物理学。Rev.D 92，023524（2015）-作为暗物质和星系种子的混合膨胀产生的巨大原始黑洞

作为暗物质和星系种子的混合膨胀产生的巨大原始黑洞

塞巴斯蒂安·克莱斯和胡安·加西亚·贝利多

物理学。版次D92，023524–2015年7月16日出版

摘要

在本文中，我们提出了一种新的假设，即大质量原始黑洞（PBH）是由混合膨胀的温和瀑布阶段产生的大曲率扰动坍塌而产生的。我们确定了膨胀势参数的值，这些参数导致在物质辐射相等的情况下，行星状质量上的PBH质谱达到峰值，并产生与当今暗物质丰度相当的丰度，而宇宙微波背景（CMB）各向异性探测到的尺度上的物质功率谱与普朗克数据一致。这些PBH今天可能通过合并获得了巨大的恒星质量，并且该模型通过了CMB畸变和微透镜的限制。钱德拉在仙女座中部地区对众多伯克希尔哈撒韦候选者的观测结果支持了这一假设。此外，PBH质量分布的尾部可能是星系中心超大质量黑洞的种子以及超发光x射线源的来源。我们发现，我们的有效混合潜力可能来源于D项通货膨胀，例如普朗克尺度的费耶特-伊利奥普洛斯项，但通货膨胀场的亚普朗克值。最后，我们讨论了量子扩散在势不稳定点的含义，它能够产生一个瑞士-中国式的宇宙结构，最终导致明显的宇宙加速膨胀。

收到日期：2015年3月9日

内政部：https://doi.org/10.103/PhysRevD.92.023524

作者和附属机构

塞巴斯蒂安·克莱斯^1,*和胡安·加西亚·巴利多^2,†

¹Namur大学数学系Namur复杂系统中心（naXys），比利时Namur，Rempart de la Vierge 8，5000
²西班牙马德里坎托布兰科马德里汽车大学费西卡研究所UAM-CSIC，28049马德里

^*sebastien.clese@unamur.be公司
^†juan.garciabellido@uam.es

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第92卷，第。2015年7月2日至15日

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图1
今天对PBH丰度的限制，来自河外光子背景（橙色线）、飞秒（红色线）、MACHO（绿色线）和EROS（蓝色线）的微透镜以及FIRAS（青色线）和WMAP3（紫色线）的CMB畸变。球状星团中中子星对恒星形成和捕获的限制如下所示 $ρ_{糖尿病}^{球形Cl} = 2 \times 1 0^{三} GeV公司 {厘米}^{- 三}$ （棕色线）。黑色虚线对应于PBH形成场景的特定实现。图改编自[59].
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图2
参数曲率扰动的功率谱 $米 = ϕ_{c（c）} = 0.1 米_{P（P）}$ , $μ_{1} = 三 \times 1 0^{5} 米_{P（P）}$ 通过对精确的多场背景和线性扰动动力学进行数值积分，得到了实曲线。蓝色虚线通过使用 $δ N个$ 形式主义。蓝色虚线使用 $δ N个$ 公式逼近(31).
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图3
参数值曲率扰动的功率谱 $米 = 0.1 米_{P（P）}$ , $μ_{1} = 三 \times 1 0^{5} 米_{P（P）}$ 和 $ϕ_{c（c）} = 0.125 米_{P（P）}$ （红色-从顶部开始的第一条曲线）， $ϕ_{c（c）} = 0.1 米_{P（P）}$ （蓝色-第三）和 $ϕ_{c（c）} = 0.075 米_{P（P）}$ （绿色-第五），和 $ϕ_{c（c）} = 0.05 米_{P（P）}$ （青色-第6）。这些参数分别对应于 $Π^{2} = 375 / 300 / 225 / 150$ 。功率谱退化为较低的值 $米, ϕ$ 和更大的值 $μ_{1}$ ，保留组合 $Π^{2}$ 常数。对于更大的值 $米, ϕ_{c（c）}$ 简并性被打破：分别获得橙色（从顶部起第二条曲线）和棕色（第四条曲线）的功率谱 $米 = ϕ_{c（c）} = 米_{P（P）}$ 和 $μ_{1} = 300 米_{P（P）} / 225 米_{P（P）}$ .虚线假设 $ψ_{c（c）} = ψ_{0}$ 而实线是在对初始条件下获得的200多个功率谱进行平均后获得的 $ψ_{c（c）}$ 根据宽度高斯分布 $ψ_{0}$ 。与这些实现相对应的功率谱以浅灰色虚线绘制，以供说明。这个 $Λ$ 参数已固定，因此CMB各向异性尺度上的谱振幅与普朗克数据一致。参数 $μ_{2} = 10 米_{P（P）}$ 因此，这些尺度上的标量光谱指数由下式给出 ${n个}_{秒} = 0.96$ .
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图4
形成时的多溴联苯丰度 $β^{形式} (米)$ （顶部面板）和物质辐射相等 $β (米, {N个}_{等式})$ （底部面板）。颜色方案（灰度）与图中给出的参数相对应三获得蓝色虚线曲线 $Π^{2} = 300$ 但是有 $米 = ϕ_{c（c）} = 0.01 米_{P（P）}$ 和 $μ_{1} = 三 \times 1 0^{8} 米_{P（P）}$ ，说明对于给定的值，PBH质量可以任意大 $Π^{2}$ .临界曲率 $ζ_{c（c）}$ 已经设置好，以便在物质辐射相等的情况下产生适量的暗物质。的值 $ζ_{c（c）}$ 在表中报告1.
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图5
相同参数和颜色（灰度）的CMB畸变总光谱，如图所示三和4（棕色和绿色曲线重叠，与标准通货膨胀无区别 ${n个}_{秒} = 0.961$ 且无运行）。这个 $1 σ$ PIXIE和PRISM的极限[参见公式(60)和(61)]也表示为。
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物理审查D

涵盖粒子、场、引力和宇宙学

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