暗物质的黑洞起源

我们提出了一种纯引力的、红外可计算的暗物质（DM）产生机制。暗物质遗迹丰度与热标准模型（SM）等离子体的共同来源是微黑洞（BH）的 primordial 密度，这些微黑洞通过霍金辐射蒸发进入暗 sector 与 SM sector。该机制根据黑洞蒸发相对于初始哈勃率是“快”还是“慢”，以及 DM 粒子质量相对于初始黑洞温度是“轻”还是“重”，具有四种定性不同的区域。对于每个区域，我们计算了 DM 产额 $Y$ 作为初始态与 DM 质量和自旋的函数。在“慢”区域中，$Y$ 在很宽的初始条件范围内仅依赖于初始黑洞质量，包括黑洞仅占初始能量密度一小部分的情形。DM 以高度非热的能谱产生，在“轻”DM 质量区域（约 $260\,\mathrm{eV}$ 及以上，取决于 DM 自旋）导致来自自由流动的强约束，但在自旋 3/2 和 2 的情形下也可能在结构形成中具有可观测特征。“重”区域（约 $1.2\times 10^8\,\mathrm{GeV}$ 至 $M_{\mathrm{Pl}}$，取决于自旋）不受这些约束影响，并为 DM 探测提供了新可能。在所有情形中均预言存在暗辐射成分。