原初黑洞双星的并合率

原初黑洞长期以来一直是难以捉摸的暗物质 (DM) 的候选者，并且在约 20-100 $M_{\odot}$ 质量范围内仍缺乏严格约束。最近有人提出 PBH 双星可能是 LIGO 首次探测到的信号源。在本文中，我们彻底重新审视了现有的 PBH 双星并合率估计。我们计算了在早期宇宙中形成的 PBH 双星的轨道参数概率分布，考虑了所有其他 PBH 以及标准大尺度绝热扰动的潮汐力矩。然后我们检查了在早期宇宙中形成的 PBH 双星的轨道参数在形成到并合之间是否会受到显著影响。我们的解析估计表明，暗物质晕的潮汐场、与其他 PBH 的相互作用，以及非束缚标准 DM 粒子产生的动力学摩擦，均未对 PBH 双星做显著的功或施加力矩。我们估计重子吸积产生的力矩远弱于先前的计算，尽管可能仍足以显著影响典型 PBH 双星的偏心率。我们还重新审视了当今暗物质晕中由引力俘获导致的 PBH 双星并合率，并考虑了泊松涨落。如果如我们的解析估计所表明的那样，在早期宇宙中形成的双星能够存活至今，它们将主导总的 PBH 并合率。此外，如果 PBH 构成了暗物质的显著比例，该并合率将比 LIGO 当前的上限高出数个数量级。因此，LIGO 将约束约 10-300 $M_{\odot}$ 的 PBH 构成不超过暗物质的约 1%。然而，为了使这一结论完全稳健，仍需对几个复杂的天体物理过程进行数值研究——例如第一批 PBH 暗物质晕的形成及其如何影响 PBH 双星，以及气体在极端偏心双星上的吸积。