Papers
Topics
Authors
Recent
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash 99 tok/s
Gemini 2.5 Pro 55 tok/s Pro
GPT-5 Medium 23 tok/s
GPT-5 High 19 tok/s Pro
GPT-4o 108 tok/s
GPT OSS 120B 465 tok/s Pro
Kimi K2 179 tok/s Pro
2000 character limit reached

Non-Gaussianities and Primordial Black Holes (2404.06151v3)

Published 9 Apr 2024 in astro-ph.CO, astro-ph.HE, gr-qc, hep-ph, and hep-th

Abstract: The most promising mechanism of generating PBHs is by the enhancement of power spectrum of the primordial curvature perturbation, which is usually accompanied by the the enhancement of non-Gaussianity that crucially changes the abundance of PBHs. In this review I will discuss how non-Gaussianity is generated in single field inflation as well as in the curvaton scenario, and then discuss how to calculate PBH mass function and induced gravitational waves (GWs) with such non-Gaussianities. When the PBH abundance is fixed, non-Gaussianity only has mild impact on the spectral shape of the induced GWs, which gives relatively robust predictions in the mHz and nHz GW experiments.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (125)
  1. I. D. Zel’dovich, Ya.B.; Novikov, Soviet Astron. AJ (Engl. Transl. ), 10, 602 (1967).
  2. S. Hawking, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 152, 75 (1971).
  3. B. J. Carr and S. Hawking, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 168, 399 (1974).
  4. P. Meszaros, Astron. Astrophys. 37, 225 (1974).
  5. B. J. Carr, Astrophys. J. 201, 1 (1975).
  6. W. H. Press and P. Schechter, Astrophys. J. 187, 425 (1974).
  7. M. Shibata and M. Sasaki, Phys. Rev. D 60, 084002 (1999), arXiv:gr-qc/9905064 .
  8. Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A10 (2020a), arXiv:1807.06211 [astro-ph.CO] .
  9. H. Noh and J.-c. Hwang, Phys. Rev. D 69, 104011 (2004).
  10. C. Carbone and S. Matarrese, Phys. Rev. D 71, 043508 (2005), arXiv:astro-ph/0407611 .
  11. K. Nakamura, Prog. Theor. Phys. 117, 17 (2007), arXiv:gr-qc/0605108 .
  12. R. Saito and J. Yokoyama, Phys. Rev. Lett. 102, 161101 (2009), [Erratum: Phys.Rev.Lett. 107, 069901 (2011)], arXiv:0812.4339 [astro-ph] .
  13. R. Saito and J. Yokoyama, Prog. Theor. Phys. 123, 867 (2010), [Erratum: Prog.Theor.Phys. 126, 351–352 (2011)], arXiv:0912.5317 [astro-ph.CO] .
  14. E. Bugaev and P. Klimai, Phys. Rev. D 81, 023517 (2010), arXiv:0908.0664 [astro-ph.CO] .
  15. H. Assadullahi and D. Wands, Phys. Rev. D 81, 023527 (2010), arXiv:0907.4073 [astro-ph.CO] .
  16. E. Bugaev and P. Klimai, Phys. Rev. D 83, 083521 (2011), arXiv:1012.4697 [astro-ph.CO] .
  17. G. Domènech,   (2024), arXiv:2402.17388 [gr-qc] .
  18. J. S. Bullock and J. R. Primack, Phys. Rev. D 55, 7423 (1997), arXiv:astro-ph/9611106 .
  19. P. Ivanov, Phys. Rev. D 57, 7145 (1998), arXiv:astro-ph/9708224 .
  20. J. Yokoyama, Phys. Rev. D 58, 107502 (1998), arXiv:gr-qc/9804041 .
  21. P. Pina Avelino, Phys. Rev. D 72, 124004 (2005), arXiv:astro-ph/0510052 .
  22. D. Seery and J. C. Hidalgo, JCAP 07, 008 (2006), arXiv:astro-ph/0604579 .
  23. J. C. Hidalgo,   (2007), arXiv:0708.3875 [astro-ph] .
  24. S. Young and C. T. Byrnes, JCAP 08, 052 (2013), arXiv:1307.4995 [astro-ph.CO] .
  25. V. Atal and C. Germani, Phys. Dark Univ. 24, 100275 (2019), arXiv:1811.07857 [astro-ph.CO] .
  26. R. Mahbub, Phys. Rev. D 102, 023538 (2020), arXiv:2005.03618 [astro-ph.CO] .
  27. M. Taoso and A. Urbano,   (2021), arXiv:2102.03610 [astro-ph.CO] .
  28. S. Young, JCAP 05, 037 (2022), arXiv:2201.13345 [astro-ph.CO] .
  29. T. Matsubara and M. Sasaki, JCAP 10, 094 (2022), arXiv:2208.02941 [astro-ph.CO] .
  30. C. Unal, Phys. Rev. D 99, 041301 (2019), arXiv:1811.09151 [astro-ph.CO] .
  31. E. Komatsu and D. N. Spergel, Phys. Rev. D 63, 063002 (2001), arXiv:astro-ph/0005036 .
  32. Y. Tada and S. Yokoyama, Phys. Rev. D 91, 123534 (2015), arXiv:1502.01124 [astro-ph.CO] .
  33. S. Young and C. T. Byrnes, JCAP 04, 034 (2015), arXiv:1503.01505 [astro-ph.CO] .
  34. M. H. Namjoo,   (2023), arXiv:2311.12777 [astro-ph.CO] .
  35. M. H. Namjoo and B. Nikbakht,   (2024), arXiv:2401.12958 [astro-ph.CO] .
  36. C. Germani and I. Musco, Phys. Rev. Lett. 122, 141302 (2019), arXiv:1805.04087 [astro-ph.CO] .
  37. S. Young and M. Musso, JCAP 11, 022 (2020), arXiv:2001.06469 [astro-ph.CO] .
  38. R. Bean and J. Magueijo, Phys. Rev. D 66, 063505 (2002), arXiv:astro-ph/0204486 .
  39. B. Carr and J. Silk, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 478, 3756 (2018), arXiv:1801.00672 [astro-ph.CO] .
  40. B. Liu and V. Bromm, Astrophys. J. Lett. 937, L30 (2022), arXiv:2208.13178 [astro-ph.CO] .
  41. E. Barausse et al., Gen. Rel. Grav. 52, 81 (2020), arXiv:2001.09793 [gr-qc] .
  42. K. G. Arun et al. (LISA), Living Rev. Rel. 25, 4 (2022), arXiv:2205.01597 [gr-qc] .
  43. P. Auclair et al. (LISA Cosmology Working Group), Living Rev. Rel. 26, 5 (2023), arXiv:2204.05434 [astro-ph.CO] .
  44. E. Bagui et al. (LISA Cosmology Working Group),   (2023), arXiv:2310.19857 [astro-ph.CO] .
  45. K. Enqvist and S. Nurmi, JCAP 10, 013 (2005), arXiv:astro-ph/0508573 .
  46. S. Pi and M. Sasaki, Phys. Rev. D 108, L101301 (2023a), arXiv:2112.12680 [astro-ph.CO] .
  47. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023a), arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
  48. G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L9 (2023b), arXiv:2306.16217 [astro-ph.HE] .
  49. J. Antoniadis et al. (EPTA), Astron. Astrophys. 678, A50 (2023a), arXiv:2306.16214 [astro-ph.HE] .
  50. J. Antoniadis et al. (EPTA),   (2023b), 10.1051/0004-6361/202346841, arXiv:2306.16224 [astro-ph.HE] .
  51. J. Antoniadis et al. (EPTA),   (2023c), arXiv:2306.16227 [astro-ph.CO] .
  52. A. Zic et al.,   (2023), arXiv:2306.16230 [astro-ph.HE] .
  53. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L6 (2023a), arXiv:2306.16215 [astro-ph.HE] .
  54. D. J. Reardon et al., Astrophys. J. Lett. 951, L7 (2023b), arXiv:2306.16229 [astro-ph.HE] .
  55. H. Xu et al., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024 (2023), arXiv:2306.16216 [astro-ph.HE] .
  56. G. Agazie et al. (International Pulsar Timing Array),   (2023c), arXiv:2309.00693 [astro-ph.HE] .
  57. A. Afzal et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023), arXiv:2306.16219 [astro-ph.HE] .
  58. Y. Ali-Haïmoud, Phys. Rev. Lett. 121, 081304 (2018), arXiv:1805.05912 [astro-ph.CO] .
  59. V. Desjacques and A. Riotto, Phys. Rev. D 98, 123533 (2018), arXiv:1806.10414 [astro-ph.CO] .
  60. S. Young and C. T. Byrnes, JCAP 03, 004 (2020), arXiv:1910.06077 [astro-ph.CO] .
  61. T. Suyama and S. Yokoyama, PTEP 2019, 103E02 (2019), arXiv:1906.04958 [astro-ph.CO] .
  62. S. Clesse and J. García-Bellido, Phys. Dark Univ. 15, 142 (2017), arXiv:1603.05234 [astro-ph.CO] .
  63. J. García-Bellido and S. Clesse, Phys. Dark Univ. 19, 144 (2018), arXiv:1710.04694 [astro-ph.CO] .
  64. J. Kristiano and J. Yokoyama,   (2022), arXiv:2211.03395 [hep-th] .
  65. J. Kristiano and J. Yokoyama,   (2023), arXiv:2303.00341 [hep-th] .
  66. A. Riotto,   (2023), arXiv:2303.01727 [astro-ph.CO] .
  67. H. Firouzjahi, JCAP 10, 006 (2023), arXiv:2303.12025 [astro-ph.CO] .
  68. H. Firouzjahi and A. Riotto, JCAP 02, 021 (2024), arXiv:2304.07801 [astro-ph.CO] .
  69. H. Firouzjahi, Phys. Rev. D 109, 043514 (2024a), arXiv:2311.04080 [astro-ph.CO] .
  70. H. Motohashi and Y. Tada, JCAP 08, 069 (2023), arXiv:2303.16035 [astro-ph.CO] .
  71. J. Fumagalli,   (2023), arXiv:2305.19263 [astro-ph.CO] .
  72. H. Firouzjahi,   (2024b), arXiv:2403.03841 [astro-ph.CO] .
  73. B. Carr and F. Kuhnel, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 70, 355 (2020), arXiv:2006.02838 [astro-ph.CO] .
  74. C. Germani and R. K. Sheth, Universe 9, 421 (2023), arXiv:2308.02971 [astro-ph.CO] .
  75. M. Kawasaki and H. Nakatsuka, Phys. Rev. D 99, 123501 (2019), arXiv:1903.02994 [astro-ph.CO] .
  76. I. Musco, Phys. Rev. D 100, 123524 (2019), arXiv:1809.02127 [gr-qc] .
  77. S. Young, Int. J. Mod. Phys. D 29, 2030002 (2019), arXiv:1905.01230 [astro-ph.CO] .
  78. A. H. Guth, Phys. Rev. D23, 347 (1981).
  79. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. 91B, 99 (1980), [Adv. Ser. Astrophys. Cosmol.3,130(1987)].
  80. V. F. Mukhanov and G. V. Chibisov, JETP Lett. 33, 532 (1981), [Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz.33,549(1981)].
  81. A. D. Linde, Phys. Lett. B 108, 389 (1982).
  82. A. Albrecht and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 48, 1220 (1982).
  83. V. F. Mukhanov, JETP Lett. 41, 493 (1985).
  84. M. Sasaki, Prog. Theor. Phys. 76, 1036 (1986).
  85. J. M. Maldacena, JHEP 05, 013 (2003), arXiv:astro-ph/0210603 .
  86. P. Creminelli and M. Zaldarriaga, JCAP 10, 006 (2004), arXiv:astro-ph/0407059 .
  87. Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A10 (2020b), arXiv:1807.06211 [astro-ph.CO] .
  88. T. M. C. Abbott et al. (DES), Phys. Rev. D 105, 023520 (2022), arXiv:2105.13549 [astro-ph.CO] .
  89. M. Sasaki and E. D. Stewart, Prog. Theor. Phys. 95, 71 (1996), arXiv:astro-ph/9507001 .
  90. V. Vennin and D. Wands,   (2024), arXiv:2402.12672 [astro-ph.CO] .
  91. S. Pi and M. Sasaki, Phys. Rev. Lett. 131, 011002 (2023b), arXiv:2211.13932 [astro-ph.CO] .
  92. A. A. Starobinsky, JETP Lett. 55, 489 (1992).
  93. G. Tasinato, Phys. Rev. D 103, 023535 (2021), arXiv:2012.02518 [hep-th] .
  94. S. Pi and J. Wang, JCAP 06, 018 (2023), arXiv:2209.14183 [astro-ph.CO] .
  95. T. Moroi and T. Takahashi, Phys. Lett. B 522, 215 (2001), [Erratum: Phys.Lett.B 539, 303–303 (2002)], arXiv:hep-ph/0110096 .
  96. K. Enqvist and M. S. Sloth, Nucl. Phys. B 626, 395 (2002), arXiv:hep-ph/0109214 .
  97. S. Kasuya and M. Kawasaki, Phys. Rev. D 80, 023516 (2009), arXiv:0904.3800 [astro-ph.CO] .
  98. T. Suyama and J. Yokoyama, Phys. Rev. D 84, 083511 (2011), arXiv:1106.5983 [astro-ph.CO] .
  99. M. W. Choptuik, Phys. Rev. Lett. 70, 9 (1993).
  100. C. R. Evans and J. S. Coleman, Phys. Rev. Lett. 72, 1782 (1994), arXiv:gr-qc/9402041 .
  101. J. C. Niemeyer and K. Jedamzik, Phys. Rev. Lett. 80, 5481 (1998), arXiv:astro-ph/9709072 .
  102. I. Hawke and J. M. Stewart, Class. Quant. Grav. 19, 3687 (2002).
  103. G. Domènech, Universe 7, 398 (2021), arXiv:2109.01398 [gr-qc] .
  104. N. Bartolo et al., JCAP 12, 026 (2016), arXiv:1610.06481 [astro-ph.CO] .
  105. G. Wang and W.-B. Han,   (2021), arXiv:2108.11151 [gr-qc] .
  106. K. Schmitz, JHEP 01, 097 (2021), arXiv:2002.04615 [hep-ph] .
  107. L. T. Witkowski,   (2022), arXiv:2209.05296 [astro-ph.CO] .
  108. P. Amaro-Seoane et al., GW Notes 6, 4 (2013), arXiv:1201.3621 [astro-ph.CO] .
  109. P. Amaro-Seoane et al., Class. Quant. Grav. 29, 124016 (2012), arXiv:1202.0839 [gr-qc] .
  110. P. Amaro-Seoane et al. (LISA),   (2017), arXiv:1702.00786 [astro-ph.IM] .
  111. J. Luo et al. (TianQin), Class. Quant. Grav. 33, 035010 (2016), arXiv:1512.02076 [astro-ph.IM] .
  112. K. Kohri and T. Terada, Phys. Rev. D 97, 123532 (2018), arXiv:1804.08577 [gr-qc] .
  113. J. Crowder and N. J. Cornish, Phys. Rev. D 72, 083005 (2005), arXiv:gr-qc/0506015 .
  114. V. Corbin and N. J. Cornish, Class. Quant. Grav. 23, 2435 (2006), arXiv:gr-qc/0512039 .
  115. S. Kawamura et al., Class. Quant. Grav. 23, S125 (2006).
  116. S. Kawamura et al., Class. Quant. Grav. 28, 094011 (2011).
  117. V. Atal and G. Domènech,   (2021), arXiv:2103.01056 [astro-ph.CO] .
  118. E. Silverstein and D. Tong, Phys. Rev. D 70, 103505 (2004), arXiv:hep-th/0310221 .
  119. J. Garriga and V. F. Mukhanov, Phys. Lett. B 458, 219 (1999), arXiv:hep-th/9904176 .
  120. A. A. Starobinsky, Lect. Notes Phys. 246, 107 (1986).
  121. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. B 117, 175 (1982).
  122. A. A. Starobinsky and J. Yokoyama, Phys. Rev. D 50, 6357 (1994), arXiv:astro-ph/9407016 .
  123. V. Vennin and A. A. Starobinsky, Eur. Phys. J. C 75, 413 (2015), arXiv:1506.04732 [hep-th] .
  124. V. Vennin, Stochastic inflation and primordial black holes, Other thesis (2020), arXiv:2009.08715 [astro-ph.CO] .
  125. C. Animali and V. Vennin,   (2022), arXiv:2210.03812 [astro-ph.CO] .
Citations (11)
View on Semantic Scholar
List To Do Tasks Checklist Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Summarize Now
Ai Generate Text Spark Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Paper Prompts

Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.

List Streamline Icon: https://streamlinehq.com Explore 10 Community Prompts
Dice Question Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Follow-up Questions

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now

Authors (1)

  1. Shi Pi

Don't miss out on important new AI/ML research

See which papers are being discussed right now on X, Reddit, and more:

Explore Trending Papers

“Emergent Mind helps me see which AI papers have caught fire online.”

Philip

Philip

Creator, AI Explained on YouTube