探索高红移 PBH-$\Lambda$CDM 宇宙：早期黑洞播种、首批恒星与宇宙辐射背景

我们探讨了一类模型的观测含义：该模型中，质量函数宽泛、质量从不足一个太阳质量到 $\sim$10$^6$ M$_{\odot}$ 且符合当前观测限制的 primordial black holes（PBHs，原初黑洞）构成宇宙的暗物质成分。我们给出了该 PBH-\LambdaCDM 宇宙中暗物质与重子物质的形成与演化。在此图景下，PBH 暗物质迷你晕比标准 \LambdaCDM 中坍缩更早，重子冷却并在 $z\sim15-20$ 形成恒星，且这些早期时期的增长中 PBH 开始通过 Bondi 俘获吸积。这些源的体积发射率在 $z\sim20$ 达到峰值，并在较低红移处迅速衰减。因此，PBH 暗物质也可提供一条制造早期黑洞种子并自然解释潜在暗物质晕——宿主星系与中心黑洞关联（表现为 $M_{\rm bh}-\sigma$ 相关性）起源的通道。为估计这些高红移 PBH 暗物质晕的光度函数及对积分发射功率谱的贡献，我们发展了 Halo Occupation Distribution（HOD，晕占据分布）模型。除示踪恒星形成与再电离历史外，它使我们能评估 Cosmic Infrared and X-ray Backgrounds（CIB 与 CXB，宇宙红外与 X 射线背景）。我们发现，在加入额外 IR 恒星发射成分后，向 PBH/AGN 的吸积成功解释了被探测到的背景及其交叉相关。JWST 对深场 IR 源计数分布的探测可能揭示这一高红移恒星形成与吸积 PBH 暗物质群体的存在。