On the Maximum Mass of Accreting Primordial Supermassive Stars
超大质量原始恒星被认为是z~6类星体的祖先。以前对这类恒星的研究要么无法解决流体动力学时间尺度，要么孤立地考虑恒星，而不是在它们实际形成的极端吸积流中。因此，他们无法自洽地预测坍缩时的最终质量，或由此产生的超大质量黑洞种子的质量，而是与简单的多方模型进行比较。本文利用恒星演化程序KEPLER，系统地研究了吸积速率为0.01-10太阳质量/年的吸积非旋转超大质量恒星的诞生、演化和坍缩过程。我们的方法包括对恒星结构的后牛顿修正和自适应核网络，并可以过渡到超大质量恒星遇到广义相对论不稳定性后的流体动力学演化。我们发现，这种不稳定性触发了质量为150，000 - 330，000太阳质量的恒星坍缩，吸积速率为每年0.1-10个太阳质量，恒星的最终质量与速率大致成比例。恒星的结构，以及它对坍缩的稳定性，对对流的处理和外部吸积包层的热含量很敏感。与其他代码的比较表明，这里的差异可能会导致恒星演化状态随时间变化的小偏差，随着吸积率的增加而恶化。由于广义相对论不稳定性导致这些恒星立即死亡，我们的模型对第一批类星体的质量设定了上限。
2017-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Quantum correction to black hole accretion
本文研究黑洞吸积的量子修正，发现霍金辐射加热吸积等离子体，对质量小于约4.61×10^29克的小型蒸发黑洞，霍金辐射胜过康普顿散射，逆转吸积流并停止吸积，此类原初黑洞或贡献暗物质。
2023-12-28 astro-ph.HE gr-qc
Dark Fluxes from Accreting Black Holes and Direct Detections
我们讨论的可能性，吸积黑洞系统可以通过几种不同的机制的暗物质流量的来源。首先讨论了两类系统：活动星系核中超大质量黑洞周围的日冕热等离子体和恒星质量X射线黑洞双星的吸积盘。我们探讨这些黑洞系统如何产生千电子伏的光暗物质通量，并发现这些来源的暗通量可能太弱，无法解释目前的氙1T过剩。另一方面，黑洞可以是很好的加速器，可以吸积和推动重暗物质粒子。如果考虑碰撞或暗电磁，这些粒子可以逃逸并在探测器上达到0.1c的基准速度。我们还将黑洞质量区域扩展到原始黑洞（PBH），并讨论了PBH超辐射对keV光暗通量贡献的可能性。
2022-03-22 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
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
An actively accreting massive black hole in the dwarf starburst galaxy Henize 2-10
超大质量黑洞现在被认为位于每一个有球状组成部分的巨型星系的中心，包括我们自己的银河系。然而，早期宇宙中第一个“种子”黑洞的诞生和成长在观测上是不受约束的，我们才刚刚开始拼凑它们随后演化的场景。在这里，我们报告说，附近的矮星暴星系Henize 2-10包含一个紧凑的无线电源的动态中心的星系，是空间上一致的硬X射线源。根据这些观测结果，我们得出结论，Henize 2-10拥有一个活跃的中心黑洞，质量约为100万太阳质量。这个邻近的矮星系，拥有一个巨大的黑洞和一个恒星形成的极端爆发，在许多方面类似于黑洞生长和星系质量组装早期阶段的婴儿宇宙中的星系。我们的研究结果证实了附近的恒星形成矮星系确实可以形成大质量的黑洞，这意味着它们的原始对应物也可以。此外，在Henize 2-10中缺乏一个实质性的球状组成部分，这表明超大质量黑洞的生长可能先于星系球状体的形成。
2011-01-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
Implications of a viscosity bound on black hole accretion
受规范/引力对偶中粘性约束的启发，我们考虑了黑洞吸积流中剪切粘性（η）与熵密度（s）的比值。对于吸积到Kerr黑洞上的流体，我们同时使用理想气体状态方程和从晶格得到的QCD状态方程。考虑QCD状态方程，因为在某些热流中吸积物质的温度预计接近10^{12}K。我们发现，在这两种情况下的eta/s是小的，只有原始黑洞和几个数量级大于任何已知的流体恒星和超大质量黑洞。我们表明，原始黑洞的质量下限导致的eta/s的下限，反之亦然。最后，我们推测，Shakura-Sunyaev粘度参数应随密度和/或温度的增加而减小。
2012-02-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Primordial black holes captured by neutron stars: simulations in general relativity
本研究开展广义相对论自洽数值模拟，开发新数值技术，探究不同质量原初黑洞被中子星捕获的过程，明确小质量黑洞下中子星的稳定性及大质量黑洞的吸积坍缩演化，补充了点质量近似下的相关研究。
2024-05-16 astro-ph.HE gr-qc
General-relativistic instability in rapidly accreting supermassive stars: the impact of rotation
通过广义相对论（GR）不稳定性坍缩的超大质量恒星（SMS）被认为是超大质量黑洞的可能祖先。它们在不稳定开始时的质量和角动量在许多方面都是关键，特别是关于直接坍缩的观测特征的可能性。在这里，我们研究的稳定性旋转，快速吸积的SMSs对GR，并得出这些恒星在死亡的属性。的hylotropic结构的基础上，相关的快速吸积SMSs，我们定义的假设下，在辐射区域，允许差分旋转的局部角动量守恒的旋转配置文件。我们发现，旋转有利于稳定的快速吸积的SMSs的吸积角动量表示一个分数f > 0.1%的开普勒角动量。当f = 0.3%-0.5%时，与GR稳定性相一致的最大质量比非旋转情况增加了一个数量级。当f = 1%时，如果恒星质量不超过10^7-10^8 Msun，就不能达到GR不稳定性。这些结果意味着，像在非旋转的情况下一样，直接坍缩黑洞的祖先的最终质量在不同的区间内变化，这取决于所考虑的情况：对于原始原子冷却的晕，10^5 Msun < M < 10^6 Msun;对于富含金属的星系合并，10^6 Msun < M < 10^9 Msun。这些模型表明，离心屏障是无效的，以防止直接形成的超大质量黑洞在崩溃的SMS。此外，星系合并的条件似乎比原子冷却的晕更有利于在黑洞形成时可探测到的引力波发射和超长伽马射线暴。
2021-04-23 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Search for Double Charged Particles as Direct Test for Dark Atom Constituents
宇宙中的非重子暗物质被认为是由新的稳定粒子组成的。宇宙学暗物质的稳定粒子候选者通常被认为是中性的和弱相互作用的。然而，稳定的带电轻子和夸克也可以隐藏在难以捉摸的暗原子中，并扮演暗物质的角色。这种可能性受到轻元素的异常同位素的限制，这些同位素与普通电子形成带正电荷的重物质。这个问题可以避免，如果存在电荷为-2的稳定粒子，而不存在电荷为+1和-1的稳定粒子。这些条件不能实现在超对称模型，但可以满足在几个替代方案，本文讨论。过量的-2带电粒子与O-氦原子中的原始氦结合，保持特定的核相互作用形式的暗物质。氦氧暗物质可以为寻找暗物质的难题提供解决方案。复合暗物质方案的成功发展呼吁实验寻找暗原子的双电荷成分。估计的生产截面的这种粒子在LHC提出和讨论。概述了ATLAS实验中双带电粒子的特征。
2017-11-29 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Feeding Hidden Monsters: a Super-Eddington accreting Black Hole ~1.5 Gyr after the Big Bang
研究报道z~4的低质量黑洞LID-568正以超过爱丁顿极限4000%的速率吸积，并伴有核驱动外流，为早期黑洞快速增长提供观测证据。
2024-05-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
High Energy Positrons and Gamma Radiation from Decaying Constituents of a two-component Dark Atom Model
我们研究的两个组件的暗物质候选人的启发，最小步行Technicolor模型。暗物质由一个主要的类SIMP暗原子成分和一个小的类WIMP暗原子成分组成，类SIMP暗原子成分由原始氦核和双电荷特轻子之间的束缚态组成，类WIMP暗原子成分由双电荷特重子和特轻子之间的另一个暗原子束缚态组成。这种情况与直接搜索实验结果是一致的，因为占主导地位的SIMP组分相互作用太强，无法达到具有足够能量反冲的电流探测器的深度，而WIMP样组分太小，无法引起大量的事件。在这种情况下，衰变为$e^+e^+$、$μ^+ μ^+$和$τ^+ τ^+$的亚稳技术重子原则上可以解释AMS-02和PAMELA观测到的正电子过剩，同时与FERMI/LAT观测到的光子通量一致。我们扫描模型的参数，并找到与最新实验数据的最佳拟合。我们发现，有一个小范围的参数空间，这种情况下，可以实现在一定条件下，关于宇宙线的传播和最终状态的辐射。这个参数范围落在目前运行的大型强子对撞机可以探测的范围内，因此很快就有可能验证或最终排除这个暗物质模型。
2015-08-12 astro-ph.HE hep-ph
Gas depletion in primordial globular clusters due to accretion onto stellar-mass black holes
本文研究了恒星形成初期爆发后恒星残余物对大质量星团星际介质的影响。我们认为，吸积到恒星质量的黑洞（BH）是一个有效的机制，快速气体耗尽的所有质量的集群，只要它们包含的祖星质量大于\gtrsim 50 \msun。这种情况对于现今质量可能为M \gtrsim 10 ^7 \msun的大质量球状星团（GC）的祖先系统是很有吸引力的。在这样的星团中，超新星和恒星风不能为原始气体库的突然消失提供合理的解释，而原始气体库的突然消失是解释其复杂的化学富集历史所必需的。为了考虑不同制度的气体吸积率到恒星质量黑洞，我们认为这两个邦迪霍伊尔和爱丁顿近似。对于这两种模型，我们的研究结果表明，气体可以显着耗尽只有几十万年。这一过程将影响黑洞质量的分布，并可能加速黑洞粒子数的动力学退耦，最终导致黑洞的动力学抛射。此外，气体耗尽的时间尺度足够短，吸积黑洞可能会显着影响随后的恒星形成事件的化学。气体耗尽的时间和最终的质量在BH是敏感的假设模型的吸积率，和初始质量的最大的BH，反过来，是由恒星IMF的上限质量截止。我们的研究结果意味着，残余吸积的历史可以有一个重要的轴承上所观察到的当今集群的质光比。特别是，我们表明，随着金属丰度的降低，上质量截止值的增加可能有助于观察到的质光比和GC的金属丰度之间的反相关性。
2012-12-06 astro-ph.HE astro-ph.SR
Revealing Dark Matter Dress of Primordial Black Holes by Cosmological Lensing
本文提出利用宇宙学距离的引力透镜效应直接探测恒星质量原初黑洞周围的暗物质晕，发现CHIME快速射电暴强透镜分析可严格检验引力波事件的PBH图景，为广泛暗物质模型提供了新探索途径。
2023-11-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Implications of Inelastic Dark Matter for Primordial Dark-Star Evolution: Kinematic Thresholds and Nonthermal Capture
University of Utah（犹他大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
本文研究吸热型非弹性暗物质在原初暗星中的俘获，揭示运动学阈值开启与持久非热储库的形成，表明非弹性俘获不补充热湮灭核，为暗星-暗物质协同演化提供新机制。
2026-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Hyper-Eddington accretion flows onto massive black holes
我们研究了嵌入低金属丰度致密气体云中的大质量黑洞（BH; 10^2 < M_BH < 10^6 Msun）的甚高速球对称吸积流，进行了一维流体动力学模拟，包括多频辐射传输和非平衡原始化学。我们发现，当（n/10^5 cm^-3）>（M_BH/10^4 Msun）^{-1}（T/10^4 K）^{3/2}时，可以在不受辐射反馈阻碍的情况下，以超爱丁顿速率从邦迪半径快速供应气体，其中n和T是邦迪半径之外的环境气体的密度和温度。在这种情况下产生的吸积速率是稳定的，并且大于爱丁顿速率的3000倍。在较低的Bondi速率下，由于辐射反馈，吸积是间歇性的，平均速率被限制在爱丁顿速率以下。对于超爱丁顿情形，定常解由两部分组成：辐射主导的中心核，其中由于电子散射导致的光子捕获是重要的;以及遵循Bondi轮廓的吸积包层，T~8000 K。当出射光度由于光子捕获而被限制在爱丁顿光度以下时，来自中心区域的辐射在更大尺度上不影响气体动力学。我们将这一结果应用于维里温度T_vir> 10^4 K的原星系中大质量黑洞的快速形成。一旦种子黑洞在星系中心形成，它可以通过气体吸积生长到最大~10^5（T_vir/10^4 K）Msun，而与初始黑洞质量无关。最后，我们讨论了可能的观测签名的快速吸积BH与/不允许灰尘。我们认为，这些系统可以解释Lya发射器没有X射线和发光的红外源与热尘埃排放，分别。
2016-04-07 astro-ph.CO astro-ph.HE
Dark magnetohydrodynamics: Black hole accretion in superradiant dark photon clouds
本研究将广义相对论磁流体动力学方程扩展至暗光子成分，通过全数值相对论求解耦合系统，首次探讨了超辐射暗光子云与黑洞吸积流的相互作用，发现耦合强度会增强风发射并引发盘内振荡模式。
2024-06-05 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Quasinormal modes as exterior probes of black hole interiors in our Universe
Higgs Centre for Theoretical Physics, University of Edinburgh（爱丁堡大学希格斯理论物理中心）；Faculty of Mathematics and Physics, University of Ljubljana（卢布尔雅那大学数学与物理学院）
该研究提出黑洞被类时反射腔线性扰动的场景，结合arXiv:2606.11297建立热乘积公式与高阶准正则泛音渐近表达式，提出吸积等离子体作为透射镜的观测方案，或可从无线电波提取原初黑洞内部信息。
2026-08-17 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Dark Matter Triggers of Supernovae
原始黑洞穿过白矮星时，通过动力学摩擦，在黑洞轨道周围产生局部加热。对于质量足够大的黑洞，这种热量可以引发失控的热核聚变，导致白矮星爆炸成为超新星。观测到的白矮星分布的形状与质量高达$1.25 M_{\odot}$排除了原始黑洞与质量$\sim 10^{19}$ gm - $10^{20}$ gm作为当地的暗物质密度的主要组成部分。如果最近NuStar合作小组对银河系中心附近的一群白矮星的观测得到证实，那么质量与$10^{24}$ gm一样大的黑洞将被排除在外。质量在$10^{20}$ gm - $10^{22}$ gm范围内的黑洞也受到观测到的超新星速率的限制，尽管这些界限受到天体物理学不确定性的影响。这些界限可以通过在引力波观测站对白矮星双星的测量得到进一步加强。本文提出的机制可以约束各种其他的暗物质的情况下，如Q球，湮灭/碰撞的大型复合态的暗物质和暗物质的吸积导致形成致密的核心内的恒星模型。白矮星，以其天文寿命和大小，因此可以作为大时空体积探测器，使一个独特的探测暗物质的属性，特别是暗物质候选人，具有低数密度。这一机制也提出了一种有趣的可能性，即一类超新星可能是通过暗物质引发的罕见事件而不是传统的吸积白矮星的机制触发的，白矮星在达到克拉塞卡质量时爆炸。
2015-05-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
