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Synergy of Primordial Black Holes With Particle Dark Matter

研究課題

研究課題/領域番号 23K13109
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

Takhistov Volodymyr  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 量子場計測システム国際拠点, 准教授 (10897771)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードdark matter / primordial black holes / new quantum fields / beyond standard model / astroparticle physics / cosmology / Dark Matter / Primordial Black Hole
研究開始時の研究の概要

The research aims to establish novel signatures of primordial black holes (PBHs) from the early Universe that could contribute to dark matter, relevant for multitude of upcoming observations. Further, the research will systematically explore synergy of PBHs and models of particle dark matter.

研究実績の概要

I discovered a novel method using gravitational wave lensing to identify primordial black holes (PBHs) surrounded by particle dark matter (DM) halos on an event-by-event basis, a challenge for other approaches. Additionally, I demonstrated that NASA's soon-to-be-launched Roman Space Telescope is capable of uniquely probing extended DM structures, including PBHs with particle DM halos, with sensitivity up to four orders of magnitude beyond constraints. Further, I also discovered several mechanisms for efficient particle DM production Hawking evaporation of PBHs. Intriguingly, one such general mechanism allows to make regurgitated particle DM over huge range 1-10^(16) GeV from evaporating PBHs, themselves composed of collapsing particles, opening parameters considered excluded.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

I discovered a novel method using gravitational wave lensing to identify primordial black holes (PBHs) surrounded by particle dark matter (DM) halos on an event-by-event basis, overcoming challenges faced by other approaches. I also demonstrated that upcoming Roman telescope can uniquely probe extended DM structures, including PBHs with particle DM halos, with unique sensitivity beyond current constraints. Additionally, I identified novel mechanisms for efficient particle DM production through PBH Hawking evaporation, revealing a broad range of particle DM masses from 1 to 10^(16) GeV. This interdisciplinary research in cosmology, astrophysics, and particle physics has significantly advanced across several directions with powerful insights into the co-existence of PBHs and particle DM.

今後の研究の推進方策

I plan to further investigate scenarios and their manifestations where dark matter is composed of primordial black holes and particles. This research will integrate multiple disciplines, including cosmology, astrophysics, and particle physics. Further, the research is expected to connect theoretical models to variety of observations and experiments.

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 17件、 査読あり 6件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 11件)

  • [雑誌論文] Energy-dependent Boosted Dark Matter from Diffuse Supernova Neutrino Background2024

    • 著者名/発表者名
      Anirban Das, Tim Herbermann, Manibrata Sen, Volodymyr Takhistov
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2403.15367

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Gravitational Wave Probe of Planck-scale Physics After Inflation2024

    • 著者名/発表者名
      Weiyu Hu, Kazunori Nakayama, Volodymyr Takhistov, Yong Tang
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2403.13882

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Bosenovae with Quadratically-Coupled Scalars in Quantum Sensing Experiments2024

    • 著者名/発表者名
      Jason Arakawa, Muhammad H. Zaheer, Joshua Eby, Volodymyr Takhistov, Marianna S. Safronova
    • 雑誌名

      arXiv.2402.06736

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Diffuse Axion Background2024

    • 著者名/発表者名
      Joshua Eby, Volodymyr Takhistov
    • 雑誌名

      arXiv.2402.00100

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] New Light on Dark Extended Lenses with the Roman Space Telescope2024

    • 著者名/発表者名
      DeRocco William、Smyth Nolan、Takhistov Volodymyr
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 965 号: 1 ページ: L3-L3

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ad3644

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of finite material size on axion-magnon conversion2024

    • 著者名/発表者名
      Chigusa So、Ito Asuka、Nakayama Kazunori、Takhistov Volodymyr
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 2024 号: 1 ページ: 185-185

    • DOI

      10.1007/jhep01(2024)185

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Universal gravitational waves from interacting and clustered solitons2024

    • 著者名/発表者名
      Lozanov Kaloian D.、Sasaki Misao、Takhistov Volodymyr
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 848 ページ: 138392-138392

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.138392

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Primordial black hole neutrinogenesis of sterile neutrino dark matter2024

    • 著者名/発表者名
      Chen Muping、Gelmini Graciela B.、Lu Philip、Takhistov Volodymyr
    • 雑誌名

      Physics Letters B

      巻: 852 ページ: 138609-138609

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2024.138609

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Non-Canonical Nucleon Decays as Window into Light New Physics2023

    • 著者名/発表者名
      Kare Fridell, Chandan Hati, Volodymyr Takhistov
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2312.13740

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Primordial Black Hole Sterile Neutrinogenesis: Sterile Neutrino Dark Matter Production Independent of Couplings2023

    • 著者名/発表者名
      Muping Chen, Graciela B. Gelmini, Philip Lu, Volodymyr Takhistov
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2312.12136

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Co-Existence Test of Primordial Black Holes and Particle Dark Matter2023

    • 著者名/発表者名
      Han Gil Choi, Sunghoon Jung, Philip Lu, Volodymyr Takhistov
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2311.17829

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Axion Universal Gravitational Wave Interpretation of Pulsar Timing Array Data2023

    • 著者名/発表者名
      Kaloian D. Lozanov, Shi Pi, Misao Sasaki, Volodymyr Takhistov, Ao Wang
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2310.03594

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Regurgitated Dark Matter2023

    • 著者名/発表者名
      TaeHun Kim, Philip Lu, Danny Marfatia, Volodymyr Takhistov
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2309.05703

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Hunting Nonstandard Neutrino Interactions and Leptoquarks in Dark Matter Experiments2023

    • 著者名/発表者名
      Thomas Schwemberger, Volodymyr Takhistov, Tien-Tien Yu
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2307.15736

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of Bosenovae with Quantum Sensors on Earth and in Space2023

    • 著者名/発表者名
      Jason Arakawa, Joshua Eby, Marianna S. Safronova, Volodymyr Takhistov, Muhammad H. Zaheer
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2306.16468

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Universal Gravitational Wave Signatures of Cosmological Solitons2023

    • 著者名/発表者名
      Kaloian D. Lozanov, Misao Sasaki, Volodymyr Takhistov
    • 雑誌名

      https://arxiv.org/abs/2304.06709

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Revisiting tests of Lorentz invariance with gamma-ray bursts: Effects of intrinsic lags2023

    • 著者名/発表者名
      Vardanyan Valeri、Takhistov Volodymyr、Ata Metin、Murase Kohta
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 12 ページ: 123023-123023

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.123023

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Signatures of a High Temperature QCD Transition in the Early Universe2023

    • 著者名/発表者名
      Lu Philip、Takhistov Volodymyr、Fuller George M.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 130 号: 22 ページ: 221002-221002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.130.221002

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] High energy theory seminar2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      University of Tokyo, Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theory seminar2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      University of New South Wales, Sydney, Australia
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Astrophysics colloquium2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      SAS, JAXA Space Agency, Sagamihara, Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Particle theory seminar2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      Seoul National University, Seoul, Korea
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      Synergies at new frontiers at gamma-rays, neutrinos and gravitational waves, U. Tokyo, Kashiwa, Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      CTPU-CGA 2024 Workshop on (Primordial) Black Holes and Gravitational Waves, Daejeon, Korea
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      Focus Week on Primordial Black Hole, U. Tokyo, Kashiwa, Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      Center for Theoretical Underground Physics and Related Areas (CETUP* 2023), Lead, SD, USA
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      1st Workshop on Boosted Dark Matter (BDM2023), Daejeon, Korea
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      XVI International Conference on Interactions Between Particle Physics and Cosmology (PPC 2023), Daejeon, Korea
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      UCLA Dark Matter 2023, Los Angeles, CA, USA
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] talk on astroparticle physics2023

    • 著者名/発表者名
      Volodymyr Takhistov
    • 学会等名
      CERN Neutrino Platform Pheno Week 2023, CERN, Switzerland
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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