黑洞现象学与暗物质搜寻

受近期通过引力波探测到黑洞双星系统的启发，本论文讨论了观测质量在数倍至数百倍太阳质量之间的原初黑洞（PBHs）的两种互补渠道。首先，我们考虑通过气体吸积过程中发出的电磁辐射探测银河系中的黑洞的可能性，分别考察天体物理黑洞族群与假想的原初黑洞族群。我们采用能够考虑辐射反馈的最先进吸积模型。我们的研究结果表明，在银河系中心附近探测天体物理孤立黑洞已指日可待。我们对与此预测相关的不确定性进行了完整的参数化研究。随后我们通过同一渠道约束 PBH 丰度，发现当考虑建模不确定性时，现有界限可显著放宽。我们考虑了由宇宙热历史所驱动的原初黑洞质量函数。在第二部分的引力波观测中，由于两个族群性质存在巨大的理论不确定性，从当前数据中区分天体物理背景与可能的原初信号的可能性受到限制。然而，第三代引力波探测器将能够探测到暗时代之前的并合事件，而那时预计不存在天体物理背景。通过模拟数据生成与分析，我们评估了爱因斯坦望远镜（ET）识别亚主导 PBH 族群的能力，仅基于事件距离测量将其与天体物理族群区分开来。我们发现，若 PBH 至少约占暗物质的 $10^5$ 分之一，ET 应当能够探测并约束其丰度。