原初黑洞暗物质与 LIGO/Virgo 观测

LIGO/Virgo 合作组迄今已通过引力辐射的发射探测到十个黑洞双星的并合。许多作者以原初黑洞（PBH）暗物质将导致比观测值大数个量级的并合速率为由（除其他限制外），否定了这些黑洞形成于宇宙 QCD 时期并构成全部宇宙暗物质的假说。我们重访当前 PBH 并合速率的计算。太阳质量 PBH 在较高红移处形成星团，并在较低红移处蒸发。我们首次通过完整数值积分详细考虑了此类星团中由于两个 PBH 双星成员与第三个经过的 PBH 之间三体相互作用导致的双星性质演化。蒙特卡洛分析表明，先前的并合速率预测因这种相互作用降低了数个量级。在 QCD 时期形成的 PBH 暗物质的自然预言产生一个位于 $1M_{\odot}$ 附近的显著峰值，并在约 $30M_{\odot}$ 的肩状结构上具有少量 PBH 质量分数，这由 QCD 时期确定良好的状态方程决定。我们利用这一事实对 $\sim 30M_{\odot}$ PBH 双星的并合速率做出尝试性预言，发现其非常接近 LIGO/Virgo 所确定的速率。此外我们表明，当前 LIGO/Virgo 关于 $\sim M_{\odot}$ 双星存在的限制并不排除 QCD PBH 构成全部宇宙暗物质。来自随机引力背景、复合前吸积或矮星系的 QCD PBH 限制也不构成问题。微透镜对 QCD PBH 的限制应被重新研究。但我们要提醒，在这一数值上具有挑战性的问题中，某些可能相关的效应未能被处理。