额外维度背景下的原初黑洞暗物质

大额外维度（LED）理论，如 Arkani-Hamed、Dimopoulos 与 Dvali 方案，预言靠近 TeV 尺度的“真实”普朗克尺度 $M_\star$，而观测到的 $M_{pl}$ 源于紧致额外维度的几何效应。这些理论允许早期宇宙中由原初黑洞（PBH）的产生，即高温等离子体中黑洞的碰撞形成与后续吸积，从而导致一种新颖的冷暗物质（子）组分。由于它们存在于更高维空间中，质量、半径与温度之间的通常关系被修正，从而相对于其四维对应体表现出不同的行为。在此，我们推导了此类 PBH 候选者的宇宙学产生与演化，包括描述其蒸发的灰体因子，并从蒸发产物的直接观测、对大爆炸核合成的影响以及宇宙微波背景角功率谱获得对 LED PBH 的限制。我们的限制覆盖 2 到 6 个额外维度的情形，以及质量范围从 10 到 $10^{21}$ g 的 PBH。我们发现，对于两个额外维度，LED PBH 代表一种可行的暗物质候选者，其可能的黑洞质量范围在 $10^{17}$ 到 $10^{23}$ g 之间，具体取决于普朗克尺度与再加热温度。对于 $M_\star = 10$ TeV，这对应于质量为 $M \simeq 10^{21}$ g 的 PBH 暗物质，不受当前观测约束。我们进一步精炼并更新了对“普通”四维黑洞的限制。