Авторы
Митичкин Н.А.
Организации
Физический факультет МГУ
Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга МГУ
Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга МГУ
Сессия
Астрофизика и радиоастрономия
Форма представления
Устный
Научный руководитель
Постнов К.А.
Место работы научного руководителя
Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга МГУ
Текст тезисов
Рассматривается модель первичных чёрных дыр (ПЧД) звёздных масс, которые могут образовываться из возмущений кривизны после окончания стадии инфляционного расширения Вселенной в эпоху фазового перехода в квантовой хромодинамике при температуре порядка 150-200 МэВ (модель Долгова-Силка [n3] в рамках модифицированного механизма Аффлека-Дайна [n1]). В этой модели, распределение ПЧД по массам имеет вид универсального логнормального закона [n2].
По данным GWTC-3 из недавних наблюдений O1-O3 коллаборации LIGO/Virgo [n5] была построена эмпирическая функция распределения. А также, рассмотрен случай комбинированной модели, где для расчёта ожидаемого распределения сливающихся двойных ПЧД по массам при регистрации наземными гравитационно-волновыми детекторами LIGO/Virgo с учетом их актуальной чувствительности в новых наблюдениях O1-O3 использовались два распределения. Одним из распределений была лог-нормальная функция распределения по массам источников в двойных системах, а вторым распределением была функция распределения по массам источников в двойных системах, рассчитанной из астрофизических моделей образования двойных чёрных дыр, предложенных в работе Постнова и Куранова 2019 года [n7].
При определённых параметрах лог-нормального распределения, с использованием одной из астрофизических моделей, теоретическая кривая достаточно хорошо описывает эмпирическую функцию распределения, построенную по наблюдениям O1-O3 LIGO/Virgo. Наиболее хорошо эмпирическое распределение описывает комбинированная теоретическая модель с параметрами лог-нормального распределения Mc = 30Msun (Msun – масса Солнца) и gamma = 10, а также с параметром CO_al = 1 (CO_al – параметр общей оболочки) астрофизической модели. Комбинированное распределение соответствует эмпирической функции распределения на уровне 90% в соответствии с модифицированным критерием Колмогорова-Смирнова.
При построении комбинированной модели в части, относящейся к ПЧД, рассматривались две модели формирования двойных ПЧД, названные «pbh 1» [n4] и «pbh 2» [n6]. Обе модели дают примерно одинаковые результаты. Комбинированная модель включает почти равные вклады от слияний астрофизических двойных ЧД (0.47) и первичных ЧД с исходным логнормальным спектром масс (0.53).
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 23-42-00055.
[n1] I. Affleck and M. Dine. A new mechanism for baryogenesis. Nucl. Phys. B, 249(2): 361–380, 1985. doi: https://doi.org/10.1016/0550-3213(85)90021-5.
[n2] S. Blinnikov, A. Dolgov, N. Porayko, and K. Postnov. Solving puzzles of gw150914 by primordial black holes. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2016(11):036–036, 2016. doi: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2016/11/036.
[n3] A. Dolgov and J. Silk. Baryon isocurvature fluctuations at small scales and baryonic dark matter. Phys. Rev. D, 47(10):4244–4255, 1993. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD. 47.4244.
[n4] Ioka K., Chiba T., Tanaka T., Nakamura T. Black hole binary formation in the expanding universe: Three body problem approximation // Phys. Rev. D. –1998. –Sep. –V. 58, no. 6. –P. 063003. –astro-ph/9807018.
[n5] A. H. Nitz, S. Kumar, Y.-F. Wang, S. Kastha, S. Wu, M. Sch¨afer, R. Dhurkunde, and C. D. Capano. 4-OGC: Catalog of gravitational waves from compact-binary mergers. arXiv:2112.06878, 2021. doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2112.06878.
[n6] Raidal M., Spethmann C., Vaskonen V., Veerm¨ae H. Formation and evolution of primordial black hole binaries in the early universe // JCAP. –2019. –Feb. –V. 2019, no. 2. –P. 018. –arXiv:1812.01930.
[n7] K. A. Postnov and A. G. Kuranov. Black hole spins in coalescing binary black holes. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 483(3):3288–3306, 2019. doi: https://doi.org/10.1093/mnras/sty3313.
По данным GWTC-3 из недавних наблюдений O1-O3 коллаборации LIGO/Virgo [n5] была построена эмпирическая функция распределения. А также, рассмотрен случай комбинированной модели, где для расчёта ожидаемого распределения сливающихся двойных ПЧД по массам при регистрации наземными гравитационно-волновыми детекторами LIGO/Virgo с учетом их актуальной чувствительности в новых наблюдениях O1-O3 использовались два распределения. Одним из распределений была лог-нормальная функция распределения по массам источников в двойных системах, а вторым распределением была функция распределения по массам источников в двойных системах, рассчитанной из астрофизических моделей образования двойных чёрных дыр, предложенных в работе Постнова и Куранова 2019 года [n7].
При определённых параметрах лог-нормального распределения, с использованием одной из астрофизических моделей, теоретическая кривая достаточно хорошо описывает эмпирическую функцию распределения, построенную по наблюдениям O1-O3 LIGO/Virgo. Наиболее хорошо эмпирическое распределение описывает комбинированная теоретическая модель с параметрами лог-нормального распределения Mc = 30Msun (Msun – масса Солнца) и gamma = 10, а также с параметром CO_al = 1 (CO_al – параметр общей оболочки) астрофизической модели. Комбинированное распределение соответствует эмпирической функции распределения на уровне 90% в соответствии с модифицированным критерием Колмогорова-Смирнова.
При построении комбинированной модели в части, относящейся к ПЧД, рассматривались две модели формирования двойных ПЧД, названные «pbh 1» [n4] и «pbh 2» [n6]. Обе модели дают примерно одинаковые результаты. Комбинированная модель включает почти равные вклады от слияний астрофизических двойных ЧД (0.47) и первичных ЧД с исходным логнормальным спектром масс (0.53).
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 23-42-00055.
[n1] I. Affleck and M. Dine. A new mechanism for baryogenesis. Nucl. Phys. B, 249(2): 361–380, 1985. doi: https://doi.org/10.1016/0550-3213(85)90021-5.
[n2] S. Blinnikov, A. Dolgov, N. Porayko, and K. Postnov. Solving puzzles of gw150914 by primordial black holes. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2016(11):036–036, 2016. doi: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2016/11/036.
[n3] A. Dolgov and J. Silk. Baryon isocurvature fluctuations at small scales and baryonic dark matter. Phys. Rev. D, 47(10):4244–4255, 1993. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD. 47.4244.
[n4] Ioka K., Chiba T., Tanaka T., Nakamura T. Black hole binary formation in the expanding universe: Three body problem approximation // Phys. Rev. D. –1998. –Sep. –V. 58, no. 6. –P. 063003. –astro-ph/9807018.
[n5] A. H. Nitz, S. Kumar, Y.-F. Wang, S. Kastha, S. Wu, M. Sch¨afer, R. Dhurkunde, and C. D. Capano. 4-OGC: Catalog of gravitational waves from compact-binary mergers. arXiv:2112.06878, 2021. doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2112.06878.
[n6] Raidal M., Spethmann C., Vaskonen V., Veerm¨ae H. Formation and evolution of primordial black hole binaries in the early universe // JCAP. –2019. –Feb. –V. 2019, no. 2. –P. 018. –arXiv:1812.01930.
[n7] K. A. Postnov and A. G. Kuranov. Black hole spins in coalescing binary black holes. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 483(3):3288–3306, 2019. doi: https://doi.org/10.1093/mnras/sty3313.