宙微波背景(CMB)在角度尺度上的偏振。这些测量的结果包括在95和150 GHz观测4.8%天空的地图和角功率谱,以及对这些数据进行内部一致性测试的结果。虽然极化CMB各向异性的原始密度扰动是在这一地区的天空中的主导信号,银河尘埃发射也检测到具有很高的意义,银河同步辐射被认为是可以忽略不计的SPIDER波段。我们采用了两个独立的前景去除技术,以探讨宇宙学的结果的敏感性,由每个假设。主要的方法是使用来自普朗克数据的尘埃模板来减去银河尘埃信号。第二种方法,采用联合分析SPIDER和普朗克数据的谐波域,假设一个修改后的黑体模型的光谱能量分布的灰尘,其空间形态没有约束。使用的可能性,共同采样的模板振幅和$r$参数空间,我们得出95%的上限的原始张量标量比从费尔德曼-高斯和贝叶斯结构,发现$r<0.11$和$r<0.19$,分别。$r$中大约一半的不确定性来自与模板减法相关联的噪声。来自SPIDER第二次飞行的280 GHz的新数据将补充普朗克偏振图,提供偏振银河尘埃发射的强大测量。
2021-03-24 astro-ph.CO
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
Revisiting Primordial Black Hole Capture by Neutron Stars
本文采用真实中子星内部结构改进PBH捕获能量损失与坍缩计算,证明银心高速弥散使PBH捕获不能解释脉冲星缺失,且Sgr A*附近老中子星可约束亚太阳质量PBH丰度但难以约束小行星质量区间。
2024-08-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Primordial Black Holes as All Dark Matter
我们认为,原始黑洞是所有暗物质的自然和独特的候选人。我们证明,在一个光滑混合的新的双暴胀模型中,适量的原始黑洞,具有sharp定义的质量,可以产生在光滑混合制度结束时,通过预热。我们首先考虑质量< 10^(-7)M_sun,这是所有前面的约束所允许的。接下来,我们讨论熵和星系大小演化参数所暗示的更重的质量10^5太阳质量。计算了对标量谱指数运行的影响。
2010-04-09 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Hole Triggered Type Ia Supernovae II: Comparison with Supernova Remnants and Galactic Chemical Evolution
SUNY Polytechnic Institute(纽约州立大学波利技术学院);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, The University of Tokyo(东京大学基础物理学与数学宇宙研究所(WPI));University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校);Chubu University(中部大学)
研究小行星质量原初黑洞触发Ia型超新星的模型,通过模拟不同金属丰度下的爆炸,解释观测到的光变曲线和超新星遗迹,并分析其对星系化学演化的影响。
2026-06-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
Observing primordial magnetic fields through Dark Matter
原始磁场通常被认为是早期宇宙的种子,已经发展成我们今天所观察到的银河系和银河系外的磁场。由于原始磁场的强度很小,在宇宙学和天体物理学观测中很难探测到。我们展示了如果中性暗物质的一部分具有磁化率,这种变化是如何发生的。通过这种方式,通过研究暗物质,人们可以获得有关原始磁场性质的信息,即使后者具有同向振幅$B_0 \lesssim0.01~\mbox{nG}$。在我们的模型中,暗物质是一个稳定的单重标量$χ$,它通过瑞利算符与电磁场相互作用为$χ^2 F_{μν} F^{μν}/Λ^2$。对于存在于早期宇宙中的原始磁场,这个算符迫使模型的$Z_2$对称性自发破缺。后来,当原始磁场红移到临界值以下时,对称性通过“逆相变“恢复。在这一点上,磁场$χ$开始振荡,并作为一个“磁态”的暗物质组成部分,继承了原始磁场空间分布的属性。特别地,对于磁场波动的几乎平坦的频谱,标量$χ$携带统计各向异性等曲率模式。我们讨论的参数空间的模型,并考虑的可能性,大部分的暗物质是由相同的粒子$χ$通过冻结机制产生。
2020-10-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Unraveling the origin of magnetic fields in galaxies
尽管它们无处不在,但关于银河系和宇宙磁场还有许多悬而未决的问题。具体来说,目前的观测限制不能排除在星系中观测到的磁场是在早期宇宙中产生的还是具有天体物理性质的。出于这个动机,我们使用我们的磁示踪剂算法来调查是否原始磁场的签名坚持在整个宇宙时间的星系。我们模拟了一个银河系的星系在四种情况下:磁化仅由原始磁场,磁化只由SN注入的磁场,和两个组合的原始+ SN磁化的情况。我们发现,一旦原始磁场与共动强度$B_0 >10^{-12}$ G被认为是,他们仍然是星系磁化的主要来源。我们的磁性示踪剂显示,即使结合星系的磁化源,当原始磁场很强时,它们也会在模拟星系的温暖贫金属阶段产生大规模的磁场。在这种情况下,环星系和星系间的介质可以用来探测$B_0$,而不会受到星系中产生的磁场的污染。此外,无论磁场是原始或天体物理学来源,可以推断通过研究当地的气体金属丰度。因此,我们预测,未来最先进的星系磁场观测设施将有可能解开我们宇宙的天体物理和原始磁成分。
2021-07-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Void magnetic field and its primordial origin in inflation
由于星系、星系团甚至空区中的磁场都被观测到了,因此从理论上解释其起源的努力受到了强烈的推动。有趣的是,暴胀是造成磁场和密度扰动的原因。然而,众所周知,暴胀磁生有几个问题。我们探讨这些问题,通过使用一个特定的模型,即动力学耦合模型,并显示该模型是如何受到约束。模型独立的参数进行了讨论。
2014-02-05 astro-ph.CO hep-ph
Pulsar timing can constrain primordial black holes in the LIGO mass window
最近发现合并黑洞产生的引力波引起了人们对原始黑洞作为暗物质可能组成部分的兴趣。在本文中,我们表明,脉冲星计时可能很快有足够的数据来约束$1$ - $1000\,M_{\odot}$原始黑洞通过非检测的三阶夏皮罗时间延迟的黑洞周围的星系晕。我们提出的蒙特卡罗模拟的结果表明,未来的数据从已知的天体可能能够约束PBH密度更严格地比其他现有的方法在质量范围~1-30 $\,M_{\odot}$。我们发现,使用拟议的平方公里阵列发现的新恒星的时间可能会限制原始黑洞在这个质量范围内,包括不到1-10%的暗物质。
2017-01-12 astro-ph.CO hep-ph
Possibility of Primordial black holes Collision with Earth and the Consequences
在原始黑洞(PBH)存在的背景下,它们可能构成宇宙暗物质的一部分。假设PBH填充了银河系中的暗物质,在星系晕和暗盘中,我们计算了PBH与地球碰撞的概率。这种碰撞有不同的后果,如通过动力摩擦和吸积过程加热地球内部。在这项工作中,我们计算的碰撞率和一小部分的黑洞,可以被困在地球内部。最后,我们比较了PBH碰撞与小行星撞击地球的危险性。
2021-09-27 astro-ph.CO astro-ph.EP gr-qc
Constraining dark matter using 20-year INTEGRAL/IBIS observations I: Primordial black holes
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino(意大利国家核物理研究所都灵分部);Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学);Instituto de Física Teórica UAM-CSIC(马德里自治大学-西班牙高等科学研究理事会理论物理研究所)
本研究利用20年INTEGRAL/IBIS数据,通过光谱与形态学联合分析搜寻原初黑洞蒸发产生的硬X射线信号,在广泛质量范围内给出了有竞争力的暗物质占比约束。
2026-09-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The odd primordial halo of the Milky Way implied by Gaia. A shallow core, but a steep decline
Nanjing University(南京大学);Case Western Reserve University(凯斯西储大学);Leibniz-Institute for Astrophysics(莱布尼茨天体物理研究所);Observatoire de Paris, Universit´e PSL, CNRS(巴黎天文台,巴黎文理研究大学,法国国家科学研究中心);University of Arizona(亚利桑那大学)
通过Gaia数据发现银河系原始暗物质晕的异常特征,其浓度和质量与预测差异显著,密度分布不符合冷暗物质理论。
2025-11-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Observational Constraints on WIMP Mini-Spikes Around Stellar-Mass Primordial Black Holes with 17 Years of Fermi-LAT Data
Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo(圣卡洛斯物理研究所,圣保罗大学)
利用17年Fermi-LAT数据研究暗物质本质,通过分析恒星级黑洞周围密度增强现象,排除WIMP湮灭截面的热 relic 值,发现Fermi-LAT对10个太阳质量微型尖峰的敏感性。
2026-03-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Primordial Black Holes from the QCD axion
我们提出了一种产生原始黑洞(PBH)的机制,它与宇宙膨胀无关,发生在略低于QCD相变的位置。我们的设置依赖于长寿命的弦域壁网络的崩溃,并自然地实现在QCD轴子模型与域壁数$N_{DW}>1$和Peccei-Quinn对称性破缺膨胀后。在我们的框架中,暗物质主要由meV质量范围内的轴子以及一小部分重$M \sim 10^4-10^7 M_\odot$ PBH组成,即$Ω_{\text{PBH}} \gtrsim 10^{-6} Ω_{\text{CDM}} $。后者可在减轻$Λ$清洁发展机制模型在亚银河尺度上的某些缺点方面发挥作用。这种情况在正在进行的轴子搜索以及引力波观测站中都有明显的特征。
2019-02-21 astro-ph.CO hep-ph
Voyager 1 $e^\pm$ Further Constrain Primordial Black Holes as Dark Matter
质量为$M \lesssim {10^{17}}$ g的原始黑洞(PBH)预计将通过霍金辐射向银河系注入亚GeV的电子和正电子。对于地球探测器来说,这些宇宙射线被太阳磁场屏蔽了,但对于旅行者1号来说却没有,它现在已经超出了太阳层顶。我们使用它的数据来限制PBH的暗物质在银河系中的分数,发现PBH与$M<10^{16}$ g不能贡献超过0.1%(或更少的对数正态质量分布)。我们的极限是基于当地的银河系测量,因此补充那些来自宇宙学观测。
2019-01-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Near future MeV telescopes can discover asteroid-mass primordial black hole dark matter
原始黑洞(PBH)是由早期宇宙中的巨大超密度形成的,是一种可行的暗物质(DM)候选者,其质量范围很广。质量在$10^{17}$ g左右的超轻、小行星质量的PBH特别令人感兴趣,因为目前的观测允许它们构成整个DM密度。在这个质量范围内的PBH通过霍金辐射发射出$\sim$ MeV的光子,这些光子可以直接被伽马射线望远镜探测到,比如即将到来的AMEGO。在这项工作中,我们预测如何与AMEGO的灵敏度的仪器将能够检测到,或排除,PBH作为DM的候选人,通过寻找他们的蒸发签名时,边缘化的银河系和银河系外的伽马射线背景。我们发现,具有AMEGO灵敏度的仪器可以排除非旋转PBH作为质量高达$7 \times 10^{17}$ g的唯一DM组分,置信水平为95%(C.L.)。对于单色质量分布,改进电流边界近一个数量级。预测的约束条件更严格的PBH有旋转,或遵循扩展的质量分布。
2021-07-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Primordial Black Holes as Dark Matter Candidates
本文综述了原初黑洞的形成和蒸发以及它们对暗物质的可能贡献。各种限制表明,他们只能在质量窗口$10^{17}$ - $10^{23}\,$ g或$10$ - $10^{2}\,M_{\odot}$中提供大部分,最后一种可能性可能是由LIGO/Virgo观测提出的。然而,PBH可能有重要的后果,即使他们有一个低的宇宙密度。足够大的黑洞可能会产生宇宙结构,并为星系核中的超大质量黑洞提供种子。普朗克质量的PBH蒸发遗迹或比$10^{12}\,M_{\odot}$大得惊人的黑洞也可能是一个有趣的暗成分。
2022-05-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Neutrino and Positron Constraints on Spinning Primordial Black Hole Dark Matter
原始黑洞可以有很大的自旋--这是一个对它的蒸发率有很大影响的基本性质。通过寻找MeV能量范围内的中微子和正电子,我们对自旋不可忽略的原始黑洞的可探测性进行了全面的研究。扩散超新星中微子背景搜索和观测银河系中心正电子的511 keV伽马射线线设置了竞争性限制。与不旋转的黑洞相比,旋转的原始黑洞被探测到略高的质量范围。我们使用中微子的约束比弥散伽马射线背景的约束稍弱,但互补和鲁棒。我们的正电子约束通常在较低质量范围内较弱,在较高质量范围内较强,与非旋转的原始黑洞相比。它们通常比那些从质量大于几个$\times \, 10^{16}$ g的原始黑洞的漫射伽马射线测量中得到的结果更强。
2020-09-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Intermediate mass black holes and dark matter at the Galactic center
在早期宇宙中是否有大量的中等质量黑洞(IMBH)形成?无论是原始的还是在第三星族中形成的,这些物质与暗物质密度相比可能是非常次要的,但可能会在早期的矮星系/球状星团和超大质量黑洞形成中播种。通过生存的暗物质密度尖峰,我们在这里表明,集中的遗迹人口IMBH,随着周围的暗物质,可以解释费米伽马射线“过剩”在银河系中心,因为暗物质粒子湮灭。
2018-01-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE