利用霍金辐射确定轻 primordial black hole 的自旋

我们提出一种方法,基于测量光子霍金发射谱中特定特征的能量(包括原初和次级成分),来确定质量范围 $5\times 10^7-10^{12}$ kg(霍金温度 $\sim10$ MeV $-200$ GeV)内原始黑洞(PBHs)的质量和自旋。其动机来自该质量范围内 PBHs 在蒸发时自旋增大的情形,即弦轴子宇宙(string axiverse),其中通过数百甚至数千个轻类轴子粒子的霍金发射可达到无量纲自旋参数 $\tilde{a}\sim 0.1-0.5$。因此,测量当前的 PBH 质量-自旋分布可能是探测标准模型之外物理的重要手段。由于所提方法依赖于给定 PBH 发射光子的能量而非相关通量,它与 PBH-地球距离无关,并且作为副产品也可用于推断该距离。