[论文解读] Is Radiation of Black Holes Observable

И. Б. Хриплович, N. Produit|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2006

Relativity and Gravitational Theory被引用 1

一句话总结

本文研究了在当前探测器灵敏度下，原初黑洞（PBHs）的霍金辐射是否可观测。研究发现，如果原初黑洞占银河系暗物质的显著比例，其辐射——无论离散还是连续——都可能被现代仪器探测到，从而将它们对银河系暗物质的贡献上限设定为10⁻⁴。

ABSTRACT

If primordial black holes (PBH) saturate the present upper limit on the dark matter density in our Solar system and if their radiation spectrum is discrete, the sensitivity of modern detectors is close to that necessary for detecting this radiation. On the other hand, if PBHs constitute an essential part of dark matter in our Galaxy, their radiation, either discrete or continuous, is well within the modern sensitivity, and can be possibly distinguished from the radiation of other sources. Even with present data, we arrive at the upper limit on the fraction of PBHs in the dark matter of our Galaxy on the level of $10^{-4}$. None of our conclusions are in conflict with the upper limits on the explosions accompanying final stages of the evolution of PBHs.

研究动机与目标

• 评估当前探测器技术能否探测到原初黑洞（PBHs）的霍金辐射。
• 在原初黑洞构成银河系暗物质显著比例的假设下，评估其辐射的可探测性。
• 基于现有数据，推导出以原初黑洞形式存在的暗物质比例的观测约束。
• 检验原初黑洞蒸发信号是否可与其它天体物理辐射源区分开来。

提出的方法

• 分析原初黑洞霍金辐射的光谱特性，区分离散谱与连续谱。
• 将原初黑洞预测的辐射通量与现代探测器的灵敏度阈值进行比较。
• 利用现有高能辐射观测上限，约束银河系中原初黑洞的丰度。
• 应用对原初黑洞蒸发事件的限制，确保与当前未探测到数据的一致性。
• 在太阳系局部及更广泛的银河系暗物质背景下，评估原初黑洞辐射的可探测性。
• 基于辐射通量约束，推导出原初黑洞对暗物质贡献的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前探测器技术能否探测到原初黑洞的霍金辐射？
• RQ2 原初黑洞辐射的可探测性如何取决于其光谱是离散还是连续？
• RQ3 基于当前辐射数据，可对银河系中以原初黑洞形式存在的暗物质比例施加多大的上限？
• RQ4 原初黑洞辐射是否可与其它天体物理源发射的辐射区分开来？
• RQ5 当前对原初黑洞蒸发事件的观测上限是否与所提出的辐射模型一致？

主要发现

• 若原初黑洞在太阳系中达到暗物质密度上限，现代探测器的灵敏度已接近探测其霍金辐射所需的阈值。
• 若原初黑洞构成银河系中暗物质的显著比例，其辐射完全在当前仪器的探测范围内。
• 原初黑洞的辐射——无论离散或连续——都可能与其它天体物理辐射源区分开来。
• 基于现有数据，银河系中以原初黑洞形式存在的暗物质比例上限被约束在10⁻⁴。
• 模型预测与现有原初黑洞蒸发事件上限之间未发现不一致。