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源于衰变暗物质的直接坍缩黑洞候选者

高能物理 - 唯象学 2026-04-16 v3 宇宙学与河外天体物理

摘要

将 1-13.6 eV 的光子注入早期宇宙可以抑制分子氢的丰度,并极大地改变恒星形成历史,从而产生直接坍缩黑洞。这些黑洞反过来可以解释最近观测到的令人困惑的高红移超大质量黑洞种群,这些黑洞似乎需要超爱丁顿吸积。我们表明,星系际介质中轴子暗物质的衰变可以解释这种能量注入。我们使用气核的单区模型,并半解析地演化其化学热性质,以追踪系统成为原子冷却晕的条件——这是产生重黑洞种子以解释高红移黑洞种群的必要前提。轴子质量在 24.5-26.5 eV 之间且光子耦合低至 4×10124\times 10^{-12}/GeV 的窗口可能实现这种原子冷却晕条件。我们强调了分子氢的能带结构对这一过程有效性的重要性,并讨论了重种子种群的估计和测试该模型的前景。

关键词

引用

@article{arxiv.2509.25325,
  title  = {Direct Collapse Black Hole Candidates from Decaying Dark Matter},
  author = {Yash Aggarwal and James B. Dent and Philip Tanedo and Tao Xu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2509.25325},
  year   = {2026}
}

备注

30 pages + 3 appendices, 10 figures; v2: corrected typos (including missing line in Fig. 8), updated references; v3: minor revisions from referee (technical content and conclusions are unchanged), copy-editing revisions. Matches published version