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Sandbox Physics

原初黑洞:从早期塌缩到今天的观测限制

如果黑洞在宇宙最初一秒、任何恒星出现之前就已形成,它们今天应该还在,总质量可能是暗物质的一部分甚至全部。要找它们,就要从早期宇宙预言质量函数,再拿它去对照引力透镜、蒸发、吸积和引力波给出的限制。

调整早期密度峰,对照真实观测限制 →

先读一篇简短的入门文章。三章课程依次推导视界质量、高斯稀有尾部决定的丰度,以及检验质量函数的规则。一篇Python教程把一条微引力透镜限制推广到有质量分布的情形,最后一篇逐节导读2026年的综述。

来源,以及每篇读了多少

  1. Carr, Iovino, Perna, Vaskonen & Veermäe · Primordial black holes: constraints, potential evidence and prospects · arXiv:2601.06024v2 (1 April 2026)

    综述;arXiv 标注期刊信息 Riv. Nuovo Cim. (2026)。通读第II.A.2节(非高斯性)、IV.C(引力波)、IV.E(吸积)、V(小行星质量窗口)、VI(式25至29)以及图2至图6的图注;第II、III节读了部分。

  2. Carr, Raidal, Tenkanen, Vaskonen & Veermäe · Primordial black hole constraints for extended mass functions · arXiv:1705.05567v3, Phys. Rev. D 96, 023514 (2017)

    全文。单个观测量的线性规则(式12)和多个观测量的平方和合并(式13),以及它们成立的前提。

  3. Young, Byrnes & Sasaki · Calculating the mass fraction of primordial black holes · arXiv:1405.7023v4, JCAP 1407 (2014) 045

    第1至4.2节:高斯窗口平滑的密度方差、Press–Schechter尾部估计,以及用来独立核验的式28数值。

  4. Sasaki, Suyama, Tanaka & Yokoyama · Primordial black holes: perspectives in gravitational wave astronomy · arXiv:1801.05235v1

    第2.3节式21至31:视界质量、塌缩效率,以及形成比例换算成今天的丰度。

  5. Harada, Yoo & Kohri · Threshold of primordial black hole formation · arXiv:1309.4201v4, Phys. Rev. D 88, 084051 (2013)

    只读了摘要。摘要给出辐射主导时,数值模拟所用量度下的阈值约为0.41。

  6. Particle Data Group · Review 27, Dark Matter (2025 edition, 1 December 2025)

    第27.1、27.3和27.7节:形成时刻与质量、几类主要限制,以及大约101710^{17}到102110^{21}克的窗口。

  7. Vaskonen · PBHconstraints digitized limits, commit ef2fb03 (MIT license)

    原样使用五张表:EGR、SUB、OGLE、acc和LIGO,并记录了SHA-256。表与论文的对应关系依据仓库里的笔记本。

  8. Smyth, Profumo, English, Jeltema et al. · Updated constraints on asteroid-mass primordial black holes as dark matter · arXiv:1910.01285v2, Phys. Rev. D 101, 063005 (2020)

    只读了摘要。M31里能用的源星比假设的大,Subaru HSC微引力透镜限制在某些质量下因此放宽近三个数量级。

  9. Mróz, Udalski et al. · No massive black holes in the Milky Way halo · arXiv:2403.02386v3, Nature 632, 749 (2024)

    只读了摘要。OGLE二十年观测约8000万颗大麦哲伦云恒星,没有长于一年的事件,因此1.8×10−41.8\times10^{-4}到6.3倍太阳质量的致密天体最多占暗物质的1%。

  10. Carr, Kohri, Sendouda & Yokoyama · New cosmological constraints on primordial black holes · arXiv:0912.5297v2, Phys. Rev. D 81, 104019 (2010)

    只读了摘要。10910^{9}到101710^{17}克的黑洞蒸发对核合成和河外光子背景的影响所给出的限制。

  11. Serpico, Poulin, Inman & Kohri · Cosmic microwave background bounds on primordial black holes including dark matter halo accretion · arXiv:2002.10771v2, Phys. Rev. Research 2, 023204 (2020)

    只读了摘要。吸积改变宇宙微波背景记录的电离历史;在1万倍太阳质量附近,限制达到3×10−93\times10^{-9},结果依赖吸积物理。

  12. Andrés-Carcasona, Iovino, Vaskonen & Veermäe · Constraints on primordial black holes from LIGO-Virgo-KAGRA O3 events · arXiv:2405.05732v2, Phys. Rev. D 110, 023040 (2024)

    只读了摘要。用多种质量函数对O3并合事件做分层贝叶斯分析,1到200倍太阳质量之间原初黑洞最多约占暗物质的千分之一。

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