Numerical exploration of new frontiers on primordial black hole formation

原初黑洞形成新领域的数值探索

基本信息

批准号：
22KF0168
负责人：
柳哲文
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0168/
关键词：
原始ブラックホール

项目摘要

原始ブラックホール(PBH:Primordia Black Hole)の質量は形成当時の宇宙の状態方程式に強く依存する．一方，我々の宇宙はこれまでに，QCD相転移や電弱相転移などのいくつかの相転移を経験したと考えられており，この相転移時期には実効的に状態方程式が柔らかくなることが知られている．本研究では素粒子標準模型を超えた理論モデルにおいて予言される相転移を考え，それに伴う状態方程式の変化が原始ブラックホール形成に与える影響を調べた．特に相転移が滑らかなクロスオーバーとなっている場合に注目し，10の-16乗太陽質量から10の-6乗太陽質量の質量範囲において，原始ブラックホール量の増幅が期待されることを示した．QCD相転移の時期に形成される原始ブラックホールの質量は重力波によって観測される原始ブラックホールの質量付近に相当することがしられており，QCD相転移による状態方程式の軟化が，原始ブラックホール形成に与える影響は非常に注目されている．本研究では状態方程式の変化を考慮した，詳細な原始ブラックホール形成シミュレーションに予言される原始ブラックホールの質量分布を重力波によって観測された連星ブラックホールの分布と比べることで，原始ブラックホールが起源となる可能性を検証した．本研究で用いた状況設定においては，原始ブラックホールのみを起源として観測結果を再現するには至らず，標準的な天体起源のブラックホールの寄与が必要となることを示唆する結果を得た．

原始黑洞（PBH）的质量在很大程度上取决于宇宙形成时宇宙状态的方程。另一方面，据信我们的宇宙经历了多种相变，例如QCD相变和电动相变，并且众所周知，在此相变时，状态方程有效地软化了。在这项研究中，我们考虑了基本粒子标准模型以外的理论模型中预测的相变，并检查了状态方程对原始黑洞形成的影响的影响。我们关注以下事实：相变是一个平滑的交叉，并表明原始黑洞量的扩增预计在10 -16太阳能质量至10 -6太阳能质量的质量范围内。在QCD相跃迁期间形成的原始黑洞的质量对应于引力波观察到的原始黑洞的质量，并且由于QCD相跃迁对原始黑洞的形成而引起的状态方程的影响引起了极大的关注。在这项研究中，我们通过比较了在详细的原始黑洞形成模拟中预测的原始黑洞的质量分布与引力波观察到的二进制黑洞的分布，从而研究了原始黑洞可能是起源的可能性。在本研究中使用的情况下，我们发现结果表明，仅使用原始黑洞作为其起源，不可能重现观察结果，并且必须使用标准天文学来源的黑洞的贡献。