利用 Gaia 对原初黑洞进行天体测量微透镜研究

Gaia 空间望远镜为银河系中恒星的天体测量提供了前所未有的精度。在这项工作中，我们探索了 Gaia 通过原初黑洞（PBH）在背景恒星视轨迹中产生的畸变来探测 PBH 暗物质的灵敏度，这种效应称为天体测量微透镜（AML）。我们给出了透镜概率的新颖计算，并将其与已公开发布的 Gaia eDR3 恒星星表结合，以预测 Gaia 将看到的 AML 事件预期率。我们还计算了几个事件可观测量的预期分布，这将有助于降低本底。假设由其他源引起的 AML 类事件的天体物理本底率可忽略，我们随后计算了可对具有单色质量函数的 PBH 参数空间设定的潜在排除限。我们发现 Gaia 对 $0.4~M_\odot$ - $5\times10^7~M_\odot$ 范围内的 PBH 敏感，并对 $\sim 10~M_\odot$ 的 PBH 具有峰值灵敏度，对此它可排除少至由 PBH 组成的暗物质的 $3\times10^{-4}$ 份额。凭借这一极高灵敏度，Gaia 有潜力排除 LIGO/Virgo 观测到的引力波信号源于 PBH 的可能性。我们新颖的透镜概率计算首次包含了中等持续时间透镜事件的影响，即透镜事件持续数年，但仍短于 Gaia 任务寿命。我们预测的质量排除下限对这类事件尤其敏感。随着 Gaia 时序数据的发布，且一旦我们更好地理解本底，我们对透镜率和事件可观测量分布的预测将有助于利用该数据估计 PBH 参数空间的真实排除/发现。