在 Lyman-$\alpha$ 森林中搜寻原初黑洞暗物质
宇宙学与河外天体物理
2025-10-15 v2 高能天体物理现象
广义相对论与量子宇宙学
高能物理 - 唯象学
高能物理 - 理论
摘要
当代物理学中一个非常紧迫的问题是暗物质（DM）的本质。原初黑洞（PBHs）是动机最强的暗物质候选者之一。轻质量 PBH 已通过对其霍金辐射本身的未探测，或通过未观测到该辐射对天体物理和宇宙学可观测量的任何可测量效应而受到约束。我们通过未探测到 PBH 的霍金辐射对星系际介质（IGM）温度演化的影响，来约束 PBH 对暗物质密度的贡献。我们使用了从 Lyman- 森林观测推导出的最新 IGM 温度结果。我们分别针对旋转和非旋转黑洞，对质量在 g 至 g 之间的作为 PBH 的暗物质比例施加了约束。我们通过两种方式处理天体物理再电离源对 IGM 的加热效应来推导约束。一种方式是完全忽略来自天体物理源的加热，从而给出较弱但对宇宙再电离历史完全稳健的约束。第二种方式是利用电离和温度历史的某些建模，并借此推导更严格的约束。我们发现，对于质量为 g 的非旋转 PBH，当前的测量可将 PBH 密度约束为不超过总暗物质的 0.1%。我们发现这些约束具有竞争力，因此提供了一个探测 PBH 暗物质性质的新可观测量。影响 Lyman- 森林测量的系统误差与其他约束观测不同，因此这是一种互补的探针。
引用
@article{arxiv.2409.10617,
title = {Hunting Primordial Black Hole Dark Matter in Lyman-$\alpha$ Forest},
author = {Akash Kumar Saha and Abhijeet Singh and Priyank Parashari and Ranjan Laha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.10617},
year = {2025}
}
备注
v2: 15 pages, 2 Figures. Minor editorial changes, results unchanged. Published in The European Physical Journal C