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
Fine-tuning in mixed Dark Matter models with Primordial Black Hole relics
University of Sussex(萨塞克斯大学);Taibah University(塔伊巴大学)
该研究探讨含原初黑洞遗迹的混合暗物质模型的微调问题,分析不同暗物质产生机制与原初黑洞形成通道的参数敏感性,发现自然实现数量级为1的原初黑洞遗迹丰度较难。
2026-08-12 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
Baryon Asymmetry, Dark Matter, and Density Perturbation from PBH
研究了一个由原初黑洞蒸发同时产生重子不对称性、暗物质和宇宙密度扰动的方案的一致性。该方案可以解释宇宙中的暗物质与重子密度的一致性,并且不存在等曲率微扰问题。我们表明,这种情况下预测的质量PBH,右手中微子和暗物质,哈勃尺度在通货膨胀,非高斯性和运行的光谱指数。我们还讨论了通过探测PBH中的高频引力波来检验该方案的可行性。
2014-01-16 astro-ph.CO hep-ph
Primordial black hole dark matter in the presence of p-wave WIMP annihilation
研究了由原初黑洞和自湮灭弱相互作用大质量粒子组成的混合暗物质方案中原初黑洞暗物质的允许丰度,该方案的湮灭截面与速度有关.我们首先简要地说明了速度抑制p波湮灭的情况下,WIMP暗物质晕轮廓的变化,与熟悉的s波湮灭的情况相比,然后讨论了PBH质量依赖的上限上允许的PBH暗物质丰度。WIMP可以吸积到PBH上,形成具有尖峰密度轮廓的超紧凑迷你晕。这样的尖峰在晕的中心区域被缓和,因为WIMP被湮灭掉,并且这种缓和对于较小的湮灭截面是不太有效的。速度抑制p波湮灭截面的WIMP核心密度变大,而核心半径变小比s波湮灭的情况。湮灭截面依赖于速度的变化横跨晕,除了WIMP密度剖面的变化,另一个有趣的功能是PBH质量依赖于绑定的PBH暗物质丰度。这是在鲜明的对比,S-波湮灭的情况下,PBH丰度绑定是独立的PBH质量。允许的PBH暗物质分数(相对于总的暗物质丰度)的顺序$f_{PBH}\lesssim {\cal O}(10^{-7})(M_{\odot}/M_{PBH})^{(-6+2γ_{sp})/(3γ_{sp}+3)}$为热遗迹p波暗物质与质量$100$ GeV其中$γ_{sp}$是尖峰曲线的斜率指数,与$f_{PBH}\lesssim {\cal O}(10^{-9})$为相应的热遗迹s波暗物质的情况进行比较。
2022-03-18 astro-ph.CO hep-ph
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
Improved Theoretical Predictions of Microlensing Rates for the Detection of Primordial Black Hole Dark Matter
原始黑洞(PBH)仍然是粒子物理学标准模型的暗物质(DM)候选者。在此之前,我们提出了一种新的方法来限制剩余的PBH DM质量范围使用微透镜的美国宇航局的开普勒任务监测的恒星。我们使用更准确的处理开普勒源星的人口,他们的可变性和边缘变暗,改善这种分析。我们将理论上可检测的PBH DM质量范围扩展到$2\times10^{-10} M_\sun$,比当前限制低两个数量级,比我们以前的估计低三分之一数量级。我们解决如何提取DM属性,如质量和空间分布,如果PBH微透镜事件被检测到。我们纠正了一个著名的有限源边缘变暗微透镜公式中的错误,并研究了不同的光变曲线节奏对PBH DM探测能力的影响。我们还介绍了一个近似估计预测的每星检测率作为恒星的属性的函数,从而允许在未来的任务中选择源星,并将我们的分析扩展到计划的调查,如WFIRST。
2012-10-29 astro-ph.CO
Primordial black holes and the velocity acoustic oscillations features in 21 cm signals from the cosmic Dark Ages
National Astronomical Observatories, CAS(中国科学院国家天文台);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Stellenbosch University(斯坦伦布什大学)
研究原初黑洞在宇宙黑暗时期通过吸积气体释放辐射,影响宇宙辐射场和星际介质热状态,通过速度声学振荡特征探测原初黑洞。
2026-04-02 astro-ph.CO
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
Early Structure Formation in $Λ$PBH Cosmologies
冷暗物质(CDM)可以由原始黑洞(PBH)组成,除了或代替更正统的弱相互作用大质量粒子暗物质(PDM)。我们研究的第一个结构的形成,在这样的$Λ$ PBH宇宙学使用$N$体模拟从深辐射时代发展到红移99。当PBH只是CDM的一小部分时,它们被PDM覆盖,形成孤立的晕。另一方面,当PBH占CDM的大部分时,晕也可以通过许多PBH的聚集而生长。我们发现,晕质量函数是很好的模拟通过泊松统计假设随机初始条件。我们量化的结构形成引起的非线性速度,发现它们太小,显着影响CMB的限制。一个主要的挑战是如何最好地外推我们的结果,以降低红移相关的一些观测限制。
2019-07-18 astro-ph.CO
Constraining the Coexistence of Freeze-in Dark Matter and Primordial Black Holes
Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所);University of Illinois Chicago(伊利诺伊大学芝加哥分校)
本文研究原初黑洞与冻结产生粒子暗物质共存的混合场景,推导出暗物质间接探测对原初黑洞分数丰度的约束,并覆盖红外、紫外冻结产生及PeV尺度超重暗物质情形。
2025-10-27 astro-ph.CO hep-ph
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
Interstellar medium gas heating by primordial black holes and dark matter particles
本研究利用Leo T矮星系同时考虑原初黑洞与暗物质粒子对星际介质气体的共同加热,给出暗光子情形下的PBH占比约束,并分析微带电粒子情形约束受限的原因。
2025-03-15 astro-ph.CO hep-ph
Cusp-to-core transition in low-mass dwarf galaxies induced by dynamical heating of cold dark matter by primordial black holes
我们进行了一系列高分辨率的$N$体模拟,以研究原始黑洞(PBH)形式的暗物质候选者是否可以解决低质量矮星系的尖核问题。如果低质量矮星系中的暗物质中有一部分由多边星系组成,而其余部分是冷暗物质,那么多边星系对冷暗物质的动力学加热将导致总暗物质轮廓的尖点到核心的转变。该机制适用于25-100 M $_{\sun}$质量窗口的PBH,与LIGO探测结果一致,但需要对总矮星系暗物质含量的1 $\%$的PBH质量分数的下限。尖点到核心的转变时间尺度在1到8 Gyr之间。这个时间尺度也是冷暗物质粒子与多光子带隙之间弛豫时间的常数倍,它取决于多光子带隙的质量、质量分数和初始密度分布的尺度半径。我们的结论是,暗物质的核心自然发生在晕组成的冷暗物质和PBH,而不需要调用重子过程。
2020-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining PBH mass distributions from 21cm brightness temperature results and an analytical mapping between probability distribution of 21cm signal and PBH masses
原始黑洞通过霍金辐射的蒸发作用加热了银河系内介质,影响了银河系内介质的演化,从而影响了中性氢原子的21 cm信号。在本工作中,我们考虑了EDGES观测数据的21厘米线对应的宇宙黎明时代约束的质量和丰度的PBH。在这种情况下,两种不同的PBH质量分布,即幂律和对数正态质量分布被认为是估计PBH蒸发对21厘米亮温$T_{21}$的影响。除了这两个质量分布,不同的单色质量也被认为是。本文还考虑了暗物质-重子相互作用对$T_{21}$的影响以及PBH蒸发的影响。此外,对于PBH采用不同的单色质量,已经尝试通过将EDGES实验给出的范围内的$T_{21}$值(在$z \sim 17.2$处)的概率权重与每个PBH质量值的计算的$T_{21}$值相关联来制定PBH质量的分布。发现最适合于本目的的分布是误差函数和欧文函数的组合。得到了(初始PBH质量-暗物质质量)参数空间中允许的等值线。
2022-11-01 astro-ph.CO
Excess of substructure due to primordial black holes
本文通过宇宙学模拟研究原初黑洞对低质量晕和子晕丰度的影响,发现其可导致子结构显著过剩,并可通过强透镜和星系团亮度涨落来约束暗物质中原初黑洞的比例。
2025-09-23 astro-ph.CO
Signatures of non-gaussianity in the isocurvature modes of primordial black hole dark matter
原始黑洞(PBH)是可能在早期宇宙的辐射主导时代很早就形成的黑洞。我们在这里提出了一种方法,通过这种方法,原始黑洞密度的大尺度扰动可以用来对非高斯性进行严格的约束,如果PBH占暗物质(DM)。局域型非高斯性的存在被认为对原始黑洞的丰度有显著的影响,并且来自所观察到的CMB尺度模式的模式耦合可以显著地改变在宇宙的不同区域内形成的PBH的数量密度,其表现为DM等曲率模式。使用最近的\emph{Planck}等曲率扰动的约束,我们表明,PBH被排除在DM候选人,即使是非常小的本地型非高斯,$|f_{NL}|\approx0.001$和显着的约束$g_{NL}$几乎一样强。如果DM由PBH组成,则甚至小的非高斯性也被排除。如果在CMB尺度上检测到局部非高斯性,那么对坍缩成PBH(质量足够大,尚未蒸发)的宇宙部分的约束将变得更加严格。
2015-05-05 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
Dark Matter Primordial Black Holes and Inflation Models
根据最近所有相关的宇宙学数据,分析了各种各样的暴胀单场模型,检查它们是否可以导致形成长寿的原始黑洞(PBH)作为暗物质的候选者。为此,我们计算原始扰动的功率谱的谱指数以及它的一阶和二阶导数。只有当光谱指数$n_S(k_0)$在小尺度上显著增加时,PBH才可能形成。由于目前的数据表明,光谱指数的一阶导数$α_S$在枢轴标度上是负的,PBH的形成只有在存在相当大的正二阶导数(“运行的运行”)$β_S$的情况下才是可能的。在我们分析的三个小场和五个大场模型中,只有“运行质量”模型允许PBH形成,参数范围很窄。
2012-05-17 astro-ph.CO
Microlensing by Cluster of Primordial Black Holes
The National Research Centre Kurchatov Institute(库尔恰托夫国家研究中心);Space Research Institute, Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院空间研究所);Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所);National Research Nuclear University (MEPhI)(国立核研究大学(莫斯科工程物理学院));Novosibirsk State University(新西伯利亚国立大学);Sternberg Astronomical Institute, Moscow State University(莫斯科大学斯登伯格天文研究所)
研究原初黑洞集群的微透镜效应,发现其复杂的光变曲线难以被观测到,但部分原初黑洞仍表现为孤立透镜,表明集群不影响对原初黑洞暗物质贡献的约束。
2026-03-24 astro-ph.CO
Primordial black holes and mirror dark matter
如果镜像物质存在,但不能构成宇宙中所有的暗物质,我们可以预期,额外的暗物质成分可能只与其他部门的引力相互作用。原始黑洞是引力相互作用的自然候选者之一。因此,如果镜像物质存在,但不能构成宇宙中所有的DM,PBH的存在可能是额外DM成分的候选者。在这种情况下,剩余的DM组分可以是PBH或来自PBH的$SU(3)\times SU(2)\times U(1)$单线态颗粒。我们显示限制PBH与镜像DM。特别地,如果DM包括镜像重子和PBH,则PBH的初始质量估计为$10^{17} \ {\rm g} \lesssim M_{\rm PBH} \lesssim 10^{23} \ {\rm g}$。
2022-10-10 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes as Dark Matter: Converting Constraints from Monochromatic to Extended Mass Distributions
原始黑洞(PBH)构成暗物质不可忽略的一部分的模型已经(重新)获得流行后,第一次检测到的双黑洞合并。迄今为止,大多数观测约束都是假设所有PBH都有一个质量,尽管最近的一些工作试图将约束推广到扩展质量函数的情况。在这里,我们推导出一个通用的方法来获得任何PBH扩展质量分布(EMD)和所需的质量范围内的任何可观的约束。从那些获得的单色分布,我们将它们转换成EMD的约束,通过使用等效的,有效的质量$M_{\rm eq}$,取决于具体的观察。我们强调PBH建模的有效性限制如何影响EMD参数空间。最后,我们提出了转换的限制PBH的总丰度从微透镜,恒星分布在超暗矮星系和CMB吸积对数正态和幂律质量分布,发现EMD约束一般比单色的。
2018-01-09 astro-ph.CO
Primordial Black Holes as Dark Matter: Constraints From Compact Ultra-Faint Dwarfs
LIGO对黑洞合并产生的引力波的突破性探测重新点燃了人们对原始黑洞(PBH)以及暗物质由PBH组成的可能性的兴趣。有人认为,数十个太阳质量的PBH可以作为暗物质的候选者。最近的分析研究表明,紧凑的超暗矮星系可以作为PBH暗物质假说的敏感测试,因为在这样一个晕主导的系统中的恒星将被更大质量的PBH加热,它们现在的分布可以提供对PBH质量的强约束。在这项研究中,我们进一步探索这种情况下,更详细的计算,使用动态模拟和贝叶斯推断方法相结合。恒星和PBH暗物质的联合演化遵循Fokker-Planck程序PhaseFlow。我们运行了一个大的套件,这样的模拟不同的暗物质参数,然后使用马尔可夫链蒙特卡罗方法来约束PBH属性与超暗星系的观测。我们发现,恒星和PBH之间的两体弛豫驱动了恒星的核心尺寸,并增加了中心恒星的速度色散。利用观测到的致密超暗矮星系中恒星的半光半径和速度色散作为联合约束条件,我们推断这些矮星系可能有一个中心密度在1-2 $\rm{M_{\odot}/pc^3}$范围内的核心暗物质晕,如果它们构成全部或相当大部分的暗物质,则PBH的质量范围可能为2-14 $\rm{M_{\odot}}$。
2017-10-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Maximal-Density Mass Function for Primordial Black Hole Dark Matter
引力波天文学的出现重新点燃了对原始黑洞(PBH)作为暗物质候选者的兴趣。由于对不同质量的PBH密度有许多不同的观测探测,对PBH模型的约束取决于PBH质量函数的函数形式。这使得关于当前数据所允许的质量函数的一般陈述变得复杂,特别是关于PBH的最大总密度。数值研究表明,某些形式的扩展质量函数面临更严格的约束比单色质量函数,但他们并不排除存在一个功能形式的限制放松。我们使用的分析参数表明,在PBH的物质密度的分数最大化的质量函数受到所有的约束是一个有限的线性组合的单色质量函数。我们明确计算的最大比例的暗物质在PBH的不同组合的电流约束,允许总自由的质量函数。我们的框架阐明了依赖的最大PBH密度的观测约束的形式,我们讨论了当前和未来的约束PBH暗物质范例的可行性的影响。
2018-04-03 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter from Evaporating Primordial Black Holes in the Early Universe
本文研究早期宇宙中占主导的原初黑洞在核合成前蒸发产生暗物质的冻结机制,考虑两种形成机制下的连续质量谱,并给出该场景解释极早期暗物质产生的条件。
2024-06-10 astro-ph.CO hep-ph
On the orbital eccentricities of primordial black hole binaries inside and outside of dark matter halos
Oakland University(奥克兰大学)
研究恒星质量范围内原初黑洞双星轨道偏心率,通过模拟大量样本追踪其轨道演化,计算相关参数。发现孤立演化双星在多数频段会完全圆化,暗物质晕中的双星偏心率可能更高。预测LISA和DECIGO可探测一定数量偏心双星,排除它们能提高PBH丰度限制。
2026-07-28 astro-ph.CO
Dark matter from phase transition generated PBH evaporation with gravitational waves signatures
本研究探讨超轻原初黑洞蒸发产生暗物质,结合一阶相变产生双峰引力波信号,可在未来实验中探测并区分不同质量范围。
2024-07-21 astro-ph.CO hep-ph
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
A possible pathway to UHZ1-type systems at z~10 by heterogeneous mass primordial black holes as dark matter
NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心);University of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校);Center for Research and Exploration in Space Science and Technology(空间科学与技术研究探索中心);University of Salamanca(萨拉曼卡大学)
本文提出通过异质质量原初黑洞作为暗物质形成UHZ1型系统的可能机制,解释高红移处异常天体的形成过程。
2026-01-13 astro-ph.CO
Lyman-$α$ forest constraints on Primordial Black Holes as Dark Matter
对原始黑洞(PBH)可能构成暗物质的重要组成部分的可能性的重新兴趣促使人们重新审视旧的观测约束,以及开发新的约束。我们提出了新的限制PBH丰度,从高分辨率,高红移莱曼- $α$森林数据的综合分析。PBH数密度的泊松波动引起小规模的功率增强,这与标准冷暗物质预测不同。使用网格的流体动力学模拟探索不同值的天体物理参数,{我们得到一个边缘化的上限的PBH质量的$f_{\rm PBH}M_{\rm PBH} \sim 60~M_{\odot}$在$2σ$,当高斯先验的再电离红移是强加的,防止其后验分布峰值非常高的值,这是不利的最新估计,通过宇宙微波背景和银河系间介质的观测。这样的约束减弱为$f_{\rm PBH}M_{\rm PBH} \sim 170~M_{\odot}$,当保守平坦先验被假定时。这两个限制都显着改善了来自相同物理观测的先前约束。我们还将我们的预测扩展到非单色PBH质量分布,排除了一些最可行的PBH扩展质量函数的参数空间的大区域。
2019-08-18 astro-ph.CO gr-qc
PBH dark matter from axion inflation
受到近似位移对称性的保护,轴子是驱动宇宙暴胀的理想候选者。它们与任何规范理论的陈-西蒙斯项的一般耦合产生了广泛的潜在可观测特征,包括CMB中的等边非高斯,直接引力波探测器范围内的手征引力波和原始黑洞(PBH)。在本文中,我们重新审视这些预测的轴子膨胀模型的非最小耦合到重力。相反的情况下,最低限度的耦合模型,通常预测规模不变的质量分布所产生的PBH在小尺度上,我们展示了如何广泛的峰值PBH光谱自然出现在这种设置。对于特定的参数值,所有的暗物质都可以用PBH来解释。
2017-08-01 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial Black Holes as Dark Matter
暗物质包括原始黑洞(PBH)的可能性被认为是,特别强调目前允许的质量窗口在$10^{16}$ - $10^{17}\,$ g,$10^{20}$ - $10^{24}\,$ g和$1$ - $10^{3}\,M_{\odot}$。也考虑了较小蒸发PBH的普朗克质量遗迹。所有相关的限制(透镜,动力学,大尺度结构和吸积)进行审查和各种影响必要的精确计算的PBH丰度(非高斯,非球形,临界崩溃和合并)占。如果黑洞的质量函数是单色的,那么很难将所有的暗物质都放入黑洞中,但是如果质量函数被扩展,这仍然是可能的,正如在许多场景中所预期的那样。因此,介绍了一种新的程序,面对观测的限制与扩展PBH质谱。这适用于任意约束和广泛的PBH形成模型,并允许我们确定哪些模型独立的结论可以从所有质量范围内的约束。我们特别关注由通货膨胀产生的PBH,指出在形成过程中的影响,从通货膨胀的功率谱的PBH质量函数的映射。然后,我们将我们的计划,以两个特定的暴胀模型中,PBH提供的暗物质。鉴于LIGO最近探测到黑洞合并,暗物质存在于$1$ - $10^{3}\,M_{\odot}$的中等质量PBH中的可能性特别令人感兴趣。普朗克遗迹的可能性也很有趣,但实际上是无法检验的。
2017-03-22 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
Constraining primordial black holes as a fraction of dark matter through accretion disk luminosity
在本文中,我们考虑的假设,即部分暗物质可以构成的原始黑洞(PBH)。为了验证这种可能性,我们计算了一个静态黑洞的观测性质,该静态黑洞嵌入在由PBH源构成的暗物质包层中。由于这样一个物理系统的几何形状的相应修改进行了研究,特别是在旋涡星系的吸积盘光度的重点。PBH的存在的影响进行了分析,通过修改磁盘光度和运动学量。因此,我们讨论了可能的限制PBH丰度的最新的理论界限。我们的研究结果表明,合适的PBH质量是$M_\text{PBH}\in[10^6,10^{12}]M_\odot$的PBH馏分$f_\text{PBH}\in[10^{-3},1]$。特别是,与预测的指数球密度分布的暗物质的比较表明,最佳匹配的配置实现$f_\text{PBH}=1$和$M_\text{PBH}=10^6 M_\odot$。与目前的知识原始黑洞物理的后果进行了讨论。
2023-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Gravitational wave signatures of PBH-generated baryon-dark matter coincidence
提出通过蒸发原初黑洞产生的引力波探测重子不对称与暗物质的非热起源,允许PBH质量达10^7克,产生可观测的引力波信号,并在实验室实验中具有互补探测前景。
2023-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on primordial black holes as dark matter candidates from capture by neutron stars
我们调查的限制,原始黑洞(PBH)作为暗物质的候选人,所产生的捕获中子星(NS)。如果PBH被NS捕获,恒星会吸积到PBH上,并在很短的时间内被摧毁。因此,仅仅对NS的观测就限制了PBH的丰度。高DM密度和低的速度是必需的,以限制DM中PBH的分数。如果球状星团是原始起源的,那么在球状星团的核心中就可能实现这样的条件。假设球状星团的核心拥有超过几百GeV/cm $^3$的DM密度,这意味着PBH被排除在外,因为它包含了质量范围$3\times 10^{18} \text{g} \lesssim m_\text{BH}\lesssim 10^{24} \text{g}$内的所有暗物质。在相应模型的模拟中发现,DM密度为$2\times 10^3$ GeV/cm $^3$时,对于这些PBH质量,小于5%的DM可能由PBH组成。
2013-06-12 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino superradiance constraint on asteroid-mass PBH Dark Matter and beyond
National Tsing Hua University(国立清华大学);Gauhati University(高哈提大学)
研究小行星质量窗口的原初黑洞暗物质,通过计算旋转PBHs超辐射产生的中微子通量,并与现有反中微子极限比较,发现能强烈约束该质量窗口部分范围,提供了区别于霍金蒸发的PBH DM互补中微子探测法。
2026-07-15 astro-ph.CO hep-ph
Limits on the Primordial Black Holes Dark Matter with current and future missions
本文评估了原初黑洞作为暗物质候选体的现有质量限制,指出仅剩的开放窗口,并展望了近期及下一代任务探测该窗口的潜力与系统误差影响。
2023-11-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmological abundance of primordial black holes in mixed dark matter scenarios incorporating Kaluza-Klein dark matter
Qufu Normal University(曲阜师范大学)
研究通过分析卡拉祖-克莱因暗物质与原初黑洞混合场景,首次推导出原初黑洞在暗物质湮灭中的宇宙学丰度上限。
2025-11-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Thermalised dark radiation in the presence of PBH: ${\rm ΔN_{\rm eff}}$ and gravitational waves complementarity
本研究探讨早期宇宙中由热浴相互作用与超轻原初黑洞蒸发共同产生的暗辐射的探测,分析了CMB的ΔNeff测量约束及随机引力波的互补探测前景,提升了轻自由度的探测可能性。
2023-11-08 astro-ph.CO 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
Quantum effects on the evaporation of PBHs: contributions to dark matter
本文研究了记忆负担效应这一量子修正对原初黑洞蒸发的影响,发现该效应显著延长了黑洞寿命,使质量较小的黑洞可作为暗物质候选者,并结合其向基本粒子的衰变,确定了满足暗物质遗迹丰度的广阔参数空间。
2024-07-31 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Low scale leptogenesis and dark matter in the presence of primordial black holes
我们研究了在原始黑洞(PBH)存在的情况下,伴随着暗物质(DM)的低尺度稀薄生成的可能性。对于研究瘦生和DM的常见设置,我们考虑最小暗生模型,该模型也解释了辐射水平上的轻中微子质量。虽然在$0.1-10^5$ g质量范围内的PBH原则上可以影响leptogenesis,但所需的初始PBH部分通常导致标量双峰DM的过量产生,其在PBH蒸发之前发生热冻结。PBH可以导致轻子生成的非热源,也可以通过熵注入稀释热生轻子的不对称性,其中后者占主导地位。在标准宇宙学中导致重子或轻子非对称性产生过剩的暗生模型的参数空间,在适当的初始质量和能量分数下,可以通过引入PBH来协调.另一方面,对于这样的PBH参数,标量DM被约束为在轻质量状态,在轻质量状态下,标量DM在PBH蒸发之后发生冻结。然后,我们讨论了费米子单线态DM与$N_2$ leptogenesis在同一模型中,由于DM的单线态性质,其与PBH参数的连接,因此leptogenesis变得更强的可能性相比,以前的情况。
2021-10-22 astro-ph.CO hep-ph
PBH Dark Matter in Supergravity Inflation Models
我们提出了一个新的方案,以产生丰富的原始黑洞(PBH)在新的通货膨胀,这是一个第二阶段的双重通货膨胀的超引力框架工作。在我们的模型中,假设新暴胀前存在一个预暴胀相,它将导致宇宙微波背景尺度上的原初曲率扰动,而新暴胀只产生小尺度的扰动.我们的新通货膨胀模型在其潜力中具有线性,二次和三次项,PBH生产对应于其平坦的拐点。线性项可以被解释为来自超光速破坏扇区,在这个假设下,暴胀后宇宙学常数消失的条件和拐点的平坦条件可以一致地满足。
2016-11-03 astro-ph.CO hep-ph
Constraining primordial black holes as dark matter at JUNO
作为暗物质的候选者,质量范围为($10^{15} \sim 10^{16}$)$\mathrm{g}$的原初黑洞(PBH)可以通过它们的霍金辐射来探测,包括三种口味的中微子和反中微子。利用江门地下中微子观测站的大型液体闪烁探测器测量中微子信号,研究了将PBH约束为暗物质的可能性。在六个可用的检测通道,逆β衰变$\overlineν^{}_e + p \to e^+ + n$被证明是最敏感的PBH的分数$f^{}_{\rm PBH}$贡献的暗物质丰度。给定PBH质量$M^{}_{\rm PBH} = 10^{15}~{\rm g}$,我们发现JUNO将能够设置上限$f^{}_{\rm PBH} \lesssim 3\times 10^{-5}$,这比Super-Kamiokande当前的最佳极限$f^{}_{\rm PBH} \lesssim 6\times 10^{-4}$好20倍。对于霍金温度较低的较重PBH,(反)中微子的能量变得较低,导致相对较弱的束缚。
2021-02-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Signatures of primordial black hole dark matter
宇宙中的非重子暗物质被认为是由新的稳定形式的物质组成的。它们的稳定性反映了微观世界的对称性及其对称性破缺的机制。在早期宇宙中,重亚稳粒子可以占主导地位,在衰变后留下原始黑洞(PBH),以及粒子对称性破缺的结构引起宇宙学相变,大质量黑洞和/或它们的集群可以起源。PBH可以形成在这样的过渡在一个狭窄的间隔内的质量约$10^{17}$ g,避免严重的观测限制PBH,可以成为一个候选人的主导形式的暗物质。在这个质量范围内的PBH可以解决宇宙中红移为$z\sim 5... 10$的再电离问题。大质量PBH团可以作为星系形成的非线性种子,而PBH蒸发在这样的集群可以提供一个有趣的解释点状伽马射线源的观测。对可能的PBH特征的分析代表了在暗物质间接效应研究中对早期宇宙超高能物理的普遍探索。
2014-10-01 astro-ph.CO 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
Successful cogenesis of baryon and dark matter from memory-burdened PBH
本研究探讨记忆负担原初黑洞蒸发产生重子不对称性与暗物质的协同生成,证明在共振轻子生成及直接重子生成模型中可实现成功协同产生,并可通过随机引力波区分两种情景。
2025-01-19 astro-ph.CO hep-ph
Impact of radiation from primordial black holes on the 21-cm angular-power spectrum in the dark ages
我们研究了原始黑洞(PBH)辐射的影响,在$10^{15} \lesssim M_{\rm PBH} \lesssim 10^{17}~\rm g$和$10^{2} \lesssim M_{\rm PBH} \lesssim 10^{4}~M_{\odot}$的质量范围内,在黑暗时代的21厘米角功率谱。在前一个质量范围内的PBH通过称为霍金辐射的蒸发影响21厘米角功率谱,而在后一个质量范围内的吸积过程的辐射。在暗时代,PBH的辐射可以增加星系际介质的电离度和温度,改变全球21厘米亮温差,进而影响21厘米角功率谱。考虑到PBH的影响,我们发现,在黑暗时代,$30 \lesssim z \lesssim 100$,21厘米角功率谱的振幅降低依赖于质量和质量分数的PBH。我们还研究了未来在月球轨道或月球背面的射电望远镜中,以暗物质形式存在的多环芳烃质量分数的潜在限制。
2022-12-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
$\mathcal O(10) M_\odot$ primordial black holes and string axion dark matter
LIGO-Virgo合作通过探测它们合并时发出的引力波,发现了与$M \sim 30M_\odot$一样重的黑洞。暴胀产生的原始黑洞(PBH)可能是这类事件的起源。虽然很容易假设这些PBH构成所有的暗物质(DM),但对于具有$\mathcal{O} (10) M_\odot$的PBH存在许多限制,这些限制与PBH作为所有DM的想法相矛盾。此外,它是已知的弱相互作用大质量粒子(WIMP),这是一个常见的DM候选人几乎是不可能共存的PBH。这些观察促使我们寻求DM的另一个候选者。本文假设解决强CP问题的弦轴子构成了所有的DM,讨论了LIGO事件中弦轴子DM与暴胀PBH的共存。
2018-01-05 astro-ph.CO hep-ph
Small-scale structure of primordial black hole dark matter and its implications for accretion
原始黑洞(PBH)的暗物质(DM)的非线性小尺度结构的形成开始之前的重组时代,由于大的泊松密度起伏。这些小尺度效应今天仍然存在,将PBH DM结构形成的物理学与涉及WIMP DM的物理学区分开来。我们构建了一个解析模型的小尺度PBH速度再现的速度地板中看到的数值模拟,并探讨这些运动如何影响PBH吸积边界在不同的红移。我们发现,在复合时的影响是小的,留下的宇宙微波背景的PBH丰度的界限不变。然而,由于额外的$1/v^6$抑制,已经在$z=20$中,PBH内部运动显著减少了它们的吸积,影响21 cm边界。今天的吸积边界所产生的矮星系或较小的PBH子结构都减少了PBH速度地板。我们还调查了PBH集群相干吸积气体导致可能的增强成比例的集群的占领数的可行性,但发现这种效果是微不足道的PBH周围$10 M_{\odot}$或更轻。如果初始PBH分布不是泊松分布,例如,在大初始PBH聚类的情况下,这些结果应该重新考虑。
2019-10-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing Primordial-Black-Hole Dark Matter with Gravitational Waves
原始黑洞(PBH)一直被认为是构成宇宙中部分或全部暗物质的候选者。PBH暗物质的大部分理论上可能的质量范围已经被排除了,因为它们与标准天体相互作用的预期特征的各种零观测。然而,在20 M_sun < M_PBH < 100 M_sun质量窗口中,电流约束明显不那么鲁棒,这最近受到了很多关注,继LIGO检测到估计质量为~30 M_sun的合并黑洞,并提出这些可能是早期宇宙中形成的黑洞。我们认为,先进的LIGO(aLIGO)的设计灵敏度探测这个质量范围内的探测事件的质谱峰的潜在操作。为了量化背景,这是由于黑洞是由垂死的恒星形成的,我们模拟的形状的恒星黑洞质量函数和校准其振幅,以匹配O 1的结果。采用非常保守的假设的PBH和恒星黑洞合并率,我们表明,~5年的aLIGO数据可以用来检测的贡献>20 M_太阳PBH的暗物质下降到f_PBH <0.5 at >99.9%的置信水平。结合其他已经表明f_PBH=1的张力的探测器,从aLIGO获得的独立限制将因此能够对PBH构成所有暗物质的情况进行严格的测试。
2017-09-28 astro-ph.CO hep-th
PBH remnants as dark matter produced in thermal, matter and runaway-quintessence post-inflationary scenarios
本文研究了由大密度扰动产生的小型原始黑洞的宇宙学。迷你PBH在早期宇宙中迅速蒸发,我们假设留下了稳定的残余物。PBH残余物可以构成宇宙的整个暗物质,其残余质量范围很广。我们建立暴胀模型,在$α$ -吸引子的框架下,利用指数函数,其中PBH产生的物质,辐射和动能统治时代。这些暴胀模型的优点是光谱指数采用了普朗克2018年数据的有利值。从失控暴胀子模型产生的PBH具有独特的和非常有吸引力的功能,自动再加热宇宙。在这些模型中,PBH是在活化阶段产生的,它们的迅速蒸发有效地产生了所需的熵。这种失控模型是非常经济的,对早期宇宙宇宙学有着有趣的影响,也可能产生wCDM晚期宇宙学。
2019-05-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
New Venues in Formation and Detection for Primordial Black Hole Dark Matter
原始黑洞(PBH)并不像人们曾经认为的那样奇特,而是一种引人注目的非粒子暗物质(DM)候选者。我们提出了一种新的一般PBH形成机制,从标量场碎裂,它不遭受的暴胀势微调困扰许多标准PBH形成模型。我们讨论了紧凑型恒星与非常小的月球下/小行星大小的PBH的相互作用,这些PBH位于参数空间的开放窗口中,PBH可以构成所有DM,允许一系列新的天体物理特征,可以揭示PBH DM,并且在多信使天文学时代特别有趣。
2019-08-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph