暗物质轴子与原始黑洞之间的相互作用

如果原始黑洞（PBH）在轴子场开始振荡时已经主导了早期宇宙的能量密度，我们表明 QCD 轴子的遗迹丰度和预期质量范围将被极大改变。由于 QCD 轴子是暗物质的潜在候选者，我们称之为暗物质（DM）轴子。我们主要探索质量范围在 (10^6 - 5×10^8) g 的原始黑洞。我们研究了 DM 轴子遗迹丰度与原始黑洞参数空间之间的关系。我们数值求解了控制辐射时期和原始黑洞主导时期宇宙演化的玻尔兹曼方程组，其给出了早期宇宙的主要能量成分。我们进一步求解了 DM 轴子场的运动方程以获得其当前丰度。除了非相对论产生机制外，轻 QCD 轴子还通过霍金机制从蒸发的原始黑洞中产生，并可能构成暗辐射（DR）的一部分。如果 QCD 轴子被发现，它将使我们深入了解早期宇宙并探测原始黑洞主导时期的物理。我们估计了由原始黑洞蒸发和热退耦产生的暗辐射轴子对该模型的限制，并考虑了 Peccei-Quinn 对称性破缺的暴胀时期的等曲率限制。我们将所得结果与可用的 CMB 数据进行对比，并评论了引力波搜寻的展望。我们简要说明了原始黑洞吸积的后果以及这可能进一步给宇宙学和天体粒子物理建模带来的不确定性。