通过宇宙光学深度探讨原始黑洞吸积

原始黑洞(PBH)在宇宙后期的吸积可导致显著的质量增长。对于初始质量超过一颗太阳质量的 PBH，更大的质量会进一步加速其吸积辐射输出，可能导致源自宇宙微波背景辐射观测的严格能量耗尽约束。通过 PBH 吸积注入的能量能够电离和加热类星间介质(IGM)，最终影响宇宙重电离和 21 cm 信号的光学深度。本文利用鲍比斯-霍yle 吸积模型探讨了原始黑洞的质量增长，并考虑了 PBH 引起的额外电离和加热效应。我们利用普朗克 2018 年 CMB 测量所确定的光学深度上限，推导出严格的 PBH 丰度限制。我们发现，PBH 吸积增长在后期观察约束下显著增强了质量范围为从几倍太阳质量到 $10^4$ 太阳质量的原始黑洞。PBH 占不可观测质量内容的比例可限制在 $f_{\mathrm{PBH, ini}}\sim 10^{-2}$ 到 $10^{-7}$ 之间，在考虑质量演化后，这些约束可提高一个数量级。此外，我们表明，PBH 质量增长将对预测的氢 21 cm 亮度温度产生可观察的影响。