Theoretical prediction for the spin of primordial black holes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03876
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: Harada Tomohiro 立教大学, 理学部, 教授 (60402773)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ブラックホール / インフレーション宇宙論 / スピン / 重力波 / ビッグバン宇宙論 / 一般相対論 / 重力崩壊

Outline of Final Research Achievements

During the period of this research project, we published three papers in the international refereed journals. In the first one, correcting an error in the preceding paper, we have shown that the nondimensional Kerr parameter of primordial black holes (PBHs) formed in the radiation-dominated era is of the order of 0.001. In the second, we have derived the statistical properties of PBH binaries, such as the correlation functions between the effective spin parameter, mass ratio and Chirp mass. In the third, motivated by the QCD phase transition, we extended this analysis to the equations of state softer than radiation and showed that the spins of PBHs become larger than those formed in the radiation domination.

Free Research Field

理論宇宙物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙はどのように生まれたのかという問いは全人類共通の謎である。この問いに実証的に答えるには、宇宙の過去の姿を伝える化石を調べていくのが正攻法であろう。そこで重力波観測の進展に相まって注目されているのが原始ブラックホールである。原始ブラックホールという化石から宇宙の過去の姿を知る上ではその理論的研究が欠かせない。我々の研究成果は、現在続々と見つかっているブラックホール連星の起源が原始ブラックホールなのかどうかを観測的に決定づける上で基礎的な理論を与えるものである。