通过原初黑洞吸积盘产生原初磁场

穿行于星系际介质中的大尺度原初磁场（PMFs）在宇宙中无处不在，并在宇宙演化中扮演关键角色。其起源仍有争议，构成一个非常活跃的研究领域。在本文中，我们考虑在核合成与复合时代之间形成的超大质量原初黑洞（PBHs），提出一种经由该通道产生此类 PMFs 的崭新自然从头机制。具体而言，通过考虑带有局部等温吸积盘的 PBHs，我们研究由环绕黑洞的原初等离子体类涡运动所诱导的 Biermann 电池种子磁场（MF）的生成。最后，通过考虑单色 PBH 质量分布并推导相关 MF 功率谱，我们对星系际尺度上及红移 $z=30$（典型星系被认为形成之时）处的种子 PMF 做出保守估计，其表达式为 $B\simeq 10^{-30}\mathrm{G}\left(\frac{\ell_\mathrm{R}}{10^6}\right)^2\left(\frac{M_\mathrm{PBH}}{10^{14}M_\odot}\right)^{5/2}$，其中 $M_\mathrm{PBH}$ 为 PBH 质量，$\ell_\mathrm{R}\equiv R_\mathrm{d}/R_\mathrm{ISCO}$ 为吸积盘半径 $R_\mathrm{d}$ 与最内稳定圆轨道半径 $R_\mathrm{ISCO}$ 之比。有趣的是，若要求播下量级为 $10^{-30}\mathrm{G}$ 的 PMF 以产生现今星系际尺度上 $10^{-18}\mathrm{G}$ 的磁场，我们发现 PBH 质量的下界在 $[10^{10}- 10^{16}]M_\odot$ 范围内，具体取决于 PBH 吸积盘半径。