宇宙微波背景对吸积原初黑洞的限制
摘要
在 LIGO 首次直接探测到双黑洞并合之后，原初黑洞（PBHs）可能构成部分或全部暗物质的观点重新引发了人们的兴趣。在此我们重新考察吸积 PBHs 对宇宙微波背景（CMB）频谱以及角温度/偏振功率谱的影响。我们计算了 PBHs 的吸积率和光度，并考虑了 CMB 光子的 Compton 阻力与 Compton 冷却对其的抑制作用。我们估算了 Schwarzschild 半径附近的气体温度，进而估算了自由自由光度，并考虑了当背景气体大部分为中性时碰撞电离导致的冷却效应。我们近似处理了 PBHs 相对于背景气体的速度。我们给出了等离子体中能量沉积效率的简单解析估计。我们发现吸积 PBHs 产生的谱畸变太小，无法被 FIRAS 以及目前考虑中的未来实验探测到。我们分析了 Planck CMB 温度与偏振数据，发现在我们最保守的假设下，在数量级上，它们排除了质量 >~ 10^2 M_sun 的 PBHs 作为暗物质主导成分的可能性。
引用
@article{arxiv.1612.05644,
title = {Cosmic microwave background limits on accreting primordial black holes},
author = {Yacine Ali-Haïmoud and Marc Kamionkowski},
journal= {arXiv preprint arXiv:1612.05644},
year = {2017}
}
备注
Version accepted in PRD. Main changes: (i) new section on local radiative feedback. (ii) replaced the "strong feedback" limit by a "photoionization" limit. Massive PBHs have a higher luminosity and tighter constraints in the latter than in the former. The most conservative bounds (derived in the "collisional ionization" limit, equivalent to the "no feedback" case in v1) remain unchanged