Primordial black holes capture by stars and induced collapse to low-mass stellar black holes
小行星质量窗口（$\sim 10^{-16}$到$10^{-11} \rm M_{\odot}$）中的原始黑洞可能构成所有的暗物质，当恒星以足够低的速度穿过它们时，它们可以被恒星捕获。在恒星形成过程中被放置在一个束缚轨道上后，如果轨道碰巧是高度偏心的，它们可以反复穿过恒星，通过动力摩擦减速并最终进入恒星核心。在暗物质密度高、速度分散度低的晕中，当第一批恒星在红移$z \sim 20$形成时，这些捕获率最高。我们计算了$0.3$到$1\rm M_{\odot}$的低金属量恒星的捕获率，发现在第一个矮星系中形成的这些恒星中有很大一部分会捕获一个原始黑洞，然后通过吸积增长到一个可能接近恒星总质量的质量。我们发现原始黑洞的捕获率并不依赖于它们的质量在这个小行星的质量窗口，应该不会受到太大的影响，外部潮汐扰动。这些低质量恒星黑洞今天可以在银河系中的低金属含量的旧双星系统中发现，其中包含幸存的低质量主序星或白矮星，或者通过与另一个紧凑物体合并时发射的引力波。在标准的恒星演化理论中，没有任何机制可以形成小于克拉塞卡质量的黑洞，因此探测到低质量黑洞将从根本上影响我们对恒星演化、暗物质和早期宇宙的理解。
2022-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial Star Formation under the Influence of Far Ultraviolet Radiation: 1540 Cosmological Halos and the Stellar Mass Distribution
我们进行了大量的早期结构形成的宇宙学模拟，并遵循1540恒星形成的气体云的形成和演化，推导出原始恒星的质量分布。在我们的宇宙学模拟中，恒星形成的特征是两个不同的群体，所谓的第三族1星和在远紫外线（FUV）辐射影响下形成的原始恒星（第三族2D星）。在这项工作中，我们确定恒星质量的恒星形成云的物理性质和/或来自附近的原始恒星的外部光解离强度的依赖关系，这是来自于二维辐射流体动力学模拟的结果的原恒星反馈。Pop III星的特征质量在z ~ 25处是几百个太阳质量，随着红移的减小，它逐渐向更低的质量转移。在高红移z > 20时，大约一半的恒星形成气体云暴露在强烈的FUV辐射下，从而产生大质量的Pop III.2D恒星。然而，当典型的Pop III恒星质量较小，恒星之间的平均物理距离由于宇宙膨胀而变大时，附近Pop III恒星的局部FUV辐射在较低的红移处变得较弱。因此，在z < 20时，很大一部分原始气体云拥有Pop III.1恒星。在z =< 15时，Pop III.1恒星形成于相对较冷的气体云中，这是由于H_2和HD分子有效的辐射冷却;这类恒星的质量为几× 10 Msun。由于恒星演化和最终命运是由恒星质量决定的，所以不同时期形成的Pop III星在早期宇宙中扮演着不同的角色。
2015-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Protostellar Feedback and Final Mass of the Second-Generation Primordial Stars
宇宙中的第一批恒星通过各种反馈过程电离了周围的原始气体。“第二代”原始恒星可能在重组后由这种扰动气体形成。在这封信中，我们研究了这种第二代恒星的后期形成阶段，大量的气体吸积到原恒星上，最终的恒星质量在吸积终止时确定。我们直接计算吸积流和恒星紫外线（UV）辐射之间的复杂的相互作用，进行辐射流体动力学模拟加上恒星演化计算。由于在恒星形成前阶段更有效的H2和HD冷却，恒星上的吸积速率比第一颗恒星形成时低十倍。较低的吸积速率和包层密度导致在较低的原恒星质量M_* \simeq 10 Msun处出现一个膨胀的双极HII区，它将星周物质吹出，从而淬灭了包层对吸积盘的质量供应。与此同时，由于恒星的光蒸发，圆盘失去了质量。在我们的基准情况下，恒星的紫外反馈终止了质量吸积到M_* \simeq 17 Msun的恒星上。虽然第二代原始恒星的导出质量系统地低于第一代原始恒星的质量，但差异仅在几个因素之内。我们的研究结果提出了一种新的情况，即大多数原始恒星出生时都是具有数十个太阳质量的大质量恒星，无论它们的世代如何。
2012-10-10 astro-ph.CO astro-ph.SR
A possible signature of primordial stellar populations in $z=3$ Lyman $α$ emitters
斯巴鲁望远镜的观测已经从位于$z=3.1$的一些莱曼$α$发射体（LAEs）中探测到了令人惊讶的强莱曼连续谱（LyC; $\sim900$在静止坐标系中的散射）。我们已经研究了恒星的人口，同时占的强度的LyC和非电离紫外线的LAEs的光谱斜率。结果发现，金属丰度为$Z\geq1/50 Z_\odot$的恒星星族只能用头重脚轻的初始质量函数（IMF; $< m > \sim 50 M_\odot$）来解释观测到的LyC强度。然而，这样的IMF的临界金属丰度预计要低得多。一个非常年轻的（$\sim1$ Myr）和大质量的（$\sim100$ $M_\odot$）极贫金属（$Z\leq5\times10^{-4}Z_\odot$）或无金属（所谓的星族III）恒星群体也可以重现观测到的LyC强度，如果这种“原始”恒星群体的质量分数是LAE总恒星质量的$\sim1$ %。
2012-06-20 astro-ph.CO
Astrophysical uncertainties on stellar microlensing constraints on multi-Solar mass primordial black hole dark matter
最近，人们对多太阳质量的原始黑洞（PBH）作为暗物质（DM）候选者产生了兴趣。在这个质量范围内，存在着各种微透镜效应、动力学和吸积效应对多环芳烃丰度的限制。从表面上看，这些限制排除了多太阳质量的PBH，这些PBH构成了三角函数和扩展质量函数的所有DM。然而，恒星微透镜事件的发生率取决于麦哲伦云视线上致密天体的密度和速度分布。我们研究的依赖性的约束的本地暗物质密度和圆周速度，也考虑模型的速度分布随半径而变化。我们发现，最大的质量限制恒星微透镜可以改变一个数量级。特别是约束显着减弱，如果紧凑的对象的速度分散减少。这种变化不足以消除恒星微透镜和动力学约束之间的紧张关系。然而，这表明，在计算和比较约束时，考虑到天体物理学的不确定性至关重要。我们也证实了最近的发现，实际上增加了现实的，有限宽度的质量函数之间的紧张关系的约束。
2017-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Formation of Primordial Supermassive Stars by Rapid Mass Accretion
通过非常快速的质量吸积（Mdot >~ 0.1 Msun/yr）形成的超大质量恒星（SMS）可能是观测到的红移超过约6的超大质量黑洞的前兆。在此，我们扩展了我们以前的工作，研究了原始恒星在这种快速质量吸积下的演化，直到恒星质量达到10^{4 - 5} Msun。我们的恒星演化计算表明，恒星在经过“超巨星原恒星”阶段时会变得超大质量，此时恒星有一个非常膨胀的外壳和一个收缩的内核。恒星半径随恒星质量单调增加，直到M_* >~ 10^4 Msun =~ 100 AU，之后恒星开始缓慢收缩。由于半径很大，在快速吸积过程中，有效温度总是低于10^4 K。因此，吸积物质对恒星辐射几乎是完全透明的。只有当M_* >~ 10^5 Msun时，恒星紫外反馈才能起作用，并干扰质量吸积流.我们还研究了吸积SMS的脉动稳定性，表明脉动驱动的质量损失并不能阻止恒星质量的增长。膨胀的SMS的观测特征应该可以用未来的观测设施（如詹姆斯韦伯太空望远镜）检测到。我们的结果预测，吸积SMS的内核应该遭受广义相对论不稳定性后不久，恒星质量超过10^5 Msun。一个极其巨大的黑洞应该在内核坍塌后形成。
2013-10-14 astro-ph.CO astro-ph.SR
Ultrahigh-energy Gamma Rays and Gravitational Waves from Primordial Exotic Stellar Bubbles
我们提出了一类新的奇异天体，可以通过发生在原始宇宙中的相变产生。这些物体看起来像恒星大小的气泡，可以由原始黑洞（PBH）主导。我们报告说，由于霍金辐射和二元演化的PBH在这些恒星泡的过程中，电磁和引力辐射可以发射的伽玛射线谱和随机引力波（GWs）的功能。我们的研究结果表明，根据质量分布，由PBH组成的奇异恒星气泡不仅提供了最近LHAASO实验报告的超高能伽马射线光谱的良好拟合，而且还预测了GW信号，这些信号预计将由即将到来的GW调查进行测试。
2022-05-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on Primordial Black Holes from $N$-body simulations of the Eridanus II Stellar Cluster
University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Santa Cruz Institute for Particle Physics（圣克鲁兹粒子物理研究所）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
通过N体模拟埃里达努斯二星团，研究原初黑洞作为暗物质候选者的质量限制及在宏观物体中的分布约束。
2026-01-26 astro-ph.CO hep-ph
The impact of primordial black holes on the stellar mass function of ultra-faint dwarf galaxies
本文研究原初黑洞暗物质对超暗矮星系恒星质量函数的影响，提出利用已有观测数据约束$10^{19}-10^{21}$克质量范围内原初黑洞暗物质比例的方法。
2024-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Stellar mass Primordial Black Holes as Cold Dark Matter
原始黑洞（PBH）可能是在早期宇宙中由于密度涨落的坍缩而形成的。PBH可能是最近观测到的某些引力波的源。我们考虑了QCD相变的可能影响，探讨了恒星质量PBH的形成情况，我们考虑了三种不同的模型：交叉模型（CM），袋模型（BM），晶格拟合模型（LFM）。对于涨落，我们考虑了一个运行倾斜幂律谱，当这些涨落穿过$\sim 10^{-9}$ - $10^{-1}\mathrm{~s}$宇宙视界时，它们产生0.05-500~M $_{\odot}$ PBH，这些PBH可以：i）提供一个类似于与所有已知引力波源相关的双星上存在的恒星质量PBH的群体; ii）构成宇宙中所有冷暗物质（CDM）的$\sim 76\%$的宽质谱。
2020-05-20 astro-ph.CO
Elastic Scattering of Cosmological Gravitational Wave Backgrounds: Primordial Black Holes and Stellar Objects
本文研究原初黑洞对宇宙学引力波背景的弹性散射效应，发现小行星质量原初黑洞可在相关频率上产生0.3%至5%的谱畸变，显著高于恒星天体的贡献，为暗物质探测提供了新途径。
2024-01-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dependence of Galaxy Stellar Properties on the Primordial Spin Factor
本文利用TNG300-1模拟发现现今星系恒星性质仍显著依赖原初自旋因子τ，通过信息论方法分离出τ对尺寸、年龄、恒星形成率、颜色和金属丰度的净效应，并揭示恒星尺寸呈双峰伽马分布。
2025-02-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the Initial Primordial Black Hole Clustering with CMB-distortion
原始黑洞的合并速率取决于它们的初始聚集。在缺乏与短尺度和大尺度相关的原初非高斯性的情况下，原初黑洞在其形成时呈泊松分布。然而，局域型的原初非高斯性可能与大尺度上的原初黑洞相关。我们表明，未来的实验寻找CMB $μ$ -失真将测试的假设初始原生黑洞集群引起的本地非高斯性，而现有的限制已经表明，显着的非高斯性是必要的诱导原生黑洞集群。
2021-09-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole stellar microlensing constraints: understanding their dependence on the density and velocity distributions
本文重新研究原初黑洞微引力透镜约束对暗物质密度和速度分布的依赖性，发现低质量PBH约束对分布依赖较弱，而中高质量PBH约束强烈依赖局域暗物质速度分布，强调准确计算该分布的重要性。
2025-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
High-redshift JWST massive galaxies and the initial clustering of supermassive primordial black holes
本文提出超大质量原初黑洞的初始成团性可增强物质功率谱，从而解释JWST观测到的高红移大质量星系，其质量约10^9太阳质量，能量密度占比约10^-3。
2024-07-22 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Clustering of primordial black holes with non-Gaussian initial fluctuations
我们制定的两点关联函数的原始黑洞（PBH）在其形成时间，经常被用于晕聚类的背景下的功能集成方法的基础上。我们发现，PBH集群的超哈勃尺度上，永远不会被诱导的情况下，初始的原始起伏是高斯，而它可以增强所谓的本地型三谱（四点关联函数）的原始曲率扰动。
2019-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Polarized initial states of primordial gravitational waves
当在修正引力中考虑暴胀宇宙或当物质场在暴胀期间存活时，原始引力波的极化可能是相关的。这种极化已经在Bunch-Davies真空中讨论过了。本文不考虑引力波极化的动力学产生，而是考虑由$SU(2)$相干态构造的极化初态。然后，我们评估的原始引力波的功率谱的状态。
2020-03-31 astro-ph.CO gr-qc
Ruling out Initially Clustered Primordial Black Holes as Dark Matter
结合微透镜和莱曼- $α$森林的约束，我们提供了一个简单的参数，表明大空间集群的恒星质量的原始黑洞在形成时，如一个诱导的存在下，大的非高斯，被排除。因此，不可能通过提高初始聚集度来逃避现有的限制，这些限制阻止恒星质量的原始黑洞成为暗物质的主要组成部分。
2022-10-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
New evidence for a cosmological distribution of stellar mass primordial black holes
在本文中，我们表明，要解释观测到的振幅分布在一个大样本的类星体光变曲线，一个显着的贡献，微透镜是必需的。这意味着存在着一个宇宙分布人口的恒星质量致密体构成了大部分的暗物质。我们的分析是基于超过1000个类星体的样本的光变曲线，在26年的时间内进行光度监测。从类星体吸积盘太大而不能被恒星质量体微透镜化的发光类星体中导出类星体光度的内在变化，然后构造具有相同统计性质的整个样品的合成光变曲线。然后，我们运行微透镜模拟每个类星体收敛在紧凑的机构适当的类星体红移假设$Λ$ CDM宇宙学。然后将合成的光变曲线叠加在放大图案上以包含微透镜效应。然后可以将得到的振幅分布与观测结果进行比较，得到非常接近的匹配。这个过程不涉及优化参数或拟合数据，因为所有的输入，如透镜质量和类星体盘的大小来自文献中的独立观测。的文件的总体结论是，占类星体光变曲线振幅的分布，它是必要的，包括微透镜效应的宇宙学分布人口的恒星质量的紧凑机构，最合理地确定为恒星质量的原始黑洞。
2022-04-19 astro-ph.CO
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
Ultradense Dark Matter Halos with Poisson Noise from Stellar-Mass Primordial Black Holes
本研究探讨恒星质量原初黑洞的泊松噪声对超高密度暗物质晕形成的影响，发现其增强小尺度密度涨落，且修正功率谱强烈依赖PBH质量与丰度，低抑制参数下UDMH丰度显著提升，支持多组分暗物质模型。
2025-08-08 astro-ph.CO gr-qc
Constraining high-redshift stellar-mass primordial black holes with next-generation ground-based gravitational-wave detectors
恒星质量窗中可能存在的原始黑洞已经引起了相当大的关注，因为它们的合并可能有助于当前和未来的引力波探测。原始黑洞合并，以及起源于第III族恒星的黑洞合并，预计将在高红移（$z\gtrsim 10$）占主导地位。然而，原始黑洞的合并率密度将随红移单调上升，而第III族的合并只能在第一颗恒星诞生后才能发生。新一代的引力波探测器如宇宙探测器（CE）和爱因斯坦望远镜（ET）可以利用这一特征，直接测量两种粒子的丰度，从而对原始黑洞的丰度进行严格的限制。我们模拟了CE-ET检测器网络观察到的四个月的数据，并进行分层贝叶斯分析，以恢复合并率密度。我们发现，如果宇宙中没有质量为$\mathcal{O}(10M_{\odot})$的原始黑洞，那么它们的丰度$f_{\rm PBH}$作为暗物质能量密度的一部分的预计上限可能低至$f_{\rm PBH}\sim \mathcal{O}({10^{-5}})$，比这个质量范围内的当前上限低两个数量级。如果换成$f_{\rm PBH}\gtrsim 10^{-4}$，未来的引力波观测将在95%可信区间排除$f_{\rm PBH}=0$。
2022-04-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Effects of stellar-mass primordial black holes on first star formation
利用宇宙学流体动力学放大模拟和半解析模型研究了原始黑洞对第一恒星形成的影响。我们的模型自洽地结合了两个竞争的影响：初始（等曲率）扰动引起的PBH和BH吸积反馈。聚焦于质量为$\sim 30\ \rm M_{\odot}$的PBH，我们发现在分子冷却的微晕中第一颗恒星形成的标准图像并没有被PBH改变，因为当PBH构成暗物质的$f_{\rm PBH}\sim 10^{-4}-0.1$时，中央秒差距中模拟的恒星形成气体云与$\rm ΛCDM$的情况非常相似。当中心气体密度达到$10^{5}\ \rm cm^{-3}$时，动力摩擦时标为$\sim 2-10\ \rm Myr$，PBH也不太可能沉入恒星形成盘并影响原恒星的演化，尽管它们可能在主序星阶段与恒星相互作用。在更大的尺度上，PBH倾向于将恒星的形成转移到更大质量的晕，并加速结构的形成。后一种效应在初始超密度较高的区域更强。对于$f_{\rm PBH}\sim 10^{-4}-0.01$（观测限制允许），托管第三星族恒星的晕的坍缩质量分数与$\rm ΛCDM$相似（在$z\lesssim 30$的$\sim2$的因子内），这意味着恒星质量PBH对$z\gtrsim 10$宇宙恒星形成历史的影响很小。我们还发现原子冷却晕中PBH吸积产生的Lyman-Werner光子可能促进了直接坍缩黑洞的形成。
2022-06-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detectability of Gravitational Waves from the Coalescence of Massive Primordial Black Holes with Initial Clustering
我们发现初始非高斯聚集效应可以显著提高原初黑洞（PBH）合并的事件率。这种集群的影响进行了研究，在一个特定的情况下，多流通货膨胀。初始聚类使得有可能通过LISA和DECIGO/BBO等天基引力波干涉仪探测大规模PBH合并。地基探测器探测PBH合并的参数制度也得到了扩展。
2020-09-24 astro-ph.CO gr-qc hep-th
$G$ 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
Dark Spiky Primordial Black Holes
本文针对邻近X射线双星中观测到的暗物质密度尖峰迹象，提出这些轻黑洞可能源于原初黑洞，因其天然形成超高密度暗物质微型尖峰，从而解释恒星坍缩黑洞无法形成尖峰的矛盾。
2025-01-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on Primordial Magnetic Fields from High Redshift Stellar Mass Density
本研究利用14个高红移（z>6）恒星质量密度数据点约束原初磁场参数，在95%置信水平下得到B0<4.44 nG和nB<-2.24的上限，并表明合适的原初磁场参数可在不显著提高恒星形成效率的情况下解释JWST早期观测结果。
2024-08-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Merger rates in primordial black hole clusters without initial binaries
原始的黑洞通过宇宙密度波动的崩溃而形成，被假设为宇宙中暗物质含量的贡献者。与此同时，它们的合并可能有助于最近观察到的引力波源的数量。我们调查的情况下，原始黑洞形成双星在宇宙的后期。具体来说，我们重新审视合并的原始黑洞在小集群的~30个对象的初始双星的情况下。双星通过牛顿引力相互作用动态地形成。这些双星作为星系团的热源，增加了星系团的速度色散，这抑制了通过引力波两体捕获的直接合并。与此同时，紧密双星的三体相遇太罕见了，以至于无法使双星足够紧密，从而使它们通过引力波辐射合并。我们的结论是，在没有初始双星的情况下，Bird et al.（2016）初始星团配置中的原始黑洞的合并率至少比以前提出的低一个数量级，这使得引力波检测到这样的源是不可能的。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
WIMPs and stellar-mass primordial black holes are incompatible
我们最近表明，假设超紧凑的迷你晕与陡峭的密度分布不会形成在现实的模拟与增强的初始扰动。在本文中，我们假设一小部分的暗物质组成的原始黑洞（PBH）和模拟的形成结构周围。我们发现，在这种情况下，晕陡峭的密度剖面的形式，与理论预测一致。如果其余的暗物质由弱相互作用大质量粒子（WIMPs）组成，我们还表明这些晕最内部致密部分的WIMPs将湮灭并产生可检测的伽马射线信号。没有探测到这个信号意味着PBH最多只占暗物质的十亿分之一，前提是它们的质量大于太阳质量的百万分之一。类似地，探测到多光子带隙黑洞意味着剩余的暗物质不可能是弱相互作用粒子。
2019-08-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Galaxy bias and primordial non-Gaussianity: insights from galaxy formation simulations with IllustrisTNG
利用IllustrisTNG模型研究了物质密度和原初引力势的大尺度扰动对星系形成的影响.我们重点讨论了线性星系偏差$b_1$和由PNG引起的尺度相关偏差系数$b_ϕ$，它们分别描述了星系数计数对这两种扰动的响应。我们进行我们的研究，使用单独的宇宙模拟，其中的扰动的影响是模仿宇宙学参数的变化：修改后的宇宙物质密度为$b_1$和修改后的振幅$\mathcal{A}_s$的原始标量功率谱$b_ϕ$。我们发现，广泛使用的普适关系$b_ϕ= 2δ_c(b_1 - 1)$是一个穷人的描述晕和星系选择恒星质量$M_*$的偏见，这是相反的描述更好的$b_ϕ(M_*) = 2δ_c(b_1(M_*) - p)$与$p \in [0.4, 0.7]$。这是由物质过密度和局部PNG对恒星与晕质量关系中值的不同影响所解释的。一个简单的模型，这种影响使我们能够描述恒星质量依赖的$b_1$和$b_ϕ$相当不错。我们的结果还表明，对于由颜色和黑洞质量吸积率选择的星系，$b_1$和$b_ϕ$之间存在非平凡的关系。我们的研究结果提供了完善的先验$b_ϕ$本地PNG的限制和预测，使用星系聚类。鉴于广泛使用的普适性关系低估了$b_ϕ(M_*)$，现有的分析可能低估了本地PNG的真正约束力。
2020-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Angular momentum distribution during the collapse of primordial star-forming clouds
一般认为，在原始恒星形成云的引力坍缩过程中，角动量是分布的。然而，到目前为止，人们对分布的确切细节知之甚少。我们使用修改后的版本的小工具-2代码，三维光滑粒子流体动力学模拟，遵循理想化的以及更现实的minihalos的塌陷气体的演变。我们发现，尽管缺乏任何初始的湍流和磁场的云的角动量分布遵循相同的特征幂律，已报告的研究，采用完全自洽的宇宙学初始条件。无论云的初始旋转如何，幂律的拟合似乎都是大致恒定的。结果表明，原始微晕中自引力旋转气体的比角动量与气体质量之间保持着$L \propto M^{1.125}$的标度关系。我们还讨论了幂律分布的合理机制。
2015-12-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The case for primordial black holes as dark matter
本文的目的是提出恒星质量的原始黑洞构成宇宙的暗物质成分的情况。接近临界密度的致密天体意味着大多数视线将受到引力微透镜的影响，本文的重点是寻找预测的对类星体亮度和光谱变化的影响。微透镜效应的这些特征包括光变曲线的傅立叶功率谱的形状、近消色差和统计对称的变化，以及在可变性的时间尺度中不存在时间膨胀。对于光谱的变化，当连续谱变化时，宽谱线的强度应该几乎没有相应的变化。在所有这些情况下，观测结果被发现是一致的人口的恒星质量致密体微透镜的预测。对于多透镜类星体的图像独立变化，它表明，恒星星族太小，产生所观察到的微透镜效应，这意味着人口的紧凑暗物质机构周围的恒星质量沿视线。对致密体形式的暗物质最严重的反对来自对麦哲伦星云中恒星微透镜的观测。在本文中，预期的事件率重新分析使用最近的值的结构和动态的星系晕，它表明，然后没有冲突的意见。最后，一个近临界密度的暗物质在恒星质量致密体的形式可能的身份进行审查，最合理的候选人是在QCD时代形成的原始黑洞的结论。论文的总体结论是，原始黑洞应该与基本粒子一起被视为可行的暗物质候选者。
2011-06-20 astro-ph.CO
Satellite stellar-to-halo mass relations in primordial black hole universes
CONICET（阿根廷国家科学研究委员会）；Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE)（理论与实验天体物理研究所）；Universidad Nacional de Córdoba (UNC)（科尔多瓦国立大学）
本研究通过对比CDM与FCT/PBH模拟，发现原初黑洞增强次暗晕丰度并使其更致密，但卫星恒星质量函数判别力弱，内部结构和动力学是更强检验，卫星丰度、动力学与致密暗扰子互为补充探针。
2026-09-30 astro-ph.CO
The Burst Mode of Accretion in Primordial Protostars
我们研究的形成和长期演化的原始原恒星盘庇护的第一颗恒星使用数值流体力学模拟薄盘限制。初始条件由具有不同质量、角动量和温度的前恒星核心指定。这使我们能够探测数万年的磁盘的初始演化，在此期间，我们观察到多个片段的碎片导致形成的引力约束气体团块内的螺旋臂。这些碎片在10^3 - 10^4年的时间尺度上由于与旋臂的引力相互作用而向内扭转，并吸积到生长中的原恒星上，引起吸积和光度爆发。爆发现象是由从坍缩的母核落在盘上的物质持续吸积而推动的，这会增加盘因吸积而损失的质量，并引发盘碎片的重复发作。我们表明，爆发现象预计会发生在原始的前星核的初始条件的一个广泛的频谱，并推测如何强烈的光度（~10^7太阳光度）产生的这一机制可能会对磁盘的演化和随后的原恒星的增长有重要的影响。
2013-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
AMPM I. A Targeted Search for Asteroid Mass Primordial Black Hole Microlenses
Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics（暗物质粒子物理卓越研究中心）；Research School of Astronomy and Astrophysics Australian National University（澳大利亚国立大学天体与天体物理学研究学院）；NSF NOIRLab National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory（美国国家光学红外天文研究实验室）；Cerro Tololo Inter-American Observatory（塞罗托洛洛美洲际观测台）
本文提出了一项新的高频率恒星微透镜巡天AMPM，旨在对原初黑洞暗物质在小行星到行星质量范围内的约束进行研究，通过分析微透镜检测效率和二次微透镜效应，发现其最大灵敏度向月球质量黑洞范围转移，从而对银河系原初黑洞暗物质分布进行约束。
2026-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the effects of rotation in primordial star-forming clouds
在原始恒星形成云坍缩过程中气体的演化很大程度上取决于初始的旋转度。然而，对于初始旋转如何影响加热和冷却过程，以及导致第三星族恒星形成期间气体碎裂的温度，还没有明确的理解。我们报告的结果从三个\hbox{-}维，光滑粒子流体动力学（SPH）模拟的旋转自引力原始气体云的修改版本的Gadget-2代码，其中的初始比率的旋转的引力能量（$β_0$）是变化超过两个数量级。我们发现，尽管缺乏任何初始的湍流和磁场的云，角动量分布导致形成和积累的磁盘碎片成几个团块。我们进一步研究了原恒星的行为，形成理想化的，以及更现实的迷你晕从宇宙学模拟。宇宙学微晕的演化和碎裂行为与人造微晕的演化和碎裂行为相似，特别是在具有相似$β_0$参数的情况下。具有更高自转支持的原恒星在几个尺度上表现出螺旋臂状结构，并且具有较低的吸积速率。这些类型的云倾向于碎片更多，而一些原恒星从星团中逃脱，有可能存活到今天。与缓慢旋转的对应物相比，它们的形成时间也要长得多。我们的结论是，使用适当的初始条件的气体在小晕是一个关键和决定性的量来研究的演化和最终命运的原始恒星。
2015-12-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial non-Gaussianities in single field inflationary models with non-trivial initial states
我们计算的非高斯性，出现在单场，慢卷暴胀模型所产生的任意均匀的初始状态，以及subleading贡献的功率谱。非Bunch-Davies真空初始状态可以出现，如果过渡到单场，慢卷膨胀阶段只发生在可观测模式离开视界之前不久。它们也可以产生于新的高能物理，这些高能物理已经被整合出来了。我们的一般结果的双谱表现出几个功能，以前看到的特殊情况下。
2014-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial non-Gaussianity in density fluctuations
我们提出了N体宇宙学的数值模拟，包括一个原始的非高斯性的密度涨落场量化的非线性参数$f_{NL}$。我们使用MPGRAFIC代码产生初始条件和自适应网格细化（AMR）代码RAMSES演变的大尺度结构的形成。我们估计了密度涨落初始分布的高阶动量，研究了非线性功率谱的红移演化，并估计了非线性功率谱中由原始非高斯性引入的偏差。
2010-02-02 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
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
Primordial black holes are again on the limelight
我们推导出一个强的上限的数量的原始黑洞（PBH），仍然可以存在于宇宙中。银河系恒星在形成和随后的吸积过程中对PBH的引力捕获将导致盘星，特别是白矮星的急剧消耗，除非PBH的平均宇宙密度和质量受到严格限制。我们的发现也有助于区分PBH的各种生产机制。此外，我们表明，一颗恒星成为overlightning消失前的PBH的时间跨度独立于其质量，从而提供了一个特征的观测签名所考虑的情况。我们强调，我们的结果允许存在恒星质量的黑洞的质量范围内，这是禁止的标准恒星演化。
2009-03-03 astro-ph.CO
Non-Gaussian initial conditions in $Λ$CDM: Newtonian, relativistic and primordial contributions
本文的目标是设置初始条件的结构形成在非线性秩序，符合广义相对论，同时也允许原始的非高斯。利用非线性连续性方程和Raychauduri方程，结合非线性能量约束，确定了广义相对论中物质密度涨落的演化.我们解决这个方程在第一和第二阶微扰膨胀，恢复和扩展以前的结果在物质主导的限制和牛顿制度。我们给出了$Λ$ CDM宇宙中密度对比度随时间变化的二阶解，由于相对论约束方程的本质非线性，确定了来自牛顿增长模式、原始非高斯性和内禀非高斯性的非线性贡献.我们讨论了这些结果的应用程序在N体模拟的初始条件，表明相对论修正模仿一个非零的非线性参数$f_{\rm NL}$。
2014-02-15 astro-ph.CO gr-qc
Identifying the most crucial parameters of the initial curvature profile for primordial black hole formation
原初黑洞（PBH）是宇宙学中探测辐射支配时期小尺度曲率扰动的原初谱的重要工具。我们数值求解球对称的高度扰动配置的演变，以澄清PBH形成的标准，使用一个非常广泛的类的曲率轮廓特征在于由五个参数，（相比之下，只有两个参数中使用的所有以前的文件），指定的曲率轮廓不仅在中心区域，而且在配置的外边界。它示出的PBH的形成或不形成完全是由只有两个主参数，其中之一可以作为一个整体的曲率在初始配置和其他的边界和核心的边缘的位置方面提出的。
2014-01-27 astro-ph.CO gr-qc
Probing primordial non-Gaussianity by reconstructing the initial conditions
该研究提出通过重建初始密度场去除后期非高斯性以限制原初非高斯性，结合微扰理论与卷积神经网络，重建平方势精度达99.8%，互相关估计量与双谱信息含量相当，f_NL约束可提升至多3倍。
2025-08-19 astro-ph.CO
The Birth of a Galaxy: Primordial Metal Enrichment and Stellar Populations
根据定义，第三星族恒星是不含金属的，它们的原恒星坍缩是由气相中的氢分子冷却驱动的，导致大的特征质量。当恒星形成气体达到10^{-6} - 10^{-3.5} Z_ \odot的临界金属丰度时，特征质量较低的星族II星形成。我们提出了一个自适应网格细化辐射流体动力学模拟，从人口III到II恒星形成的过渡。最大空间分辨率为1秒差距，可以很好地分辨单个分子云，并详细研究它们的恒星关联。我们用自适应射线追踪来模拟恒星辐射反馈。一个头重脚轻的初始质量函数的第III族恒星被认为是一个合理的分布对不稳定的超新星和相关的金属富集。我们发现，在质量大于10^7太阳质量的并合历史丰富的晕中，气体部分从5%恢复到接近宇宙部分。一颗对不稳定超新星足以使主晕的金属丰度达到10^{-3} Z_ \odot，并过渡到星族II恒星的形成。这提供了一个自然的解释所观察到的地板阻尼莱曼α（DLA）系统的金属丰度在文献中报道，这是这个顺序。我们发现，恒星金属丰度不一定跟踪恒星的年龄，合并的晕与既定的恒星星族可以创建叠加的t-Z演化轨迹。当星暴发生后，当晕可以通过原子线冷却而有效地冷却时，就会产生双峰金属丰度分布。
2011-11-30 astro-ph.CO
Primordial black hole evolution in two-fluid cosmology
早期宇宙中的几个过程可能导致不同质量的原始黑洞的形成。这些黑洞将通过吸积和发射过程与宇宙等离子体相互作用。这种相互作用可能影响了宇宙的动力学，并产生了相当大的熵。本文研究了原初黑洞的存在对早期宇宙演化的影响。我们采用一个具有辐射和原始黑洞气体的双流体宇宙模型。后者是仿照不同的初始质量函数，考虑到可用的约束条件的初始原始黑洞丰度。我们发现，某些人口与狭窄的初始质量函数是能够产生显着的变化的标度因子和熵。
2020-03-20 astro-ph.CO gr-qc
Initial clustering of primordial black holes: A general formulation for arbitrary local non-Gaussianity
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本文提出一种适用于任意局部非高斯性的原初黑洞初始成团的一般解析公式，推导出偏置参数，并推广至宽功率谱，为评估初始成团对PBH观测的影响提供了统一理论基础。
2026-09-21 astro-ph.CO
Primordial extreme mass-ratio inspirals
本研究探讨了恒星质量原初黑洞与超大质量原初黑洞构成原初极端质量比旋近（EMRIs）的并合率，发现其在特定条件下可成为最普遍的引力波源，为探测原初黑洞提供了新方法。
2024-03-20 astro-ph.CO gr-qc
Primordial tensor non-Gaussianities from general single-field inflation with non-Bunch-Davies initial states
结果表明，由于亚视界尺度上微扰之间的相互作用，非Bunch-Davies初态的曲率微扰的原始非高斯性比Bunch-Davies初态的曲率微扰的原始非高斯性得到增强.本文的目的是研究张量非高斯性是否也可以通过相同的机制增强。考虑了暴胀子存在下的一般引力理论，计算了一个张量模和两个标量模的张量自双谱和互双谱，其中张量模的初态为非Bunch-Davies态.与标量自双谱的关键区别在于张量三点函数在平坦的动量三角形处消失。我们指出，交叉双谱可以潜在地增强在非平凡的三角形形状，由于非Bunch-Davies初始状态。
2020-04-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Strong constraints on clustered primordial black holes as dark matter
暗物质以原始黑洞形式存在的想法最近又死灰复燃，这是由LIGO探测到的来自双黑洞合并的引力波引发的。在这种情况下，有人认为，一个大的原始黑洞的初始集群可以帮助减轻这种情况下的强大约束。在这项工作中，我们表明，相反，与大的初始集群的问题是加剧和约束的原始黑洞暗物质变得压倒性的强大。
2019-03-02 astro-ph.CO hep-ph
Correlation function of high-threshold regions and application to the initial small-scale clustering of primordial black holes
原始黑洞（PBH）由于LIGO首次直接探测到双星黑洞合并而重新成为人们关注的焦点。PBH的一个知之甚少的性质是它们在形成时的聚集程度。这对它们在早期宇宙中合并的有效性以及观测限制具有重要意义。在这项工作中，我们研究了早期宇宙中大密度涨落的引力坍缩形成的PBH的初始成团。我们给出了一个简单而一般的参数，表明在这种情况下，我们不期望聚类在非常小的尺度上超出随机泊松分布的预期。我们明确地说明了这一结果的情况下，基本的密度场是高斯。此外，我们推导出一个新的解析表达式的两点关联函数的大阈值波动，推广以前的结果任意分离，并具有更广泛的影响比集群的PBH。
2018-08-07 astro-ph.CO
The large-scale structure from non-Gaussian primordial perturbations
原始非高斯性的晚期效应为我们提供了一个了解暴胀物理学和早期宇宙的窗口。在这项工作中，我们研究的后果，一个特定的类的原始非高斯，其特征在于从一个非高斯概率密度函数的初始密度波动，而不是由一个特定的形式的原始双谱的建设。我们用数值方法产生了宇宙结构的多种实现，并使用后期物质功率谱、双谱和三谱来确定这些修改后的初始条件的效果。我们发现，最初的非高斯性只有一个小的印记上的前三个polyspectrum相比，标准的高斯宇宙学。此外，我们的一些模型提出了一个有趣的尺度依赖的偏离高斯的情况下，在双谱和三谱，虽然信号是在最多的百分比水平。我们的大多数模型是一致的CMB的三谱的限制，而其他人只是稍微排除。最后，我们讨论了我们的研究进一步可能的扩展。
2022-01-21 astro-ph.CO
