质量间隙中的暗黑洞

在恒星演化的标准图景中，对不稳定性——即恒星核心中由于电子-正电子对产生而导致的能量损失——被预言会阻止大质量恒星坍缩成质量约在 50 至 130 太阳质量之间的黑洞，该范围被称为“黑洞质量间隙”。LIGO 探测到包含一颗或两颗质量处于此质量间隙内的黑洞的黑洞双星并合，从而挑战了标准图景，可能指向意外的并合历史、未预料或理解不足的天体物理机制，或是新物理。在此，我们考虑存在“暗 sector”的可能性，其由暗电子、暗质子和类电磁相互作用组成，但无核力。给定此类暗 sector 组分，暗恒星将不可避免地形成，并可能坍缩成质量处于质量间隙内的黑洞。我们详细研究了暗 sector 中成功恒星坍缩所需的冷却过程，并表明在适当选择粒子质量的情况下，我们确实预言暗 sector 黑洞会填充该质量间隙。特别地，我们通过数值发现，为使所得暗 sector 黑洞质量处于质量间隙内，两种暗 sector 重粒子中较重者的质量不能轻于约可见 sector 质子质量。我们讨论了该情形的约束条件，以及如何利用未来更大规模的黑洞并合统计量来检验它。