Beyond Standard Model equation of state and primordial black holes
本研究针对标准模型的未解问题,计算多种超对称与复合希格斯模型的物态方程,发现早期宇宙中相关物态方程的降低可使原初黑洞形成率指数级提升,丰度最高可增强20个数量级。
2025-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Primordial non-Gaussianities of gravitational waves beyond Horndeski
在Gao统一的标量-张量理论框架下,我们阐明了张量扰动的原初非高斯性的特征。一般拉格朗日的ADM变量,使框架保持空间协方差,并包括Horndeski理论和Gleyzes-Langlois-Piazza-Vernizzi(GLPV)的推广作为具体情况。它表明,GLPV推广不会产生任何新的条款相比,在三次行动的情况下的Horndeski理论,但四个新的条款出现在更一般的理论超越GLPV。我们计算张量3点关联函数解析处理的色散关系作为一个扰动的修改。由于修改后的色散关系的3点函数的相对变化是只有轻微的配置依赖。当修正色散关系的影响很小时,只有一个立方项产生压缩非高斯性,这是广义相对论中唯一存在的项。相应的非高斯振幅有一个固定的和普遍的特征,因此提供了一个“一致性关系”的原始张量模式在一个相当广泛的单场暴胀模型。所有其他的立方相互作用被发现在等边形状的峰。
2016-02-03 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
Spectral Fingerprints Beyond Degeneracies in Primordial Gravitational-Wave Sources
Indian Institute of Technology, Guwahati(印度理工学院古瓦哈提分校)
针对原初引力波源的简并问题,本文提出利用宽带光谱形状打破简并,通过对比标量与规范场诱导引力波的光谱特征,发现紫外光谱可作为不依赖整体归一化的源机制诊断依据。
2026-09-15 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes Formation Beyond the Standard Cosmic QCD Transition
Institute of Nuclear and Particle Physics, Technical University Dresden(德累斯顿工业大学核与粒子物理研究所);Institute of Theoretical Physics, University of Wroclaw(弗罗茨瓦夫大学理论物理研究所);Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)(德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心);Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)(高级系统理解中心)
本文探讨了原初黑洞在宇宙黑暗时代和暗物质候选中的作用,分析了QCD相变对黑洞形成的影响,并研究了超出标准模型的物理对宇宙方程状态和黑洞形成概率分布的影响。
2026-04-14 astro-ph.CO hep-ph
The primordial "f_NL" non-Gaussianity, and perturbations beyond the present horizon
我们指出,对于红倾的原初功率谱(n<1),原初非线性“fNL”项可能产生非物理意义上的大的CMB各向异性,这是因为它与最大尺度的原初涨落耦合。我们考虑一个运行的光谱指数的原始功率谱模型,并在非常低的波数过渡。我们发现,只有负运行的谱指数模型是允许的,只要没有过渡在一个低波数(即k<<1)。对于常数谱指数的模型,利用最近的CMB和SDSS资料,我们发现在1 σ水平上,在锐截止模型的转换尺度上log(k_c/k_0)>-184。
2009-06-14 astro-ph.CO
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
Cosmic superstrings, metastable strings and ultralight primordial black holes: from NANOGrav to LIGO and beyond
本研究提出超轻原初黑洞通过早期物质主导阶段降低高频引力波振幅,缓解LIGO与PTA数据间张力,并利用未来探测器探索其性质。
2025-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Beyond the power spectrum: primordial and secondary non-Gaussianity in the microwave background
宇宙微波背景观测通常是通过估计功率谱来分析的。在CMB统计是完全高斯的极限下,这提取了所有的信息,但CMB也包含来自次要来源(可能是原始来源)的可检测的非高斯贡献。我们审查可能的来源CMB的非高斯性和描述的统计技术进行了优化,测量它们,补充功率谱分析。$N$ -点关联函数的机制为原始非高斯信号或引力透镜的最优估计提供了一个统一的框架。我们审查最近的结果,从应用这些估计的数据从WMAP卫星任务。
2011-11-08 astro-ph.CO
Primordial Black Hole Formation during a Strongly Coupled Crossover
原始黑洞的最终质量分布对宇宙状态方程在功率谱所能达到的尺度上是敏感的。出于相变在几个超越标准模型的理论,其中一些是强耦合的存在,我们分析了生产的原始黑洞在这种相变,我们使用规范/重力对偶模型。我们集中在(通常被认为是物理上无趣的)的情况下,相变只是一个平滑的交叉。我们发现在$M_{\rm{PBH}}\in[10^{-16},10^{-6}]M_{\odot}$范围内原始黑洞产生的增强。
2023-02-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A Cosmological Signature of the Standard Model Higgs Vacuum Instability: Primordial Black Holes as Dark Matter
对于当前的希格斯粒子和顶质量的中心值,标准模型希格斯粒子势在$10^{11}$ GeV量级上产生了不稳定性。我们表明,这种不稳定性的宇宙学签名可能是暗物质的形式原始黑洞种子希格斯波动在通货膨胀。暗物质的存在可能不需要超越标准模型的物理学。
2018-04-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Holes: from Theory to Gravitational Wave Observations
原始黑洞(PBH)可以在早期宇宙中形成,并且可能包含暗物质的重要部分。有趣的是,它们伴随着引力波(GW)信号的产生,它们可能有助于LIGO/Virgo合作组织(LVC)目前观察到的合并事件。在这篇论文中,我们研究了PBH的情况下,解决各种属性的形成时代和计算的丰度超出高斯范式,同时也发展的理论描述PBH的演变通过吸积和合并,特别是侧重于模拟他们的GW签名。在第二部分中,我们比较原始的情况下,与当前的GW数据,抓住可能的贡献PBH二进制LVC信号和预测未来的GW探测器,如爱因斯坦望远镜和LISA的潜力,以检测合并的原始二进制和随机GW背景诱导在二阶PBH形成机制。
2021-10-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
TASI Lectures on Primordial Cosmology
这些讲座涵盖了原始宇宙学的各个方面,重点是标准模型之外的物理观测测试。第一部分,我们研究了热大爆炸中新的轻粒子的产生及其对宇宙微波背景各向异性的影响。在第二部分中,我们研究了在暴胀过程中产生超大质量粒子的可能性,并确定了它们在高阶宇宙学关联中的印记。
2018-07-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
EFT Beyond the Horizon: Stochastic Inflation and How Primordial Quantum Fluctuations Go Classical
我们确定了描述暴胀超哈勃尺度的有效理论,并证明它是适用于开放系统的有效场论的特殊情况。开放系统允许在感兴趣的自由度和那些被整合出来的自由度之间交换信息,例如通过流体移动的粒子。严格地说,它们一般不能用有效拉格朗日量来描述;相反,适当的“低能”极限是描述慢自由度的密度矩阵演变的林德布拉德方程。我们导出了近德西特时空中量子场的超哈勃模方程,并得到了两个结果。我们表明,对角密度矩阵元素的演变迅速接近Starobinsky的随机暴胀图片的福克-普朗克方程。这提供了一个替代的第一原理推导这张图片的随机噪声和漂移,以及其领先的校正。(An应用程序计算具有亚光速声速的系统的噪声。)我们认为,相互作用的存在驱动器的非对角密度矩阵元素为零的字段的基础。这说明了为什么场基是原初量子涨落退相干的“指针基”,而它们在视界之外,从而允许它们作为经典涨落重新进入,正如分析CMB数据时所假设的那样。退相干过程是有效的,发生在几个哈勃时间后,即使是像引力强度这样弱的相互作用。至关重要的是,相互作用的细节在很大程度上只控制退相干时间,而不是最终的后期随机状态的性质,就像相互作用可以控制热系统的平衡时间,但在很大程度上与所产生的平衡态的性质无关。
2014-11-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark matter and dark radiation from evaporating primordial black holes
质量范围从$10^{-5}$到$10^9$ g的原始黑洞可能存在于早期宇宙中。通过它们的蒸发机制(在大爆炸核合成之前完成),它们可能释放出超出标准模型的稳定粒子。我们重新考虑了这样的粒子可能构成今天观测到的暗物质的主要部分或一小部分的可能性,更新了暖暗物质约束对这种情况的影响。如果足够轻,来自原始黑洞蒸发的稳定粒子也可能对暗辐射做出重大贡献。我们概括了以前的研究,这个有趣的暗物质和暗辐射的产生机制,包括吸积和熵不守恒的可能数量的影响。我们还详细讨论了标准模型之外的稳定粒子候选者的一些具体例子。
2020-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes and Induced Gravitational Waves from a Smooth Crossover beyond Standard Model
本工作研究超出标准模型的平滑过渡导致$w$和$c^2_{\rm s}$软化的情况,数值计算次级诱导引力波,发现其信号特征可被探测并区分纯辐射情形,且场景与PBHs构成暗物质相容,引力波能解决质量函数简并性。
2024-07-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial non-gaussianity up to all orders: theoretical aspects and implications for primordial black hole models
我们发展了一种精确的形式,用于计算曲率微扰场中存在局部非高斯性(NG)时的原初黑洞(PBH)丰度。这是第一次,我们包括NG超越广泛使用的二次和三次近似,并考虑一个完全通用的功能形式。采用压缩函数的阈值统计,我们解决了窄功率谱和宽功率谱下丰度的计算问题。虽然我们的公式是通用的,我们讨论明确的例子,现象学的相关性考虑的曲率场的物理情况。我们仔细评估在哪些条件下,传统的微扰方法可以信任。在窄功率谱的情况下,只有当微扰展开被推到二次阶之外时(最佳截断阶取决于谱的宽度),才会发生这种情况。最重要的是,我们证明了微扰的方法是固有的缺陷时,考虑广泛的光谱,在这种情况下,只有非微扰计算捕捉正确的结果。最后,我们描述了我们的研究结果之间的联系的丰富的PBH和随机引力波(GW)的背景下,他们的形成的唯象相关性。由于NG修改了产生给定PBH丰度所需的扰动幅度,并在大规模范围内提高了PBH的产量,因此对这些效应进行建模对于将PBH情景与当前和未来GWs实验中的签名联系起来至关重要。
2023-02-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Holes from Higgs Vacuum Instability: Avoiding Fine-tuning through an Ultraviolet Safe Mechanism
我们最近提出了这样一个想法,即我们宇宙中的暗物质是由标准模型希格斯在暴胀过程中产生的原始黑洞形成的,这要归功于标准模型希格斯势在$10^{11}$ GeV量级上产生的不稳定性。从这个意义上说,暗物质不需要任何超越标准模型的物理学,尽管该机制需要微调,以避免希格斯粒子过度进入危险的AdS真空。我们展示了如何通过将希格斯粒子与质量为$\gg 10^{11}$ GeV的非常重的标量耦合来自然地避免这种微调,该标量稳定了深紫外线中的电势,但保留了标准模型内建立的机制的基本特征。
2018-04-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Beyond isolated curvature peaks: collective collapse and multiple Primordial Black Hole formation
Asia Pacific Center for Theoretical Physics(亚太理论物理中心);Pohang University of Science and Technology(浦项科技大学)
本研究通过数值模拟发现原初曲率扰动并非一对一形成原初黑洞,引入新诊断量并补充线性表面强度,表明坍缩结果还与曲率环境的空间范围等因素相关。
2026-09-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Testing a Two Field Inflation Beyond the Slow-Roll Approximation
考虑一个包含普通标量场和DBI场的双场暴胀模型。我们的工作超出了慢滚近似,但我们假设一个可分离的哈勃参数。在此基础上,我们导出了势的形式,并详细研究了原始扰动的谱。我们还研究了在这种情况下,在等边和正交组态中的原始扰动的非高斯性的振幅。我们用最近的观测数据对模型进行了测试,并发现了模型参数的一些限制。我们的研究表明,对于DBI参数的某些范围内,该模型是与观察一致的,它也有可能有很大的非高斯性,这将是观察到的未来改进的实验。
2016-05-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Foreground Biases on Primordial Non-Gaussianity Measurements from the CMB Temperature Bispectrum: Implications for Planck and Beyond
宇宙微波背景(CMB)温度双谱是目前约束原初非高斯性(NG)最精确的工具。普朗克温度数据严格限制了局域型NG:$f_{\rm NL}^{\rm loc} = 2.5 \pm 5.7$的振幅。在这里,我们计算以前被忽视的前景偏差基于温度的$f_{\rm NL}^{\rm loc}$测量,由于集成的萨克斯-沃尔夫(ISW)效应,引力透镜,热和运动学的Sunyaev-Zel'dovich效应,和宇宙红外背景。虽然标准分析已经减去了由于ISW透镜双谱引起的对$f_{\rm NL}^{\rm loc}$的显著偏差,但是在温度双谱中存在许多其他次级各向异性项。我们计算这些信号引起的对$f_{\rm NL}^{\rm loc}$的主要偏差。大部分的偏差是非黑体,因此减少了多频分量分离方法,然而,最近的分析发现,银河系外的前景是目前在普朗克分量分离的地图在不可忽略的水平。此外,普朗克FFP 8模拟不包括产生这些偏差的前景相关性。我们计算个别频率的偏差,有些是可比的统计误差栏$f_{\rm NL}^{\rm loc}$,即使是主CMB通道(100,143和217 GHz)。对于未来的实验,它们大大超过了统计误差(仅考虑温度)。或者,前景贡献可以被边缘化,但是这导致$f_{\rm NL}^{\rm loc}$上的误差条的不可忽略的增加。完整的评估将需要计算与组件分离,理想情况下使用模拟。我们还计算了等…
2018-11-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Non-Gaussianity Beyond the Scalar Sector: A Search for Tensor and Mixed Tensor-Scalar Bispectra with Planck Data
该研究利用Planck PR4双谱和准最优分箱估计器,约束11个张量及张量-标量混合非高斯性模板,未发现显著信号,但显著收紧f_NL界限。
2025-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Primordial Black-Hole Dark Matter via Warm Natural Inflation
我们报告的自然暖膨胀范式(WNI)的研究。我们发现两个重要的新结果出现在这个模型。一是在不超过有效场论的普朗克尺度的情况下,满足观测对宇宙微波背景(CMB)的原始功率谱的约束。第二,WNI能在黑洞质量范围的黄金窗口($10^{-16} -10^{-11}M_{\odot}$)内为原初黑洞(PBH)的产生提供完美的条件,在这个窗口内,WNI能在满足观测约束的前提下解释宇宙中所有的暗物质含量。
2022-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole Hotspots Beyond Flat Spacetime
University of South Dakota(南达科他大学);Korea Institute for Advanced Study(韩国高等研究院);High Energy Accelerator Research Organization(高能加速器研究机构);Chungnam National University(忠南国立大学)
本文研究了原始黑洞通过霍金辐射加热周围等离子体形成热点的过程,指出在膨胀宇宙中热点的冷却阶段有显著变化,温度分布和衰减规律不同于平坦时空情况。
2026-05-08 astro-ph.CO hep-ph
Breakdown of Hawking Evaporation opens new Mass Window for Primordial Black Holes as Dark Matter Candidate
本文考虑霍金半经典近似在半衰期后失效导致蒸发受抑制的效应,重新审视原初黑洞的宇宙学与天体物理学约束,发现原有限制在合理参数范围内完全消失,从而为低于 $10^{10}$ g 的轻原初黑洞作为暗物质候选者开辟了新窗口。
2024-09-03 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
`Standard' Cosmological model & beyond with CMB
观测宇宙学在过去十年中确实取得了非常迅速的进展。由于来自结构形成的观测限制,量化宇宙的能力得到了很大的提高,CMB各向异性的测量以及最近的极化起了非常重要的作用。除了精确确定“标准”宇宙学模型的各种参数外,观测还确立了构成宇宙学模型和宇宙结构形成基础的一些重要基本原则-平坦的、统计各向同性的宇宙中“因果”相关的初始扰动,原始密度扰动的绝热性质。这与暴胀范式的期望和早期宇宙暴胀最简单实现的一般预测是一致的。此外,引力不稳定性是这些初始扰动形成结构的既定机制。宇宙微波背景辐射的各向异性和极化是早期宇宙中新的、可能是基本的物理学最令人信服的证据。该社区现在正在超越宇宙学工作“标准”模型参数的估计,寻找早期宇宙物理学的微妙、特征特征信号。
2011-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Mechanisms for producing Primordial Black Holes from Inflationary Models Beyond Fine-Tuning
本研究分析了单场、多场及含 spectator field 的暴胀模型产生原初黑洞(PBHs)所需的微调,发现阶梯状特征和多场模型能减轻微调并符合CMB约束,为PBH形成提供了更自然的解释。
2024-06-03 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Beyond the Standard cosmological model with CMB
CMB各向异性的测量以及最近的偏振测量在宇宙学中起着非常重要的作用。除了精确确定“标准”宇宙学模型的各种参数外,观测还确立了构成宇宙学模型和宇宙结构形成基础的一些重要基本原则-在一个平坦的、统计各向同性的宇宙中存在“因果”相关的、绝热的、原始的扰动。这与暴胀范式的期望和早期宇宙暴胀最简单实现的一般预测是一致的。此外,重力不稳定性是这些初始扰动形成结构的既定机制。原始微扰观测到的CMB各向异性和极化是最令人信服的证据,新的,可能是基本的,在早期宇宙的物理。目前,科学界正在超越“标准”模型的参数估计,寻找早期宇宙物理学的微妙特征。
2011-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Chiral gravitational waves and primordial black holes in UV-protected Natural Inflation
我们考虑一个紫外保护的自然暴胀方案,涉及陈-西蒙斯的暴胀子和一些超越标准模型规范场之间的相互作用。宇宙的加速膨胀是由对暴胀尺度敏感的引力增强摩擦和与规范波动爆炸性产生相关的量子摩擦效应的组合支持的。这两种速度抑制机制的协同作用允许:$i)$自然暴胀势只涉及次普朗克耦合常数,$ii)$以原始黑洞的形式产生暗物质成分,$iii)$在小尺度下可能观察到手征引力波的背景。
2020-11-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultrahigh frequency primordial gravitational waves beyond the kHz: The case of cosmic strings
研究宇宙弦产生的超高频(千赫兹至100吉赫兹)引力波背景,预测其信号可达大爆炸核合成界限,特征应变高达$10^{-26}$,为探测大统一物理及弦微观结构提供途径。
2024-05-24 astro-ph.CO hep-ph
Connecting the Higgs Potential and Primordial Black Holes
最近的研究表明,小型黑洞可以作为亚稳态希格斯真空成核衰变的种子,大大增加了隧穿概率。任何比$4.5 \times 10^{14}$ g轻的原初黑洞在形成时都已经蒸发了,并且在没有新的物理学超越标准模型的情况下,因此会进入发生种子衰变的质量范围,然而,这样的真真空泡必须渗透才能完全摧毁假真空;这取决于泡数密度和宇宙膨胀的速率。在这里,我们计算宇宙中已经衰变到真正真空的部分,作为原始黑洞形成温度(或等效的质量)的函数,以及导致它们形成的波动的光谱指数。这使我们能够限制原始黑洞的质量谱给定一个特定的希格斯势,相反,如果我们发现原始黑洞的确定质量,我们可以限制希格斯势参数。
2020-06-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Formation of primordial black holes after Starobinsky inflation
我们采用了Appleby-Battye-Starobinsky模型的$F(R)$引力对描述双宇宙膨胀和形成的原始黑洞质量高达$10^{19}$ g的单场模型。我们发现有可能使标量曲率扰动的功率谱增强到超过$10^{15}$ g的Hawking(黑洞蒸发)极限,从而使由这些大的原始扰动的引力坍缩产生的原始黑洞能够在现在的宇宙中生存下来,并形成冷暗物质的一部分.我们的研究结果与目前测量的宇宙微波背景辐射内$3σ$,但需要微调的参数。
2023-02-03 astro-ph.CO hep-th
Forecasts on the contamination induced by unresolved point sources in primordial non-Gaussianity beyond Planck
在本文中,我们提出的污染的预测不同形状的原始非高斯fnl参数-检测未来的宇宙微波背景(CMB)高分辨率各向异性地图-产生的宇宙学感兴趣的频率(45- 375 GHz)未解决的河外点源。我们考虑两种情况:一个理想的(无噪音)任务和未来可能的空间卫星,与仪器特性类似的宇宙起源探测器(COrE)。在温度(强度)和偏振发射数据中考虑了局部、等边、正交和平坦形状。本文用最新的源数计数模型估算了河外点源的角功率谱和双谱。所有最相关的(远红外和无线电选择)源人口对这些形状的影响,在COrE频率进行了研究。分析结果表明,未分辨的河外点源在100- 200 GHz频率范围内不应引起非常相关的非高斯信号,因此不妨碍对CMB原始fnl参数的正确估计。极化信息可以显著减小fnl参数的误差条和未分辨源引起的偏差,从而拓宽fnl研究的频率范围。相反,在nu < 100 GHz or nu >225 GHz,重要的非高斯偏差CMB各向异性地图预计由于未解决的河外源。
2013-03-20 astro-ph.CO
The Irrelevance of Primordial Black Hole Clustering in the LVK mass range
研究证明在现实模型中,原初黑洞超出泊松分布的初始空间聚集对LVK可探测的双星并合不起作用,该结论受FIRAS CMB畸变约束,但不排除对更小质量不适用。
2025-05-02 astro-ph.CO gr-qc
Imprint of a scalar era on the primordial spectrum of gravitational waves
对暴胀引力波(GW)随机背景的研究为探索宇宙在大爆炸核合成之前的演化提供了令人兴奋的可能性。本着这种精神,我们探讨了未来GW观测的敏感性,以广泛的一类超出标准模型的情况下,导致非标准的扩展历史。我们考虑一个新的标量场的相干振荡主导宇宙的能量密度在很早的时候,导致在标准的辐射主导的时代之前的标量时代。这个标量时代在原始GW光谱上的印记提供了一种手段来探测动机良好但难以捉摸的粒子物理模型。我们的工作突出了未来GW观测站在整个可访问频率范围内的互补性。
2019-08-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
New Mass Window for Primordial Black Holes as Dark Matter from Memory Burden Effect
本文提出记忆负担效应会延长原初黑洞寿命,从而放宽BBN和CMB谱畸变对PBH质量范围的约束,使轻于10^9g的PBH可构成全部暗物质。
2024-02-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Bounds on warm dark matter from Schwarzschild primordial black holes
我们考虑轻暗物质候选者起源于史瓦西原始黑洞的蒸发,质量在$10^{-5}-10^9$ g范围内。这些候选粒子是超越标准模型的粒子,它们与其他粒子的耦合可以忽略不计,因此它们只在引力作用下相互作用。它们属于暖暗物质的范畴,但它们破坏了结构的形成,对候选自旋的增加值产生了较软的影响。要求这样的候选人,以充分考虑所观察到的暗物质,我们发现,黑洞统治的情况下,排除所有的自旋值高达2。对于辐射支配的情况下,我们推导出上限的参数$β$(原始黑洞能量密度在形成辐射之一),这是不严格的更高的候选自旋。
2021-03-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Infrared Universality of Scalar Induced Gravitational Waves Beyond Second Order
Department of Physics, College of Sciences, Shanghai University(上海大学理学院物理系)
本研究揭示了标量诱导引力波红外标度在任意阶微扰及非高斯性下的普适性,源于声波慢拍频持续驱动长波张量扰动,为探测宇宙物态方程提供稳健探针。
2026-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-thermal WIMPs and Primordial Black Holes
早期宇宙的非热历史受到了显著的关注,因为它们是现象学的丰富来源,同时也受到自上而下超越标准模型物理学的方法的很好的激励。早期(前BBN)在这些模型中的物质阶段导致增强增长的密度扰动子哈勃尺度。在这里,我们考虑是否原始黑洞的形成与增强的增长是在现有的意见相冲突。这样的约束依赖于原始功率谱的倾斜,我们发现,非热历史的情况下,显着的蓝色光谱的严格约束。或者,如果暗物质被认为是非热起源的,我们可以限制原始功率谱的尺度无法达到CMB和LSS的观测。我们建立了一个广泛的标量质量(再热温度)的约束条件与最严格的界限所造成的形成$10^{15}$ g黑洞。这些黑洞今天可能正在蒸发,并受到费米观测的限制。我们还考虑是否崩溃的相干性的标量振荡的子视界尺度上可以导致一个让的压力,防止黑洞的形成和放松我们的约束。我们的主要结论是,原始黑洞的限制,结合现有的非热WIMP的限制,有利于原始光谱更接近标度不变性或红色倾斜的光谱。
2016-02-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
A numerical approach to stochastic inflation and primordial black holes
某些宇宙暴胀模型在短尺度上产生强烈的宇宙学扰动,这些扰动可能在以后坍缩成原始的黑洞。为了找到这些强扰动和随之而来的黑洞的统计,有必要超越线性扰动理论。随机通货膨胀提供了一种考虑主要非线性效应的方法。在这篇文章中,我讨论了随机通货膨胀的数值计算的最新进展。数值方法可以比解析计算包含更多的非线性,并且可以应用于任何势的单场暴胀模型。
2021-10-20 astro-ph.CO gr-qc
Beyond the two-point correlation: constraining primordial non-gaussianity with density perturbation moments
University of Rochester(罗切斯特大学);Kansas State University(堪萨斯州立大学);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室)
本文提出利用密度扰动矩提高对原始非高斯性的约束灵敏度,相比传统方法提升了21%。
2025-08-18 astro-ph.CO
Primordial black holes in the curvaton model: possible connections to pulsar timing arrays and dark matter
重新审视axion-curvaton模型中原初黑洞的产生,发现本征非高斯性显著影响其丰度与二阶引力波信号的关系,该模型可同时解释小行星质量范围的全部暗物质及NANOGrav和IPTA的纳赫兹暂定信号。
2023-06-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Non-Gaussian Halo Bias Beyond the Squeezed Limit
原始非高斯性,特别是具有广泛不同波长的模式的耦合,可以通过相对于物质的尺度依赖性偏差对示踪剂的大规模聚集产生强烈影响。我们证明了这种非高斯尺度依赖的偏差的标准偏差一般只在原始双谱的极端压缩极限中有效,即在非常大的尺度上聚类。我们进一步展示了如何处理可以推广到更小尺度上的尺度依赖性偏差,而不做任何假设的性质示踪剂除了依赖于一个有限区域内的小尺度波动。如果前导标度相关偏差Δb \propto k^α,则第一个子前导项将标度为k^{α+2}。当考虑尺度k >~ 0.01 h Mpc^{-1}上的聚类时,该校正通常变得相关。
2013-06-13 astro-ph.CO hep-th
Primordial physics from large-scale structure beyond the power spectrum
我们从物质和晕的功率谱、压缩极限双谱和坍缩三谱出发,研究了原初模耦合的约束条件。我们描述这些统计数据的长波$2$点函数涉及的物质/晕密度和位置相关的功率谱。这使我们能够推导出简单的,解析表达式的信息内容,治疗的限制,从规模依赖的偏见在晕功率谱的同一立足点,那些从高阶统计。特别是,我们包括非高斯协方差由于长短模耦合的非线性演化,这表现为长模宇宙方差的位置相关的功率谱。我们发现,双谱预测,忽略了这个宇宙的变化可能会低估$σ(f_{\rm NL})$的一个因素$\sim 3$的物质密度(在$z=1$),通常是一个因素$\sim 2$的晕双谱。来自双谱的约束可以通过将其与功率谱和三谱相结合来改进。原因是,在位置相关的功率谱图,双谱和三谱固有地纳入多示踪剂宇宙方差消除,这是优化的联合分析。对于晕统计,我们讨论了尺度相关的偏见,物质模式耦合,非线性,非高斯偏置($b_{11}^{(h)}$)的作用。虽然晕圈功率谱中的尺度依赖性偏差已经非常有限,但高阶晕圈统计在位置依赖性晕圈功率谱中的随机噪声足够低以使宇宙方差抵消有效的情况下具有竞争力,即对于大的晕圈数密度和大的$k_{\rm max}$。这激发了对这一机制的观察探索。
2018-02-19 astro-ph.CO
Cosmic Whispers of the Early Universe: Gravitational Waves and Dark Matter from Primordial Black Holes
本论文围绕原初黑洞的临界坍缩形成机制,研究其非高斯丰度计算、随机引力波背景及多实验观测约束,并探讨黑洞与早期宇宙基础物理的联系。
2025-01-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
QCD and electroweak phase transitions with hidden scale invariance: implications for primordial black holes, quark-lepton nuggets and gravitational waves
Sydney Consortium for Particle Physics and Cosmology(悉尼粒子物理与宇宙学联盟);School of Physics, The University of Sydney(悉尼大学物理学院)
研究基于标准模型的最小非线性尺度不变性框架,探讨其对宇宙学的影响,揭示电磁相变及原初黑洞、引力波和多夸克-轻子 nuggets 的生成机制。
2026-03-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Superradiant axion clouds around asteroid-mass primordial black holes
本文研究小行星质量原初黑洞通过超辐射产生轴子云的动力学与观测效应,发现大量轴子可逃逸并积累在星系或星系际介质中,其与光子耦合产生的 X/γ 射线背景已超出观测限制,并展望 Athena 望远镜的探测前景。
2023-01-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Effect of Vacuum Energy on Evolution of Primordial Black Holes in Einstein Gravity
考虑到现在的宇宙不再是物质主导的宇宙,而是真空能量主导的宇宙,我们研究了原日黑洞的演化。我们还考虑了辐射、物质和真空能量在各自主导期内的吸积。在这种情况下,我们发现辐射吸积效率应该小于0.366,吸积率比B. Nayak等人,\cite{ns} .因此,这里的原始黑洞寿命比以前的作品\cite{ns}。物质的吸积同样会略微增加原始黑洞的质量和寿命。然而,真空能量吸积是一个稍微复杂的问题,其中吸积是可能的,只有到一个临界时间。这个临界时间取决于吸积效率和形成时间的值。如果原始黑洞的寿命超过临界时间,那么它的寿命会由于真空能量吸积而增加。但对于目前正在蒸发的太初黑洞,临界时间远晚于它们的蒸发时间,因此真空能量不能影响那些太初黑洞。我们再次发现,从$γ$射线背景极限得到的PBH的初始质量分数的约束变得更强的真空能量的存在下。
2011-07-11 astro-ph.CO gr-qc
Voyager 1 $e^\pm$ Further Constrain Primordial Black Holes as Dark Matter
质量为$M \lesssim {10^{17}}$ g的原始黑洞(PBH)预计将通过霍金辐射向银河系注入亚GeV的电子和正电子。对于地球探测器来说,这些宇宙射线被太阳磁场屏蔽了,但对于旅行者1号来说却没有,它现在已经超出了太阳层顶。我们使用它的数据来限制PBH的暗物质在银河系中的分数,发现PBH与$M<10^{16}$ g不能贡献超过0.1%(或更少的对数正态质量分布)。我们的极限是基于当地的银河系测量,因此补充那些来自宇宙学观测。
2019-01-14 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Induced gravitational waves -- beyond linear cosmological perturbation theory
Queen Mary University of London(伦敦大学皇家玛丽学院)
本研究扩展了宇宙扰动理论,引入线性张量波动作为新源项,发现标量-张量诱导引力波在特定条件下存在不物理增强,探讨了其与原始引力波的关系及非高斯性影响。
2026-01-12 astro-ph.CO
The LISA forecast on a smooth crossover beyond the Standard Model through the scalar-induced gravitational waves
本研究基于LISA探测器和Fisher预测,探讨通过标量诱导引力波探测早期宇宙中超出标准模型的平滑交叉,发现该交叉可在mHz频段留下信号,并与原初黑洞解释暗物质相关。
2025-03-03 astro-ph.CO hep-ph