Stochastic inflationary dynamics beyond slow-roll and consequences for primordial black hole formation
我们考虑了超慢滚阶段中量子扩散对暴胀动力学的影响,这对原始黑洞的形成具有特别重要的意义。我们表明,通过一个充分的分析方法,在随机通货膨胀计算的共动曲率扰动的功率谱匹配精确,在线性水平上,通过求解Mukhanov-Sasaki方程得到的结果,即使在超慢滚阶段的存在下。我们证实了这一结果数值模型中的暴胀子有一个多项式的潜力,并耦合二次的Ricci标量。在途中,我们评估的作用,量子噪声在超慢滚阶段的存在下,并澄清在这种情况下的量子到经典的过渡的问题。
2020-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
One-loop power spectrum in ultra slow-roll inflation and implications for primordial black hole dark matter
本文用 in-in 形式体系在 δϕ 规范下计算含过渡阶段的超慢滚暴胀曲率扰动一圈谱,发现一圈修正受阶段时长控制,原初黑洞暗物质模型中微扰理论未必失效。
2024-07-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constant roll and primordial black holes
已知常滚参数$β\equiv \frac{\ddotϕ}{H\dotϕ}={\rm const.}$为小正值的常滚暴胀产生与当前观测约束相容的略微红倾的曲率功率谱。在这项工作中,我们揭示了恒滚通货膨胀与负$β$和调查如何一个阶段的恒滚通货膨胀可能实现增长的原始曲率功率谱产生一个峰值频谱的原始黑洞丰度。我们首先回顾了在参数$-\frac32<β<0$范围内的恒滚模型的行为,它允许一个恒滚吸引子阶段产生一个蓝色倾斜的曲率功率谱而没有超视界增长。作为一个具体的实现,我们考虑一个潜在的两个慢滚阶段,由恒滚阶段,在某种程度上,满足当前的约束功率谱和原始黑洞丰度。该模型可以产生原始黑洞作为所有的暗物质,LIGO-Virgo事件,或OGLE微透镜事件。由于恒定滚转势允许的不同标量倾斜范围,这种构造特别稳健,并且可通过未来的观测进行检验。
2020-04-18 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial Black Holes and Slow-Roll Violation
在单场暴胀中,原始黑洞(PBH)要成为暗物质,必须至少有${\cal O}(1)$违反慢滚近似,才能在所需的CMB尺度和PBH质量尺度之间的折叠数内增强曲率功率谱。依赖于慢滚吸引子上剩余的暴胀子的功率谱预测可能会严重失败,导致模型中定性错误的结论,如拐点势和错误估计运行质量模型中的质量尺度。我们表明,优化的时间评估哈勃慢滚参数二阶仍然是一个很好的描述了广泛的PBH形成模型,其中高达$10^7$放大功率发生在$10$ efolds或更多。
2017-09-07 astro-ph.CO gr-qc
Inverse volume corrections from loop quantum gravity and the primordial tensor power spectrum in slow-roll inflation
在圈量子宇宙学中研究原始宇宙时,逆体积项与完整性修正一起应被考虑。我们研究了张量功率谱是如何通过这些半经典修正相对于标准广义相对论预言进行修正的。取决于模型的自由参数的值,它示出的光谱可以表现出非常大的偏离其通常的形状,特别是具有非常红的斜率和在红外极限的强运行。
2009-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stochastic constant-roll inflation and primordial black holes
本文求解了随机常滚暴胀系统,发现大第二慢滚参数下的随机效应可将形成小行星质量原初黑洞所需的曲率功率谱高度从$10^{-2}$降至$10^{-3}$。
2023-08-04 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black holes and secondary gravitational waves from string inspired general no-scale supergravity
在一般的无标度超引力暴胀模型中研究了原初黑洞暗物质的形成和标量诱导次级引力波的产生。通过在Kähler势中加入一个指数项,暴胀子经历了一个超低速滚动的周期,小尺度下的原始功率谱的振幅增强到$\mathcal{O}(10^{-2})$ .原始曲率扰动的增强功率谱可以具有尖锐和宽峰。在我们的模型中可以产生一个宽质量范围的PBH,和伴随的SIGW的频率范围从纳赫兹到千赫。我们展示了四个基准点,其中生成的PBH质量约为$\mathcal{O}(10^{-16}M_{\odot})$、$\mathcal{O}(10^{-12}M_{\odot})$、$\mathcal{O}(10^{-2}M_{\odot})$和$\mathcal{O}(10^{2}M_{\odot})$。质量在$\mathcal{O}(10^{-16}M_{\odot})$和$ \mathcal{O}(10^{-12}M_{\odot})$周围的PBH可以构成几乎所有的暗物质,伴随的SIGW可以被即将到来的天基引力波天文台探测。此外,伴随恒星质量PBH形成的SIGW可以用来解释由北美纳赫兹天文台探测到的纳赫兹波段的引力波随机GW背景,并可以由未来的干涉引力波天文台进行测试。
2021-12-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Spectra of slow-roll inflation at second-order with the Gauss-Bonnet correction
耦合到高斯-邦纳(GB)项的单个标量场的慢卷暴胀表示受弦论启发的重要高阶曲率校正。随着精密宇宙学时代的到来,高阶修正的重要性越来越突出。本文利用三阶一致渐近近似方法研究了带GB项的慢卷暴胀的观测预言。我们显式计算了原始功率谱、谱指数、纯量和张量扰动的谱指数的运行以及张量谱和纯量谱之间的比率。这些表达式都是用Hubble和GB耦合流参数写成的,并在慢滚展开中展开到次领先阶。三阶近似的误差上界为$0.15\%$,因此它们代表了迄今为止在文献中获得的最精确的结果。我们期望通过对原始光谱中GB修正的理解以及对它们的约束,为量子引力的UV完备理论,如弦/M理论提供线索。
2017-08-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes and oscillating gravitational waves in slow-roll and slow-climb inflation with an intermediate non-inflationary phase
我们提出了一个新的单场暴胀模型,在这个模型中,通常的慢卷暴胀通过一个短暂的中间非暴胀阶段加入到一个新的慢爬升和慢卷暴胀阶段。然后我们证明了在小尺度下原初曲率扰动可以增强,可以产生相当数量的原初黑洞(PBH),它们构成了暗物质的大部分,伴随PBH形成的标量度规扰动诱导的引力波波(GW)可以通过未来的GW实验检测到,最后但并非最不重要的是,我们的模型与最新的宇宙微波背景观测结果是一致的。值得注意的是,GW光谱在紫外区显示出独特的振荡特征,这源于短的非暴胀阶段。在GW谱中检测到这样的振荡可能表明在整个暴胀中存在这样一个非暴胀阶段,从而为我们提供了一个机会,揭示早期宇宙演化中的一个有趣时期,并将我们的模型与其他模型区分开来。
2020-09-01 astro-ph.CO gr-qc
Effects of Radiation on Primordial Non-Gaussianity
我们研究了单场慢卷暴胀情形下的非高斯特征,在这种情形下暴胀之前是辐射纪元。在这种情况下,双谱和三谱非高斯性都得到增强。有趣的是,在这种情况下的三光谱不依赖于慢滚参数,因此$τ_{NL}$大于$f_{NL}$,这可能是这样的前暴胀辐射时代的签名。
2012-04-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial perturbations from ultra-slow-roll single-field inflation with quantum loop effects
Institute of Physics, Academia Sinica(中央研究院物理研究所);Department of Physics, National Dong Hwa University(国立东华大学物理系);Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica(中央研究院天文及天文物理研究所)
本文研究了超慢-roll单场通胀中量子环效应对原初黑洞形成的影响,推导了生长模式的约束,以澄清一次环修正水平上是否排除了原初黑洞的形成。
2024-01-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Conformal anomaly and primordial magnetic fields
量子化电磁场的共形对称性在弯曲的时空中被打破。我们指出,这种共形异常是能够产生一个相当大的磁场在一个阶段的慢卷膨胀。这种原始磁性的特征在于,对于同向运动的观测者,磁场的平方的期望值,在慢滚中,该期望值在首阶处取值$\ < \vec B^2\ > =\frac{8}{15(4π)^2}\, H^4ε$,其中$ε$是标准慢滚参数。这个结果对弯曲时空中重整化的内在模糊性不敏感。量子态中的信息在暴胀期间被稀释,并且不影响预测。这种强度的原始场能够为观测到的宇宙磁性播下种子。
2013-09-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes and second order gravitational waves from ultra-slow-roll inflation
下一代星载引力波探测器可能会探测到来自原始黑洞的极端质量比螺旋的引力波。为了产生原始黑洞,它贡献了不可忽略的丰富的暗物质,并与观测结果相一致,在原始曲率功率谱的大增强是必要的。对于单场慢卷暴胀,这种增强要求暴胀子的势非常平坦,这将增加$e$ -折叠的数目。为了避免这个问题,需要在拐点附近进行超缓慢的通货膨胀。我们详细阐述了单场暴胀产生原初黑洞暗物质的条件,并提出了一个具有多项式势的玩具模型,实现了曲率功率谱在小尺度下的大幅度增强,同时保持了与大尺度观测的一致性.由小尺度密度大扰动产生的二阶引力波的功率谱与目前脉冲星定时阵的观测结果是一致的。
2018-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial black holes and stochastic inflation beyond slow roll: I -- noise matrix elements
本研究针对需打破慢滚条件的原初黑洞形成单场暴胀场景,拓展随机暴胀形式体系,解析与数值计算了暴胀子势的噪声矩阵元,揭示超慢滚转变下噪声的演化规律,为准确计算扰动分布与原初黑洞丰度提供关键基础。
2023-08-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black hole compaction function from stochastic fluctuations in ultra-slow-roll inflation
本研究针对超慢滚暴胀中随机效应显著的原初黑洞形成问题,利用ΔN形式与常滚近似数值求解致密函数,发现其呈尖峰形态,会大幅提升PBH丰度并拓宽质量分布,需重新开展相关数值模拟。
2024-09-18 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes and Loops in Single-Field Inflation
本文利用δN形式理论计算单场暴胀超慢滚形成原初黑洞情景下曲率扰动功率谱的单圈修正,证明平滑过渡时修正可忽略,从而验证该形成机制的可行性。
2023-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Non-Gaussian tail of the curvature perturbation in stochastic ultra-slow-roll inflation: implications for primordial black hole production
本文首次利用ΔN形式对超慢滚暴涨中的曲率扰动进行随机计算,揭示其高度非高斯尾部,并发现随机效应使原初黑洞丰度比高斯近似增加约10^5倍。
2025-09-19 astro-ph.CO gr-qc
On primordial black holes from an inflection point
最近,有人声称,暴胀模型与拐点的标量势可以产生一个大的共振曲率扰动的功率谱。然而,在本文中,我们表明,以前的分析是不正确的。原因有二:首先,暴胀子从标准暴胀的一个阶段被过冲,因此在到达拐点之前偏离慢滚吸引子。其次,在拐点处(或接近拐点处),超慢滚轨迹取代了慢滚轨迹,因此,不能使用文献中使用的慢滚近似。然后,我们重新考虑的模型,并提供了一个食谱,如何产生一个大的峰值,但通过微调参数的物质功率谱。
2017-09-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Multiple Field Ultra Slow Roll Inflation: Primordial Black Holes From Straight Bulk And Distorted Boundary
研究了场空间中曲线约束的两场超慢卷暴胀模型。曲率扰动和非高斯性可以在USR阶段和从边界处的不均匀性增强。我们采用完全非线性的$δN$方法计算了曲率扰动的概率分布函数(PDF),并证明了非线性效应可以显著增强原初黑洞(PBH)的丰度.对于大曲率扰动,PDF有一个普遍的指数尾,但对于中间值,PDF -因此,PBH的丰度-敏感地依赖于边界的几何形状。
2022-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Broadband Chiral Primordial Gravitational Waves from Constant-roll Inflation in Parity-violating Symmetric Teleparallel Gravity
Anhui Normal University(安徽师范大学);Yangzhou University(扬州大学)
该研究在宇称破缺对称远平行引力框架下,通过恒速暴胀产生宽带手征原初引力波,确定了符合观测约束的参数区域,其信号有望被LiteBIRD、LISA-Taiji等探测,为检验暴胀期宇称破缺引力提供了新途径。
2026-08-20 astro-ph.CO gr-qc
Induced gravitational waves from slow-roll inflation after an enhancing phase
由于暴胀期间的增强特征,波动的原始谱可能呈现大的峰值。这可能包括,但不限于,暴胀子的潜力,超慢滚动或多场空间转弯的阶段。然而,在许多模型中,膨胀并不会在增强功能之后立即结束,并且可能会继续进行第二阶段的缓慢滚动。我们发现,由此产生的诱导引力波可以探测第二暴胀阶段的原始频谱,即使它的振幅太小,直接诱导可检测的引力波。这是因为,如果原始谱中存在尖峰,那么总的引力波谱就不仅仅是由尖峰和标度不变的原始谱分别诱导的引力波之和,而且这些模式之间相互作用的交叉项也变得重要。我们还发现,这样的交叉项总是有一个特征斜率。我们讨论的参数空间,可能会探测未来的引力波探测器在这些信号的存在。
2022-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Anatomy of single-field inflationary models for primordial black holes
我们构造了一个解析可解的简化模型,该模型捕捉了大多数单场暴胀模型中原始黑洞(PBH)产生的基本特征。该结构利用了恒定滚转(或慢速滚转)阶段和之前的超慢速滚转阶段之间的Wands对偶性,并且可以通过两个连接抛物线的简单暴胀子势来实现。在这个框架内,有可能制定明确的通货膨胀的情况下,符合CMB的意见和丰富的生产PBH的任意质量。我们量化的曲率功率谱中的峰的形状在不同的暴胀的情况下的变化,并讨论其对探测PBH标量诱导的引力波背景的影响。我们发现,COBE/Firas $μ$ -扭曲约束排除生产PBH重于$10^4 M_\odot$在单场膨胀。
2022-06-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial non-Gaussianity from ultra slow-roll Galileon inflation
本文在Galileon暴胀框架内研究了慢滚到超慢滚转变期间原初非高斯性的产生,发现急剧转变可产生量级为O(1)的非高斯性振幅,并在USR和SRII阶段违反Maldacena no-go定理,支持大质量原初黑洞的生成。
2023-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Power spectrum of primordial perturbations during ultra-slow-roll inflation with back reaction effects
我们发展了一种非微扰方法,通过Hartree分解研究了在空间平坦的FRW宇宙时空中量子涨落对单场暴胀模型的影响。除了背景场方程和带有量子场涨落修正的Friedmann方程外,还通过引入非零的$Δ_B$项导出了修正的Mukhanov-Sasaki方程.我们考虑宇宙经历慢卷(SR)-超慢卷(USR)-慢卷(SR)暴胀,特别是USR暴胀的存在触发了$Δ_B$的巨大增长,这反过来又对暴胀早期离开视界的模的曲率扰动产生了增强效应。然而,由哈勃参数给出的模式方程中的宇宙摩擦项可能会阻止助推效应。在这里,我们提出了两个代表性的模型来说明这两个相互竞争的条款。
2021-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Featuring the primordial power spectrum: new constraints on interrupted slow-roll from CMB and LRG data
利用WMAP,ACT和SPT实验的最新数据,我们更新了标量扰动的原始功率谱中具有振荡特征的模型的约束条件。这种特征可能出现在慢卷被打断的暴胀模型中,比如多场模型。我们还得到的情况下,除了宇宙微波观测的限制,我们还考虑从第七SDSS目录的发光的红色星系的光谱数据,和SNIa联盟汇编2数据。我们发现:(i)考虑具有原始功率谱特征的模型,与无特征的“vanilla”LCDM模型相比,与数据的一致性提高了Delta(chi ^2)~ 7;(ii)当包含特征时,标准参数确定的不确定性没有降低;(iii)特征模型的最佳拟合将原始光谱中的阶跃定位在尺度k ~ 0.005 Mpc^-1处,对应于WMAP 7数据中在ell=22和ell=40处的异常值所在的尺度。(iv)在较小尺度下的似然性中存在一个明显的峰值,尽管统计上不太显著,但其Delta(chi ^2)约为3.5,其存在可能与WMAP 7偏好标量光谱指数参数的负值有关;(v)纳入LRG-7数据不会显著改变最佳拟合模型,但可以更好地限制振荡幅度。
2012-10-12 astro-ph.CO hep-ph
On the constant-roll inflation
慢卷暴胀过程中标量和张量扰动的本征功率谱通常采用贝塞尔函数近似的方法计算。对于恒滚暴胀或超慢滚暴胀,贝塞尔函数近似方法可能失效。我们比较了数值结果和贝塞尔函数近似的解析结果,发现当慢滚参数$η_H$不小时,它们在超视界尺度上有显著的差异.恒滚暴胀的本征功率谱需要更精确的计算方法。
2018-03-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Exploring Ultra-Slow-Roll Inflation in Composite Pseudo-Nambu-Goldstone Boson Models: Implications for Primordial Black Holes and Gravitational Waves
Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University(名古屋大学小林-益川粒子与宇宙起源研究所)
本文研究由复合领域动态产生的标量势驱动的膨胀,分析超慢-roll膨胀条件,发现其能产生质量在10^3-10^5克范围内的原初黑洞,并预测高频率引力波信号,推动引力波探测前沿。
2026-08-26 astro-ph.CO hep-ph
Primordial non-Gaussianity and power asymmetry with quantum gravitational effects in loop quantum cosmology
圈量子宇宙学(LQC)提供了一个解决经典大爆炸奇点在深普朗克时代。在通常的慢卷暴胀之前,这种演化在慢卷暴胀开始时自然地产生激发态。这些量子引力效应有望在原初微扰谱和非高斯性上留下“指纹”,并在宇宙微波背景(CMB)中提供观测证据。虽然量子效应对原初微扰谱的影响已经被研究并受到当前数据的限制,但在本文中,我们继续研究这种效应对原初曲率微扰的非高斯性的影响。在本文中,我们提出了详细的和分析计算的非高斯性,并明确表明,由于量子效应的修正是在相同的大小的慢滚参数在可观察的尺度,从而在目前的观测约束。尽管如此,我们表明,在超视界尺度的压缩极限的非高斯性可以增强,进一步,这些影响可能会产生一个大的统计各向异性的功率谱通过Erickcek-Kamionkowski-Carroll机制。
2017-09-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constant-rate inflation: primordial black holes from conformal weight transitions
恒速暴胀,包括作为特例的超慢滚,已被广泛应用于原始黑洞的形成,其在功率谱的增长和衰减阶段都显著偏离标准慢滚条件。我们推导出解析解的曲率扰动相对于后期的缩放尺寸(共形权重)的约束下的德西特背景的膨胀对称性,并表明,在不同的滚动阶段的共形权重的连续性保护的绝热条件的暴胀扰动。子领先状态的时间激发(与下一个到最低的共形权重),记录为“最陡的增长”的功率谱,是由熵产生的慢卷到恒速阶段的过渡触发。
2021-11-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Sub-Horizon Amplification of Curvature Perturbations: A New Route to Primordial Black Holes and Gravitational Waves
本文证明第二个慢滚参数任意负值即可通过亚视界增长放大标量功率谱,从而产生原初引力波和原初黑洞,挑战了传统USR机制中需$ε_2≤-6$的假设。
2025-04-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial non-Gaussianities from inflation
这些笔记详细介绍了马尔达西纳对最简单的一类暴胀模型所产生的三点函数的计算:这些模型具有一个单一的暴胀子场,其势满足慢滚条件,其量子涨落开始于渐近的邦奇-戴维斯真空态。在暴胀产生的原始涨落中,三点函数应该是最容易观察到的非高斯性的证据。在这些暴胀理论中,非高斯性被预测为非常小,自然地被小的慢滚参数所抑制。
2014-05-29 astro-ph.CO hep-ph
Probing the primordial power spectra with inflationary priors
我们研究了基于单场慢卷暴胀模型的原始曲率和张量扰动的功率谱与先验的约束。我们随机抽取了哈勃慢滚参数,并利用暴胀流方程生成了原始功率谱。使用最近的观测数据的CMB和几个测量的几何距离在宇宙晚期,贝叶斯参数估计和模型选择的模型,有单独的先验慢卷参数。采用原始功率谱的标准参数化也进行了相同的分析。我们证实了尺度不变的Harrison-Zel'dovich谱是不利的,从以前的研究增加的意义。虽然目前的观测似乎是最佳的单场慢卷膨胀的一些简单模型建模,数据是不够的约束,以区分这些模型。
2010-02-16 astro-ph.CO
Inflation with shallow dip and primordial black holes
本研究针对含浅凹陷的超慢滚暴胀玩具模型展开分析,揭示超慢滚阶段对曲率扰动及原初标量功率谱的增强效应,估算增强上下限并指出其产生的二阶引力波可被未来观测捕捉,为原初黑洞起源研究提供支撑。
2024-11-29 astro-ph.CO
Primordial perturbations and non-Gaussianities in Hořava-Lifshitz gravity
本文研究了Hoenava-Lifshitz引力理论中的原始扰动和非高斯性。在UV极限下,霍罗拉瓦理论中的标量微扰自然是标度不变的,忽略了宇宙膨胀的细节。因此,人们可以放松暴胀子场的指数暴胀和慢滚条件。因此,在标准场景中被“慢滚抑制”的原始非高斯性可能会变大。我们从微扰的双谱计算了非高斯性,发现与通常的广义相对论单场慢卷暴胀模型一样,等边型非高斯性是单位阶的,而局域型非高斯性保持很小.我们的结果是对Hoenava-Lifshitz引力的一个新的约束。
2019-06-25 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Quantum diffusion beyond slow-roll: implications for primordial black-hole production
原初黑洞(PBH)可以在单场暴胀模型中产生,并在势中具有准拐点。在这些模型中,大量生产的PBH需要偏离慢滚(SR)轨迹。反过来,这种SR破坏可以产生量子涨落的指数增长。我们研究了这些量子模的反作用的暴胀动力学使用随机暴胀的Hamilton-Jacobi形式。我们开发了一种方法来解决超越SR的概率分布的统计矩的量子扩散。我们将这些技术应用到一个玩具模型潜在的准拐点。我们发现,有一个增强的功率谱,由于在相位超越SR的随机噪声的主导地位。此外,非高斯校正变得以及相关的一个大的正峰度。总而言之,这产生了PBH生产的显著提高。我们讨论了我们的结果如何扩展到其他单场模型具有类似的动力学。我们的结论是,在这类模型中的PBH的丰度应该重新审视,包括量子扩散。
2018-08-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial black holes and scalar-induced gravitational waves from the perturbations on the inflaton potential in peak theory
对背景暴胀子势的扰动可以使暴胀进入超低速阶段,从而显著增强小尺度下原初曲率扰动的功率谱${\cal P}_{\cal R}(k)$。这种增强的${\cal P}_{\cal R}(k)$将导致原始黑洞(PBH),贡献了暗物质的很大一部分,并将同时产生相当大的标量诱导引力波(SIGW)作为二阶效应。本文用峰值理论计算了PBH的丰度$f_{\rm PBH}(M)$和SIGW谱$Ω_{\rm GW}(f)$。我们分别在$10^{-17}\, M_\odot$、$10^{-13}\, M_\odot$和$30\, M_\odot$的一个或两个典型质量窗口中获得了具有所需丰度的PBH。与此同时,相关的SIGW有望被下一代引力波探测器观测到,而不会破坏当前的约束。特别是,与$30\, M_\odot$的PBH相关的SIGW也可以解释来自NANOGrav 12.5年数据集的潜在各向同性随机引力波背景。
2023-02-14 astro-ph.CO
Primordial Black Holes from Inflation and Quantum Diffusion
由于在小尺度上共动曲率扰动的增强,在单场暴胀模型中可以产生作为暗物质的原始黑洞。这种机制需要离开慢滚阶段进入非吸引子阶段,在此期间,暴胀子穿过平台,其速度呈指数下降。我们认为,量子扩散对原始黑洞的质量分数有显着的影响,使经典的标准预测不可信。
2018-07-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Squeezed primordial bispectrum from general vacuum state
研究了初态为一般真空时,单场慢卷暴胀过程中产生的同动曲率微扰的功率谱与双谱压缩极限之间的一般关系.假设的功率谱的尺度不变性,我们推导出一个公式的双谱的压缩极限,由参数fNL,这是不是慢滚抑制,并发现包含一个单一的自由参数为一个给定的功率谱的振幅表示。然后,我们推导出实现尺度不变的fNL的条件,并讨论了几个例子。
2013-03-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole Formation in Non-Minimal Curvaton Scenario
本文在非最小曲率子场景中研究原初黑洞形成,利用非线性PDF计算PBH丰度,发现非高斯性可近似为局部二次形式,并指出大非高斯极限与超慢滚动暴胀的PDF相似。
2023-12-21 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Inflation and Primordial Fluctuations in $F(T)$ Gravity's Rainbow
我们研究了$F(T)$引力彩虹中的慢卷暴胀和原初涨落的产生。我们得到了标量和张量扰动的二阶作用量,并计算了它们的本征功率谱。因此,在慢滚近似中计算了一阶暴胀观测值(即标量谱指数$n_{s}$和张量与标量比$r$)后,我们将模型的预测与当前的普朗克和BICEP/Keck数据进行了对比。
2022-02-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
In search of an observational quantum signature of the primordial perturbations in slow-roll and ultra slow-roll inflation
在标准暴胀范式中,宇宙学密度扰动在早期宇宙中以量子涨落的形式产生,但随后经历了量子到经典的转变。在这种转变中,量子态的压缩起着关键作用,这是对微扰的衰减模式分量的强烈抑制的结果。由于对宇宙学扰动的测量不断改进,我们想知道是否存在这样的情况,即这种衰变模式在宇宙晚期仍然可以观察到,理想情况下会导致扰动的量子性质的“吸烟枪”签名。我们通过将暴胀后的微扰量子态演化到后暴胀宇宙来解决这个问题。在恢复了标准结果之后,即在慢卷(SR)暴胀中,当观测到扰动时,衰减模确实被绝望地抑制了(抑制了$\sim 115$数量级),我们转向超慢卷(USR)暴胀,在这种情况下,通常的衰减模实际上在超视界尺度上增长。尽管模式函数的行为有如此巨大的差异,我们还是发现在USR中,宇宙晚期衰减模式的振幅被显著地抑制了,实际上是被相同的$\sim 115$数量级抑制了。我们最后解释说,这种大的抑制是一个普遍的结果,持有超越SR和USR的情况下考虑,并遵循海森堡的不确定原理的修改版本和观察到的原始功率谱的振幅。因此,微扰的经典行为与宏观物体的经典行为密切相关,与大质量粒子的位置进行类比,今天的曲率微扰具有$m_{\rm pl}^2/H_0^2 \sim 10^{120}$量级的巨大有效质量,使它们高度经典。
2019-05-04 astro-ph.CO gr-qc quant-ph
Parity violation in primordial tensor non-Gaussianities from matter bounce cosmology
本文研究物质弹跳宇宙学中的原初张量非高斯性,发现非动力学耦合下其振幅仍小于慢滚暴胀情形,引入动力学耦合后可增强非高斯性并有望通过宇宙微波背景实验检验。
2024-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Spontaneous Baryogenesis and Primordial Black Hole Dark Matter from Ultra-Slow-Roll Inflation
King’s College London(伦敦国王学院)
该研究通过超慢滚动膨胀提出一个统一框架,将暗物质、重子不对称性和引力波背景联系起来,利用原初黑洞和重子生成的关联预测再加热温度。
2026-03-11 astro-ph.CO hep-ph
Fitting power spectrum of scalar perturbations for primordial black hole production during inflation
为了描述早期宇宙中暴胀子的缓慢滚动和原始黑洞的形成,在单场模型的框架下,我们提出了暴胀过程中标量(曲率)扰动功率谱的一个简单解析拟合.我们的拟合是由慢滚近似下的功率谱和对数正态(高斯)拟合给出的,慢滚近似下的功率谱是与普朗克/BICEP/Keck测量一致的宇宙微波背景辐射的可行描述所需的,对数正态(高斯)拟合是有效产生原始黑洞所需的功率谱增强(峰值)。我们使用T型$α$吸引子模型来描述慢卷膨胀。要求峰值的位置和高度产生的质量的原始黑洞在小行星大小的窗口允许整个(当前)的暗物质组成的原始黑洞,我们发现的限制,其余的参数,最值得注意的是,对峰的宽度。
2023-02-20 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Power spectrum with $k^6$ growth for primordial black holes
本文研究暴胀中声速与暴胀子滚动速度降低对曲率扰动功率谱的影响,发现声速突变时功率谱仅呈 $k^2$ 增长,而在声速与慢滚参数 $η$ 变化时序的特定条件下,功率谱可达到迄今最陡峭的 $k^6$ 增长,从而在满足宇宙微波背景辐射约束的同时有效产生原初黑洞。
2024-01-15 astro-ph.CO gr-qc
Sudden braking and turning with a two-field potential bump: primordial black hole formation
本文研究双场暴胀模型中高斯势垒凸起导致的曲率扰动放大,从而产生原初黑洞及标量诱导引力波,并扩展了单场模型以缓解初始条件微调问题。
2023-04-07 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black hole dark matter from ultra-slow-roll inflation in Horndeski gravity
Aristotle University of Thessaloniki(萨洛尼卡亚里士多德大学);National Observatory of Athens(雅典国家天文台);University of Patras(帕特雷大学);Scuola Superiore Meridionale(南方高等学院);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所那不勒斯分部);Universidad Católica del Norte(北天主教大学);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文研究了Horndeski引力中超慢-roll膨胀机制,通过增强小尺度曲率扰动产生大量原初黑洞,其质量可解释暗物质的大部分丰度。
2026-08-04 astro-ph.CO gr-qc
Primordial black holes generated by fast-roll mechanism in non-canonical natural inflation
本研究提出广义非正则自然暴胀中的新型快滚机制,通过设置非正则质量标度参数形成类悬崖区域产生原初黑洞与引力波,可匹配多类观测结果且满足理论与观测约束。
2024-10-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Primordial Black Hole Generation in a Two-field Inflationary Model
总结了我们在一类双场暴胀模型中关于原初黑洞产生的工作。关键因素是背景轨迹在场空间中的急转弯。我们表明,某些类的解决方案的运动方程恰恰表现出这种行为。其中,我们找到的解决方案,它描述了一个超慢卷和慢卷阶段的通货膨胀之间的过渡。
2021-12-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On Primordial Black Holes from Rapid Turns in Two-field Models
研究了一类标量流形为庞加莱盘的双场宇宙学模型中的急转弯轨道。多场暴胀背景解,场空间轨迹呈现急转弯,可以播种原生黑洞(PBH)的形成。我们调查了一类精确的解决方案与隐藏的对称性,并表明,他们表现出的那种瞬态快速转弯期,需要诱导PBH代。此外,我们放松的对称性条件,并发现,在一定的制度,修改后的解决方案与改进的行为的哈勃$η$参数,保持所需的形状的转弯率函数。有趣的是,修改后的解决方案描述了一个短暂的超慢滚阶段,然后是长期的慢滚膨胀。值得注意的是,与标准的$α$ -吸引子情形不同,慢滚发生在庞加莱盘的中心附近(而不是边界附近)。
2021-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Implications of stochastic effects for primordial black hole production in ultra-slow-roll inflation
本文通过数值模拟研究超慢滚暴涨中随机噪声对原初黑洞生成的影响,发现非马尔可夫效应次要,随机效应可使原初黑洞丰度增强O(10)到O(10^8)倍,并指出常用近似会显著高估或低估丰度。
2025-09-19 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes and Local Non-Gaussianity in Canonical Inflation
原始黑洞(PBH)不可能在慢滚的正则单场暴胀中产生足够多的暗物质。这一结论是鲁棒的本地非高斯之间的相关性长,短波长的曲率模式,我们表明,在缓慢滚动本地原始黑洞丰度没有影响。对于逃避这种不去的原型模型,超慢滚(USR),这些压缩的非高斯相关性最多有一个订单单位的影响,PBH产生的曲率波动的模型,否则将无法形成足够的PBH的方差。此外,USR的跃迁是一个成功的模型所必需的,它甚至抑制了这种小的增强,除非它导致暴胀子动能在e倍的一小部分中大幅增加,我们称之为大而快的跃迁。一路上,我们适用于在形式主义,三角洲N形式主义,和规范变换计算非高斯和照亮这些结果的物理起源的不同方面。在压缩极限的局部非高斯性并没有削弱高斯的结论,PBH作为暗物质在正则单场膨胀需要一个复杂的和微调的潜在的形状与一个时代的慢卷是短暂的违反。
2019-02-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Highly non-Gaussian tails and primordial black holes from single-field inflation
对于原始扰动,概率分布尾部的高斯统计偏差可以与暴胀的非微扰效应相关联。在本文中,我们提出了一些特殊的例子,其中的尾部的分布变得高度非高斯的统计仍然几乎是高斯的扰动制度。我们从超慢卷暴胀的扩展开始,它包含了一个过渡过程,在这个过程中,暴胀子在收敛到慢卷吸引子之前,在非吸引子阶段的末尾爬上一个微小的潜在台阶。通过这个例子,我们确定了吸引子行为的关键作用,向上一步过渡,然后扩展到另一种类型的过渡与两个缓慢的滚动阶段连接一个微小的步骤的分析。我们进行微扰和非微扰分析的原始波动周围的步骤详细,并表明,微小的,但非平凡的过渡可能会影响大扰动的尾部分布,而微扰的非高斯性仍然很小。我们的研究结果表明,非高斯尾可以有丰富的现象,被忽略了在传统的分析。我们还研究了这种非高斯尾的原始黑洞的形成的影响,并发现它们的质量分数可以参数放大了几个数量级的高斯分布的情况下相比。此外,我们还讨论了这种向上台阶暴胀模型中原初黑洞的形成机制,即暴胀子被捕获在台阶的底部。
2022-12-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
E-models of inflation and primordial black holes
为了包含原初黑洞(PBH)的形成,我们提出并研究了新的(广义的)E型$α$ -吸引子暴胀模型。暴胀子势有一个近拐点,在那里慢滚条件被违反,从而导致大的标量扰动坍缩到PBH后。一个超慢滚(短)阶段存在于两个(较长)阶段的慢滚膨胀之间。我们用数值方法研究了暴胀的相位,导出了标量扰动的功率谱,并计算了PBH的质量。对于某些参数值,小行星大小的PBH可以形成质量为$10^{17}÷10^{19}$ g,超出霍金蒸发极限,并与当前CMB观测一致。这些PBH是目前宇宙中暗物质的候选者,而由PBH形成引起的引力波可能被未来的空间引力干涉仪探测到。
2022-09-12 astro-ph.CO gr-qc hep-th