[论文解读] Brans-Dicke Theory and PBH in Early Matter-Dominated Era

Bibekananda Nayak, Lambodar P. Singh|arXiv (Cornell University)|May 22, 2009

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文提出，在引力由布兰斯-狄克理论描述的早期物质主导时期，原初黑洞（PBHs）可以形成，导致其寿命更长，且当前丰度高于标准辐射主导情景。该修正引力框架增强了PBH的形成，相较于传统模型施加了更强的观测约束。

ABSTRACT

We have shown that PBHs can be formed in the matter-dominated era if gravity is described by Brans-Dicke theory. Considering an early matterdominated era in between inflation and reheating, we found that the PBHs which are formed during this era lives longer than the standard case where PBHs are formed in early radiation-dominated era. Thus in comparison with stanard scenario more number of PBHs are existing today. Again the constraint on PBH formation becomes stronger than the standard case indicating a significant enhancement in the formation of PBH during the matterdominaed era.

研究动机与目标

• 研究在暴胀之后的物质主导时期，基于布兰斯-狄克引力理论，原初黑洞（PBHs）的形成机制。
• 评估布兰斯-狄克引力相较于标准辐射主导情景，对PBH寿命和当前丰度的影响。
• 推导由于早期宇宙中引力动力学的修正，对PBH形成施加的更强约束。

提出的方法

• 在暴胀与再加热之间建模一个早期物质主导时期，假设布兰斯-狄克理论中存在非最小耦合。
• 分析在布兰斯-狄克引力下密度扰动的增长，以确定PBH形成的条件。
• 利用修正的引力动力学，计算在物质主导时期形成的PBH的寿命。
• 将由此产生的PBH丰度和约束与标准情景（即PBH在辐射主导时期形成）进行比较。
• 使用布兰斯-狄克理论中的有效引力常数，以修正PBH形成的临界坍缩阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 在布兰斯-狄克引力下，原初黑洞是否可以在早期物质主导时期形成？
• RQ2 在物质主导时期形成的PBH寿命与标准辐射主导时期形成的PBH相比如何？
• RQ3 布兰斯-狄克引力对当前PBH丰度有何影响？
• RQ4 在此修正引力框架下，PBH形成的观测约束如何变化？

主要发现

• 由于引力动力学的修正，布兰斯-狄克理论下在物质主导时期形成的PBH，其寿命长于标准情景。
• 在布兰斯-狄克物质主导情景中，PBH的当前丰度显著高于标准辐射主导情形。
• 该框架下对PBH形成的约束更强，表明PBH生成的增强效应更为显著。
• 布兰斯-狄克理论中的非最小耦合导致有效引力强度更高，从而在物质主导期间更有利于PBH的增强形成。