Constraints on ultralight scalar bosons within black hole spin measurements from LIGO-Virgo's GWTC-2
如果黑洞的半径与玻色子的波长相当，那么在快速旋转的黑洞周围就可以形成超轻玻色子云--比如轴子。星云迅速从黑洞中提取角动量，并将其减少到一个特征值，该值取决于玻色子的质量以及黑洞的质量和自旋。因此，对黑洞质量和自旋的测量可以用来揭示或排除这种玻色子的存在。利用LIGO和Virgo在GWTC-2中释放的黑洞，我们同时测量了黑洞形成时的自旋分布和标量玻色子的质量。我们发现，数据强烈反对的存在的标量玻色子之间的$1.3\times10^{-13}~\mathrm{eV}$和$2.7\times10^{-13}~\mathrm{eV}$的衰变常数$f_a\gtrsim 10^{14}~\mathrm{GeV}$的质量范围。统计证据主要是由两个{二元黑洞}系统GW 190412和GW 190517驱动的，它们拥有快速旋转的黑洞。如果这两个系统在黑洞形成后不久（$\sim 10^5$年）合并，那么排除玻色子的区域就会缩小。
2021-04-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Methods and prospects for gravitational wave searches targeting ultralight vector boson clouds around known black holes
本文提出基于隐马尔可夫模型的长持续时间信号跟踪方法，用于探测旋转黑洞周围超轻矢量玻色子云产生的引力波，并证明当前探测器可探测质量≥60太阳质量、自旋≥0.6的黑洞矢量云，光度距离达1 Gpc。
2023-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Phenomenology of ultralight bosons around compact objects: in-medium suppression
本文研究等离子体介质对超轻玻色子与光子转换的抑制效应，发现高密度等离子体可显著降低甚至完全抑制转换率，并探讨其对黑洞超辐射和观测信号的影响。
2024-09-30 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Searching for ultralight bosons with supermassive black hole ringdown
超轻玻色子是暗物质的一种竞争性候选者。如果它们存在，这些玻色子可能会通过超辐射不稳定性形成围绕旋转黑洞的长寿命玻色子云，作为引力源并影响宿主黑洞周围的引力波传播。在极端质量比的吸气过程中，玻色云将在吸气阶段幸存下来，并能影响受扰黑洞玻色云系统的准正规模频率。在这项工作中，我们计算了旋转黑洞由于周围玻色子云的存在而引起的引力准正规模频率的变化。然后，我们进行模拟分析模拟激光干涉空间天线观测数据包含注入振铃信号的超大质量黑洞与玻色子云。我们发现，利用不到一个小时的附近超大质量黑洞（如人马座A* 和M32）振铃阶段的观测数据，我们可以排除或确认质量为$ \sim 10^{-17} \rm eV$的云状超轻玻色子的存在。
2021-10-07 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational wave signatures of ultralight vector bosons from black hole superradiance
在超轻玻色子场的存在下，旋转的黑洞对超辐射是不稳定的。黑洞的旋转能量被转换成非轴对称的、振荡的玻色子云，它通过发射几乎单色的引力辐射而消散。因此，地面或空间探测器的引力波观测可以用来探测与标准模型弱耦合的暗粒子的存在。在这项工作中，我们专注于大量的矢量玻色子，通过超辐射增长得更快，并产生显着更强的引力波相比，标量的情况下。我们使用黑洞微扰理论的技术来计算不同玻色子质量和黑洞质量和自旋的参数空间的相对论正确的引力波信号。这填补了文献中平空间近似和时域计算之间的空白，平空间近似在非相对论极限下低估了引力波振幅，在相对论范围内高估了它，时域计算只覆盖了参数空间的有限部分。我们还确定泛音超辐射不稳定模式将增长速度比较低频率的基本模式的参数范围。这种情况下将产生一个独特的引力波信号，由于拍的同时填充模式，我们计算。
2020-01-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Common Envelope Evolution of Ultralight Boson Clouds
International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific, University of Chinese Academy of Sciences（国际理论物理中心亚太分中心，中国科学院大学）；Department of Astronomy, Tsinghua University（清华大学天文系）；Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe (Beijing/Hangzhou), University of Chinese Academy of Sciences（太极引力波宇宙实验室（北京/杭州），中国科学院大学）
研究超轻玻色子云在双黑洞系统中的共同包层演化，揭示其对轨道偏心率增长的影响
2026-02-04 astro-ph.HE gr-qc
Quasinormal modes of rotating black holes with ultralight scalar fields
Beijing Institute of Mathematical Sciences and Applications（北京数学与交叉科学研究院）；St John’s College, Cambridge（剑桥大学圣约翰学院）；DAMTP, Centre for Mathematical Sciences, University of Cambridge（剑桥大学数学科学中心应用数学与理论物理系）
该研究首次精确计算了被非最小曲率耦合大质量标量场包围的快速旋转黑洞的准正则模式频率领头阶偏移，其结果为利用现有引力波信号搜寻超轻标量粒子提供了可能。
2026-10-14 astro-ph.HE gr-qc
The imprint of superradiance on hierarchical black hole mergers
超轻玻色子是宇宙学和粒子物理学中悬而未决的问题的解决方案：它们提供了暗物质候选者，同时可能解释强电荷宇称问题。如果它们存在，超轻玻色子可以通过超辐射不稳定性与黑洞相互作用。在这项工作中，我们探讨了这种不稳定性的后果，在致密的星团的层次黑洞的演化。通过降低单个黑洞的自旋，超辐射降低了合并的双黑洞的反冲速度，这反过来又增加了分层合并残余物的保留分数。我们表明，质量为$ 2\times10^{-14}\lesssim μ/\textrm{eV} \lesssim2\times10^{-13}$的超轻玻色子的存在将导致核星团中的分层黑洞合并率增加。在这个能量范围内的超轻玻色子将导致多达$\approx60\%$的现今核星团支持等级增长。超轻玻色子的存在还可以使中等质量黑洞与本宇宙中的$\approx0.08$\、Gpc $^{-3}$\、yr $^{-1}$的合并速率加倍。这些结果意味着，超轻玻色子质量的选择范围可以对致密恒星环境中的黑洞种群产生深远的影响。未来对黑洞群的研究和分层形成的黑洞的自旋分布将测试这种情况。
2021-07-25 astro-ph.HE gr-qc
Dark Matter-Independent Orbital Decay Bounds on Ultralight Bosons from OJ287
利用OJ287超大质量黑洞双星，首次设定了与暗物质无关的超轻玻色子质量动力学约束，并提出超辐射动力学可解决黑洞演化停滞问题并在引力波背景留下可测信号。
2025-08-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Wave Duet by Resonating Binary Black Holes within Ultralight Dark Matter
本文研究双黑洞与超轻玻色暗物质孤子的共振相互作用，指出其可在引力波波形中产生独特振荡，并有望被 LISA 等未来实验探测。
2025-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Self-Gravity Effects of Ultralight Boson Clouds Formed by Black Hole Superradiance
该研究利用完全广义相对论轴对称解分析黑洞超辐射形成的标量与矢量超轻玻色子云自引力，修正频率演化与superrad波形，并揭示其对ISCO和光环的影响。
2025-03-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing ultralight bosons with LISA observations of spinning black hole mergers and follow-up searches of merger remnants
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（爱因斯坦研究所））
本研究基于LISA观测大质量黑洞双体并合及后续遗迹搜索，通过黑洞自旋测量和引力波搜索，预测了标量与矢量超轻玻色子的质量限制及探测概率，为超轻玻色子的探测提供了前景。
2026-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Plasma Effects on Lasing of Uniform Ultralight Axion Condensate
由于超轻轴子凝聚体与电磁场的耦合，将其激光化为光子对背景等离子体的存在很敏感。这种情况特别适用于恒星质量黑洞周围的超辐射轴子凝聚，因为轴子质量可以在周围介质等离子体频率的几个数量级内。本文讨论了黑洞周围等离子体的性质，并分析了等离子体对等离子体频率量级的均匀轴子凝聚体激光的影响。
2018-11-19 astro-ph.HE hep-ph
Ultralight bosons for strong gravity applications from simple Standard Model extensions
我们构建家庭，和具体的例子，简单的标准模型，可以产生超轻的{实或}复杂的矢量或标量与潜在的天体物理学的相关性的扩展。具体来说，这些假定的基本玻色子的质量范围（$\sim 10^{-10}-10^{-20}$ eV）将动态地导致新的非黑洞致密物体（玻色子星）和新的非克尔黑洞，其质量为$\sim M_\odot$到$\sim 10^{10} M_\odot$，对应于天体物理学黑洞候选者的质量范围（从恒星质量到超大质量）。对于每一个模型，我们研究了自发对称性破缺后的质谱和相互作用的性质，讨论了它的理论可行性和警告，以及它的一些潜在的和最相关的现象学意义{连接到}紧凑对象的物理。
2021-12-19 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Getting More Out of Black Hole Superradiance: a Statistically Rigorous Approach to Ultralight Boson Constraints from Black Hole Spin Measurements
Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei,” Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学伽利略·伽利莱物理与天文学系）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Theoretical Particle Physics and Cosmology, King’s College London（伦敦国王学院理论粒子物理与宇宙学）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森尼天体物理中心）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Department of Astronomy, University of Maryland（马里兰大学天文学系）；Department of Physics, Astrophysics, University of Oxford（牛津大学物理与天体物理系）
本文提出一种统计严谨的方法，利用黑洞自转测量约束超轻玻色子的质量和相互作用，改进现有ULB约束并影响QCD轴子研究。
2025-10-09 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Oscillations of the black hole photon ring as a probe of ultralight dilaton fields
本研究探讨了超大质量黑洞超辐射形成的超轻标量云通过标量-电磁耦合改变等离子体频率进而导致黑洞光子环产生振荡，光线追踪模拟表明该效应有望将标量-光子耦合约束在 $g_{ϕγ}\lesssim 10^{-11}\text{GeV}^{-1}$。
2025-05-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Multiband gravitational-wave searches for ultralight bosons
引力波可能是由超轻玻色子产生的少数直接观测值之一，超轻玻色子是受约束的暗物质候选者，可能是粒子理论、高能物理学和宇宙学中几个问题的关键。这些类轴子粒子可以自发地在天体物理学黑洞周围形成“云”，导致连续引力波的强发射，可以被地面和太空中的仪器检测到。尽管已经对这种情况进行了彻底的研究，但尚未认识到这两种类型的检测器可以串联使用（称为“多带”的实践）。在本文中，我们表明，未来的引力波探测器在地面和空间将能够一起工作，以检测质量为$25 \lesssim μ/\left(10^{-15}\, \mathrm{eV}\right)\lesssim 500$的超轻玻色子。在探测双星黑洞吸入时，LISA空间任务将提供关键信息，使未来的地面探测器，如宇宙探测器或爱因斯坦望远镜，能够搜索观测到的双星中单个黑洞周围玻色子云的信号。我们制定了检测策略，并专注于标量玻色子，图表合适的参数空间。我们研究了对系统历史的无知的影响，包括云的年龄和黑洞旋转。我们还考虑了潮汐共振，可能会破坏玻色子云之前，其引力信号变得可检测的地面后续行动。最后，我们将展示如何考虑所有这些因素，以及LISA测量中的不确定性，以获得玻色子质量的限制，从地面观测LISA促进。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Systematic Uncertainties in Ultralight Boson Constraints from Superradiance
The Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文综述黑洞超辐射得到的极轻玻色子的电磁与引力波约束，强调其假设与系统不确定性，指出二者在 $10^{-13}$-$10^{-12}$ eV 质量区的重叠覆盖为模型验证提供互补视角。
2026-10-09 astro-ph.HE hep-ph
The response of ultralight dark matter to supermassive black holes and binaries
标量场可以产生受限结构，如玻色子星或Q球。这些天体是有趣的假想的新“暗物质星”，但也很好地描述了超轻场时的暗物质晕。在这里，我们研究的动力学响应时，在其附近的外部物质（恒星，行星或黑洞）激发的这种限制玻色子结构。这样的微扰既可以是穿过玻色子组态的，也可以只是作为周期源。我们的设置也可以有效地描述一个大质量的黑洞和周围环境之间的相互作用，不久后，大质量的身体已经经历了“踢”，由于重子物质在银河系中心的崩溃。它还描绘了暗物质耗尽作为一个反应的光环内的螺旋双星。我们计算总能量损失，以及在这些过程中辐射的线动量和角动量，并进行第一次自洽计算的动态摩擦作用在这些背景下的移动物体。我们证明了牛顿玻色子星（NBS）中心的引力坍缩为超大质量黑洞伴随着周围核心的微小变化。NBS最终会被吸积，但只有在比哈勃尺度的天体物理参数大的时候。恒星或超大质量双星能够“搅动”并从NBS中排出标量。对于在LIGO或LISA波段的二进制，接近合并，标量发射影响波形在领先的$-6$ PN阶相对于占主导地位的四极项;系数太小，允许检测下一代干涉仪。我们的研究结果提供了黑洞或恒星与它们所处的超轻暗物质环境之间相互作用的完整图景。
2020-08-31 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Bondi-Hoyle-Lyttleton accretion onto a rotating black hole with ultralight scalar hair
数值研究带超轻标量毛的旋转黑洞上的相对论性BHL吸积，发现激波锥与驻点，拟合质量吸积率，并关联Sgr A*和微类星体的准周期振荡。
2023-06-16 astro-ph.HE gr-qc
Modeling and searching for a stochastic gravitational-wave background from ultralight vector bosons
超轻玻色子，在各种超越标准模型的场景中被预测为暗物质候选者，可以触发旋转黑洞周围的超辐射不稳定性。这种不稳定性产生了振荡的玻色子凝聚，然后通过发射近单色的引力波而消散。这样的系统是目前和未来的引力波探测器有希望的来源。在这项工作中，我们考虑最小耦合，大量的矢量玻色子，它可以产生一个显着更强的引力波信号相比，标量的情况下。我们采用最近获得的引力波通量的数值结果，和黑洞种群的天体物理模型，包括孤立的黑洞和二进制合并残留物，计算和研究这些源发射的随机引力波背景的细节。使用贝叶斯框架，我们搜索这样的背景信号发射的数据从第一和第二次观测运行的高级LIGO。我们没有发现这种信号的证据。因此，结果使我们能够约束最小耦合矢量场的质量范围$0.8\times10^{-13}\mathrm{eV}\leq m_b\leq 6.0\times10^{-13}\mathrm{eV}$在95%的可信度，乐观地假设，无量纲自旋分布的孤立黑洞人口是均匀的范围$[0,1]$。在更悲观的假设下，只要无量纲黑洞自旋的均匀分布的上端是$\gtrsim 0.2$，就仍然可以排除$m_b\approx 10^{-13}\mathrm{eV}$附近的较窄范围。
2021-05-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Search for ultralight bosons in Cygnus X-1 with Advanced LIGO
超轻标量，如果它们像理论上那样存在，可以在快速旋转的黑洞周围形成云。这样的云预计会发射出连续的、准单色的引力波，可以被LIGO和Virgo探测到。在这里，我们提出了一个直接搜索的结果，从天鹅座X-1二进制的信号，从先进的LIGO的第二次观测运行的数据。在250-750赫兹波段，我们没有发现引力波存在的证据。在没有结合天鹅座X-1黑洞自旋的现有测量的情况下，我们的结果不利于$6.4 \leq μ/(10^{-13} {\rm eV}) \leq 8.0$中的玻色子质量，假设黑洞在$5 \times 10^6$年前以接近极值的自旋诞生。然后，我们专注于弦轴向的情况下，自相互作用使云高黑洞自旋与天鹅座X-1的测量一致。在该模型中，我们将玻色子质量限制在$9.6 \leq μ/(10^{-13} {\rm eV}) \leq 15.5$中，衰变常数为$f_a\sim 10^{15}$ GeV。未来我们的方法应用到其他来源将产生改进的约束。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Black hole superradiant instability from ultralight spin-2 fields
超轻玻色子场是引人注目的暗物质候选者，并出现在各种超越标准模型的场景中。这些场可以通过超辐射不稳定性从旋转的黑洞中获取能量和角动量，在此期间，宏观玻色子凝聚体在黑洞周围发展。这一现象的显著特征包括天体物理学上黑洞的自旋质量分布中的空隙和凝聚体发射的连续引力波GW信号。到目前为止，这些过程已经在标量场中得到了详细的研究，最近又在矢量场中得到了研究。在这里，我们在黑洞超辐射计划中迈出了重要的一步，通过计算，分析，不稳定的时间尺度，直接GW发射和随机背景，在大质量张量的情况下（即，自旋- $2$）字段。我们的分析是有效的任何黑洞自旋和小玻色子质量。大质量自旋$2$场的不稳定性与标量场和矢量场的不稳定性有一些共同的性质，但其现象学要丰富得多，例如存在具有可比不稳定性时间尺度的多个模式，并且主导GW信号是十六极而不是四极。对质量范围为$M\in(1,10^{10})M_\odot$的自旋黑洞的电磁观测和GW观测可以将假定的自旋- $2$场的质量约束在$10^{-22} \lesssim m_b\,{\rm c^2/eV} \lesssim 10^{-10}$范围内。对于$10^{-17}\lesssim m_b\,{\rm c^2/eV}\lesssim 10^{-15}$，空间任务LISA可以检测到红移为$z=20$甚至更大的源的连续GW信号。
2020-06-03 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Signatures of ultralight bosons in the orbital eccentricity of binary black holes
本研究发现双黑洞周围的超轻玻色子云会在轨道偏心率上留下可观测特征，特定质量区间的新粒子可通过未来引力波探测器的偏心率测量验证，为超轻玻色子探测提供了新途径。
2024-09-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Ultralight Bosons with Binary Black Holes
本文研究了双螺旋中黑洞周围超轻玻色子云的引力波特征。这些云，这是通过快速旋转BH的超辐射不稳定性形成的，在BH质量和自旋的人口，和连续的单色GW信号产生不同的效果。我们发现，一个二进制同伴的存在大大丰富了系统的动力学演化，最显着的是通过存在的共振跃迁之间的增长和衰减模式的云（类似于拉比振荡在原子物理学）。这些共振对当前和未来的GW探测器具有丰富的现象学意义。值得注意的是，来自云的GW信号的幅度可能会降低，并且在许多情况下，在二元合并之前很久就终止了。玻色子云的存在也可以通过有限尺寸效应的印记，如自旋诱导多极矩和潮汐勒夫数，在双星的GW信号中揭示出来。在共振期间云的能量密度的时间依赖性导致有限尺寸项对波形的贡献中的尖锐特征或至少衰减。对这些效应的观测将通过精确的GW数据来限制假定的超轻玻色子的性质，从而提供超越标准模型的新的物理探测。
2018-08-10 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
INTEGRAL constraints on primordial black holes and particle dark matter
国际伽马射线天体物理实验室（INTEGRAL）卫星对银河系的软伽马射线光谱进行了前所未有的测量。在这里，我们使用这些测量来对衰变或湮灭为能量为$E\approx 0.02-2$ MeV的光子的暗物质（DM）设置约束。首先，我们重新审视粒子DM衰变或湮灭为光子对的约束。特别是，对于衰减DM，我们发现，以前的限制被夸大了大约一个数量级。我们新的保守分析发现，DM的寿命必须满足$τ\gtrsim 5\times 10^{26}\,{\rm s}\times (m_χ/\rm MeV)^{-1}$ DM质量$m_χ=0.054-3.6$ MeV。对于MeV尺度的DM，湮灭成光子INTEGRAL设置了迄今为止最强的约束。第二，我们通过超轻的原始黑洞（PBH）的霍金辐射。对于质量为$M_{\rm PBH}$的PBH，这使得它们看起来像具有在$E\approx 5.77/(8πG M_{\rm PBH})$处达到峰值的光子谱的衰变DM。我们使用INTEGRAL数据证明，在95\%C. L.，质量小于$1.2\times 10^{17}$ g的PBH不能包含所有的DM，这是迄今为止对超轻PBH的最严格限制。
2020-06-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
SuperRad: Modeling the black hole superradiance gravitational waveform
本研究提出新引力波形模型SuperRad，结合相对论数值结果与解析拟合，建模超轻玻色云的引力波信号，还评估了LISA对大质量黑洞并合遗迹周围超轻矢量云的探测可行性。
2023-05-02 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Directed searches for gravitational waves from ultralight bosons
引力波探测器可以搜寻尚未发现的超轻玻色子，包括那些被用来解决粒子物理学、高能理论和宇宙学问题的玻色子。地面仪器可以探测$10^{-15}$ eV到$10^{-11}$ eV之间的玻色子质量，这在很大程度上是其他实验无法达到的。本文探讨了寻找已知黑洞周围玻色子云产生的连续引力波的前景。我们仔细研究了预测的波形，并使用最新的数值结果来模拟不同黑洞和玻色子参数的信号。然后，我们证明了一个特定的方法（隐马尔可夫模型跟踪），有效地搜索这样的信号，即使当源参数不完全知道，并允许在理论预测的一些不确定性的适用性。我们实证研究这种方法的灵敏度和计算成本的背景下，玻色子信号，发现这将是可能的目标残留物从紧凑的二进制合并本地化至少有三个工具。对于来自标量云的信号，我们还计算了未来探测器（高级LIGO，LIGO旅行者，宇宙探测器和爱因斯坦望远镜）的探测范围。在其他结果中，我们发现，经过一年的观察，先进的LIGO探测器在设计灵敏度可以检测到这些源高达100 Mpc以上，而宇宙探测器可以达到超过$10^4$ Mpc。这些预测提供了一个更完整的图片比以前的估计的基础上分析近似的信号功率或理想化的搜索策略。最后，我们讨论了具体的影响，后续的紧凑的二元合并和黑洞的x射线双星。在此过程中，我们回顾了黑洞周围玻色子的基本物理，希望在理论和数据分析文献之间提供一个桥梁。
2019-05-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing the existence of ultralight bosons with a single gravitational-wave measurement
光玻色子被认为是基础物理学和宇宙学中各种问题的可能解决方案，包括一大类超越标准模型物理学的候选者，如光子和模量，波暗物质和类轴子粒子。如果自然界中存在轻玻色子，它们将通过超辐射从旋转的大质量黑洞中提取旋转能量，从而自发形成“云”，超辐射是一种经典的波放大过程，人们已经研究了几十年。云的超辐射增长决定了最终黑洞的几何形状，而黑洞的几何形状决定了云的形状。因此，黑洞的几何形状和云都编码了关于轻玻色子的信息。由于这个原因，对黑洞/云系统的引力场的测量（编码在引力波中）是超定的。我们表明，一个单一的引力波测量可以用来验证存在的轻玻色子的模型选择，排除其他解释的信号，并测量玻色子的质量。这样的测量可以做一般的玻色子在质量范围$[10^{-16.5},10^{-14}]$ eV的极端质量比吸气使用LISA观测。
2020-05-13 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Black Hole Superradiance Signatures of Ultralight Vectors
超辐射过程可以从天体物理学的黑洞（BH）中提取角动量和能量，以指数数量的光玻色子填充引力束缚态。我们分析计算超辐射增长率的矢量旋转BH在该制度中，矢量康普顿波长远大于BH的大小。自旋为1的束缚态在恒星BH周围的超辐射时间短至一秒，比自旋为0的束缚态快一千倍。快速的速率使我们能够使用快速旋转的BH在X射线双星的测量，以排除弱耦合自旋1粒子，$5 \times 10^{-14} - 2 \times 10^{-11}$ eV的广泛的质量范围;在$6 \times 10^{-20} - 2 \times 10^{-17}$ eV范围内的较轻的质量开始受到超大质量BH自旋测量在较低的置信水平。我们还探讨了新的矢量粒子可能与引力波（GW）天文学的到来检测路线。LIGO-Virgo合作可能会在合并BH的质量和自旋的统计分析中发现一种新的光矢量粒子的线索。矢量湮灭产生连续的单色引力辐射，可以被目前的GW天文台观测到。在设计灵敏度方面，先进的LIGO可能会测量到来自银河系内部的数千个湮灭信号，而在可观测宇宙中的二元合并中诞生的数百个BH可能会超辐射矢量束缚态，并成为单色引力波的新信标。
2017-08-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Mass, Spin, and Ultralight Boson Constraints from the Intermediate Mass Black Hole in the Tidal Disruption Event 3XMM J215022.4-055108
我们同时成功地拟合了潮汐破裂事件（TDE）3XMM J215022.4-055108的多历元X射线光谱，使用了我们的相对论细长盘模型的修改版本，该模型现在考虑了辐射的角动量损失。我们探讨了不同的磁盘属性和光谱硬化因子fc和红移z的不确定性对估计黑洞质量M和自旋a的影响。在所有理论先验的选择中，我们将M约束为小于2.2e4 Ms（1 sigma置信度）。假设TDE宿主是一个星团，与相邻的，更明亮的，棒透镜状星系在z=0.055，我们约束M和a分别为（1.75+0.45-0.05）e4 Ms和0.8+0.12-0.02，在1 sigma置信度。高，但次极端，自旋表明，如果这个中等质量的黑洞（IMBH）自形成以来已经显着增长，它已经获得了最后的e倍质量的方式与气体吸积的标准和混乱的限制。我们的是第一个明确的IMBH与自旋测量。因此，这个物体代表了天体粒子物理学的一个新实验室;它的M和a严格限制了超轻玻色子的存在，排除了质量为1.0e-15到1.0e-16 eV的玻色子。
2021-05-11 astro-ph.HE
Probing the Origin of Primordial Black Holes through Novel Gravitational Wave Spectrum
本文提出利用包含初级相变信号与黑洞双星及双曲线相遇次级信号的累积随机引力波谱，识别原初黑洞是否源于一阶相变中的异步气泡成核。
2023-07-13 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational wave searches for ultralight bosons with LIGO and LISA
超轻玻色子可以在旋转的黑洞中引发超辐射不稳定性，利用它们的旋转能量来触发玻色子凝聚体的生长。这些玻色子云可能的观测印记包括：（i）直接探测到凝聚体发射的近单色（可分辨或随机）引力波，以及（ii）在天体物理学黑洞的自旋与质量平面（有时也称为“Regge平面”）的大自旋处形成“洞”的统计学显著证据。在这项工作中，我们专注于LISA和LIGO检测或约束标量范围内的质量$m_s\in [10^{-19},\,10^{-15}]$ eV和$m_s\in [10^{-14},\,10^{-11}]$ eV，分别的前景。使用天体物理模型的黑洞人口校准的观测和黑洞微扰理论计算的引力辐射，我们发现，在乐观的情况下，LIGO可以观察到一个随机背景的引力辐射的范围$m_s\in [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]$ eV，并高达$10^4$可分辨的事件在$4$年的搜索，如果$m_s\sim 3\times 10^{-13}\,{\rm eV}$。LISA可以观察到玻色子质量在$m_s\in [5\times 10^{-19}, 5\times 10^{-16}]$范围内的随机背景，如果是$m_s\sim 10^{-17}\,{\rm eV}$，则可以在$4$年搜索中观察到$\sim 10^3$可分辨事件。LISA可以进一步测量黑洞双星的自旋，其组件质量在$[10^3, 10^7]~…
2017-10-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Ultralight Black Holes as Sources of High-Energy Particles
本研究基于黑洞记忆负担效应，提出轻原初黑洞可能存活并成为暗物质候选体，其并合产生的年轻黑洞会发射热谱超高能粒子，并利用地球中微子流强测量约束了小质量原初黑洞暗物质的参数空间。
2025-07-30 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Spins of primordial binary black holes before coalescence
原始恒星质量的黑洞，可能有助于暗物质和观察到的LIGO双星黑洞合并，预计出生时具有非常低的自旋。在这里，我们表明，吸积质量增益的原始黑洞二进制组件从周围的物质可能会导致显着的自旋的组件之前，提供高的初始轨道偏心率的合并。
2019-06-14 astro-ph.HE hep-ph
Coalescing primordial binary black holes with log-normal mass spectrum
在早期宇宙中产生的原始黑洞可以构成暗物质的很大一部分，并作为早期星系形成的种子。质量相当于几十个太阳质量的二元原生黑洞可以解释观测到的LIGO/Virgo引力波事件。在这封信中，我们表明，原始的黑洞与对数正态质量谱中心在$M_0\simeq 15-17 M_\odot$同时解释了啁啾质量分布的检测到的LIGO/室女座二进制黑洞和差分啁啾质量分布的合并二进制推断从LIGO/室女座观测。原始黑洞的对数正态质量谱的参数也给出了解释在$z=6-7$观测到的超大质量黑洞的人口所需的$M\gtrsim 10^4 M_\odot$种子的分数。
2021-01-07 astro-ph.HE hep-ph
Search for Primordial Black Hole Evaporation with VERITAS
原始黑洞是可能在早期宇宙中由密度波动形成的黑洞。理论上说，黑洞会慢慢蒸发。如果初始质量为$10^{14}$ g的原始黑洞形成，它们的蒸发将在这一时期结束，在一个非常高能量的伽马射线的明亮爆发。像VERITAS这样的切伦科夫望远镜实验可以在其档案数据中寻找这些原始的黑洞爆发，限制它们最终蒸发的速率密度。新的分析技术和搜索方法的使用，并将在这里介绍，导致新的限制率密度蒸发的原始黑洞，使用750小时的档案VERITAS数据。
2017-09-01 astro-ph.HE
Erratum: Primordial black hole origin for thermal gamma-ray bursts
本勘误修改了题为“热伽马射线暴的原始黑洞起源“的原始文章，该文章发表在皇家天文学会月刊506，806（2021）上。
2022-02-13 astro-ph.HE
Accreting Primordial Black Holes as Dark Matter Constituents
本研究提出原初黑洞通过磁性吸积正电子素等离子体增长质量，可解释当前宇宙暗物质丰度，并在背景伽马辐射为霍金辐射的假设下排除Bondi吸积。
2024-03-05 astro-ph.HE
