Superradiant dark matter production from primordial black holes: impact of multiple modes and gravitational wave emission
Notice bibliographique
Résumé
A bstract Rotating primordial black holes (PBHs) in the early universe can emit particles through superradiance, a process particularly efficient when the particle’s Compton wavelength is comparable to the PBH’s gravitational radius. Superradiance leads to an exponential growth of particle occupation numbers in gravitationally bound states. We present an analysis of heavy bosonic dark matter (DM) production through three gravitational mechanisms: Hawking radiation, superradiant instabilities, and ultraviolet (UV) freeze-in. We consider PBHs that evaporate before Big Bang Nucleosynthesis (BBN). For both scalar and vector DM, our analysis incorporates the evolution of a second superradiant mode. We demonstrate that the growth of a second superradiant mode causes the decay of the first mode, and thus the second mode cannot further enhance the DM abundance beyond that already achieved by the first mode. Our study also reveals that while superradiance generally enhances DM production, gravitational wave (GW) emission from the superradiant cloud may significantly modify this picture. For scalar DM, GW emission reduces the parameter space where superradiance effectively augments relic abundance. For vector DM, rapid GW emission from the superradiant cloud may yield relic abundances below those achieved through Hawking radiation alone. These findings demonstrate that multiple-mode effect and GW emission play critical roles in modeling DM production from PBHs in the early universe.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».