[论文解读] Reheating sensitivity on primordial black holes

Rong-Gen Cai, Tong-Bo Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文研究了重加热历史——特别是变化的e-折叠数和状态方程——如何影响原初黑洞（PBH）的丰度，当PBH质量分数为扩展分布而非单色分布时。利用具有准拐点的单场暴胀模型，研究表明重加热可使PBH峰值位置、振幅和暗物质丰度发生多个数量级的变化，显著增加PBH暗物质情景中的不确定性。

ABSTRACT

We investigate the sensitivity of reheating history on the abundance of primordial black holes (PBHs). Contrary to the monochromatic case of mass fraction of PBH, reheating era with different e-folding and equation-of-state can have a substantial impact on the abundance of PBH with an extended mass fraction. We demonstrate explicitly this reheating sensitivity in an illustrative model of single field inflation with a quasi-inflection point, and find that both the peak position and amplitude of the extended mass fraction as well as the abundance of PBH in DM can vary by many orders of magnitude, which adds another layer of uncertainty on the PBH scenarios as dark matter.

研究动机与目标

• 评估在质量分数扩展的模型中，原初黑洞（PBH）丰度对重加热历史的敏感性。
• 研究重加热e-折叠数和状态方程的变化如何影响PBH形成及其在暗物质中的占比。
• 量化由重加热动力学引起的PBH暗物质情景中的不确定性。

提出的方法

• 建立一个具有准拐点的单场暴胀情景，以生成扩展的PBH质量分数。
• 通过改变重加热的e-折叠数和状态方程参数，模拟不同的重加热历史。
• 在不同重加热条件下计算原初曲率功率谱和PBH质量函数。
• 利用扩展质量分数计算PBH丰度及其对暗物质的贡献。
• 比较不同重加热情景下PBH丰度的变化，以评估其敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 重加热历史如何影响扩展PBH质量分数的峰值位置？
• RQ2 重加热e-折叠数和状态方程的变化如何影响PBH质量函数的振幅？
• RQ3 重加热在多大程度上能改变PBH在暗物质预算中的丰度？
• RQ4 与单色质量分数情景相比，PBH丰度对重加热的敏感性在扩展质量分数模型中如何变化？

主要发现

• 重加热历史显著改变了扩展PBH质量分数的峰值位置，不同e-折叠数下可观测到位置偏移。
• PBH质量函数的振幅随重加热参数变化而发生多个数量级的改变，尤其受状态方程影响显著。
• 由于重加热动力学，即使暴胀参数固定，PBH对暗物质的贡献丰度也可发生多个数量级的变化。
• 与单色情况相比，扩展质量分数模型中PBH丰度对重加热的敏感性显著增强。