Papers
Topics
Authors
Recent
Assistant
AI Research Assistant
Well-researched responses based on relevant abstracts and paper content.
Custom Instructions Pro
Preferences or requirements that you'd like Emergent Mind to consider when generating responses.
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash 87 tok/s
Gemini 2.5 Pro 51 tok/s Pro
GPT-5 Medium 17 tok/s Pro
GPT-5 High 23 tok/s Pro
GPT-4o 102 tok/s Pro
Kimi K2 166 tok/s Pro
GPT OSS 120B 436 tok/s Pro
Claude Sonnet 4 37 tok/s Pro
2000 character limit reached

Primordial black hole compaction function from stochastic fluctuations in ultra-slow-roll inflation (2312.12911v2)

Published 20 Dec 2023 in astro-ph.CO and gr-qc

Abstract: We study the formation of primordial black holes (PBH) with ultra-slow-roll inflation when stochastic effects are important. We use the $\Delta N$ formalism and simplify the stochastic equations with an analytical constant-roll approximation. Considering a viable inflation model, we find the spatial profile of the PBH compaction function numerically for each stochastic patch, without assumptions about Gaussianity or the radial profile. The stochastic effects that lead to an exponential tail for the density distribution also make the compaction function very spiky, unlike assumed in the literature. Naively using collapse thresholds found for smooth profiles, the PBH abundance is enhanced by up to a factor of $109$, and the PBH mass distribution is spread over three orders of magnitude in mass. The results point to a need to redo numerical simulations of PBH formation with spiky profiles.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (76)
  1. S. Hawking, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 152, 75 (1971).
  2. G. F. Chapline, Nature 253, 251 (1975).
  3. A. Dolgov and J. Silk, Phys. Rev. D47, 4244 (1993).
  4. J. Yokoyama, Astron. Astrophys. 318, 673 (1997), arXiv:astro-ph/9509027 [astro-ph] .
  5. K. Jedamzik, Phys. Rev. D55, R5871(R) (1997), arXiv:astro-ph/9605152 [astro-ph] .
  6. P. Ivanov, Phys. Rev. D57, 7145 (1998), arXiv:astro-ph/9708224 [astro-ph] .
  7. B. Carr and F. Kuhnel, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 70, 355 (2020), arXiv:2006.02838 [astro-ph.CO] .
  8. A. M. Green and B. J. Kavanagh, J. Phys. G 48, 043001 (2021), arXiv:2007.10722 [astro-ph.CO] .
  9. A. A. Starobinsky, JETP Lett. 30, 682 (1979).
  10. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. 91B, 99 (1980).
  11. D. Kazanas, Astrophys. J. 241, L59 (1980).
  12. A. H. Guth, Phys. Rev. D23, 347 (1981).
  13. K. Sato, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 195, 467 (1981).
  14. V. F. Mukhanov and G. V. Chibisov, JETP Lett. 33, 532 (1981), [Pisma Zh. Eksp. Teor. Fiz.33,549(1981)].
  15. A. Albrecht and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 48, 1220 (1982).
  16. S. W. Hawking and I. G. Moss, Phys. Lett. 110B, 35 (1982).
  17. G. V. Chibisov and V. F. Mukhanov, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 200, 535 (1982).
  18. S. W. Hawking, Phys. Lett. 115B, 295 (1982).
  19. A. H. Guth and S. Y. Pi, Phys. Rev. Lett. 49, 1110 (1982).
  20. A. A. Starobinsky, Phys. Lett. 117B, 175 (1982).
  21. M. Sasaki, Prog. Theor. Phys. 76, 1036 (1986).
  22. V. F. Mukhanov, Sov. Phys. JETP 67, 1297 (1988), [Zh. Eksp. Teor. Fiz.94N7,1(1988)].
  23. V. Faraoni, Am. J. Phys. 69, 372 (2001), arXiv:physics/0006030 [physics] .
  24. W. H. Kinney, Phys. Rev. D72, 023515 (2005), arXiv:gr-qc/0503017 [gr-qc] .
  25. J. Garcia-Bellido and E. Ruiz Morales, Phys. Dark Univ. 18, 47 (2017), arXiv:1702.03901 [astro-ph.CO] .
  26. C. Germani and T. Prokopec, Phys. Dark Univ. 18, 6 (2017), arXiv:1706.04226 [astro-ph.CO] .
  27. H. Motohashi and W. Hu, Phys. Rev. D96, 063503 (2017), arXiv:1706.06784 [astro-ph.CO] .
  28. K. Dimopoulos, Phys. Lett. B775, 262 (2017), arXiv:1707.05644 [hep-ph] .
  29. Y. Gong and Y. Gong, JCAP 1807, 007 (2018), arXiv:1707.09578 [astro-ph.CO] .
  30. G. Ballesteros and M. Taoso, Phys. Rev. D97, 023501 (2018), arXiv:1709.05565 [hep-ph] .
  31. M. P. Hertzberg and M. Yamada, Phys. Rev. D 97, 083509 (2018), arXiv:1712.09750 [astro-ph.CO] .
  32. J. M. Ezquiaga and J. Garcia-Bellido, JCAP 08, 018 (2018), arXiv:1805.06731 [astro-ph.CO] .
  33. S. Räsänen and E. Tomberg, JCAP 01, 038 (2019), arXiv:1810.12608 [astro-ph.CO] .
  34. A. A. Starobinsky, Lect. Notes Phys. 246, 107 (1986).
  35. M. Morikawa, Phys. Rev. D 42, 1027 (1990).
  36. S. Habib, Phys. Rev. D 46, 2408 (1992), arXiv:gr-qc/9208006 .
  37. M. Mijic, Phys. Rev. D 49, 6434 (1994), arXiv:gr-qc/9401030 .
  38. A. A. Starobinsky and J. Yokoyama, Phys. Rev. D 50, 6357 (1994), arXiv:astro-ph/9407016 .
  39. A. De and R. Mahbub, Phys. Rev. D 102, 123509 (2020), arXiv:2010.12685 [astro-ph.CO] .
  40. G. Rigopoulos and A. Wilkins, JCAP 12, 027 (2021), arXiv:2107.05317 [astro-ph.CO] .
  41. E. Tomberg, JCAP 04, 042 (2023a), arXiv:2210.17441 [astro-ph.CO] .
  42. E. Tomberg,   (2023b), arXiv:2304.10903 [astro-ph.CO] .
  43. V. De Luca and A. Riotto, Phys. Lett. B 828, 137035 (2022), arXiv:2201.09008 [astro-ph.CO] .
  44. S. Pi and M. Sasaki, Phys. Rev. Lett. 131, 011002 (2023), arXiv:2211.13932 [astro-ph.CO] .
  45. M. Shibata and M. Sasaki, Phys. Rev. D 60, 084002 (1999), arXiv:gr-qc/9905064 .
  46. I. Musco, Phys. Rev. D 100, 123524 (2019), arXiv:1809.02127 [gr-qc] .
  47. S. Young, Int. J. Mod. Phys. D 29, 2030002 (2020), arXiv:1905.01230 [astro-ph.CO] .
  48. A. Escrivà, Phys. Dark Univ. 27, 100466 (2020), arXiv:1907.13065 [gr-qc] .
  49. A. Escrivà, Universe 8, 66 (2022), arXiv:2111.12693 [gr-qc] .
  50. C.-M. Yoo, Galaxies 10, 112 (2022), arXiv:2211.13512 [astro-ph.CO] .
  51. A. Escrivà and C.-M. Yoo,   (2023), arXiv:2310.16482 [gr-qc] .
  52. C. Germani and I. Musco, Phys. Rev. Lett. 122, 141302 (2019), arXiv:1805.04087 [astro-ph.CO] .
  53. M. Kawasaki and H. Nakatsuka, Phys. Rev. D 99, 123501 (2019), arXiv:1903.02994 [astro-ph.CO] .
  54. C. Germani and R. K. Sheth,   (2023), arXiv:2308.02971 [astro-ph.CO] .
  55. M. Sasaki and E. D. Stewart, Prog. Theor. Phys. 95, 71 (1996), arXiv:astro-ph/9507001 .
  56. M. Sasaki and T. Tanaka, Prog. Theor. Phys. 99, 763 (1998), arXiv:gr-qc/9801017 .
  57. T. Nakama, JCAP 10, 040 (2014), arXiv:1408.0955 [gr-qc] .
  58. A. Dekel, Astron. Astrophys. 101, 79 (1981).
  59. Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A10 (2020), arXiv:1807.06211 [astro-ph.CO] .
  60. K. Itô, Proceedings of the Imperial Academy 20, 519 (1944).
  61. V. Vennin and A. A. Starobinsky, Eur. Phys. J. C 75, 413 (2015), arXiv:1506.04732 [hep-th] .
  62. Y. Tada and V. Vennin, JCAP 02, 021 (2022), arXiv:2111.15280 [astro-ph.CO] .
  63. A. Escrivà and A. E. Romano, JCAP 05, 066 (2021), arXiv:2103.03867 [gr-qc] .
  64. J. C. Niemeyer and K. Jedamzik, Phys. Rev. Lett. 80, 5481 (1998), arXiv:astro-ph/9709072 .
  65. J. C. Niemeyer and K. Jedamzik, Phys. Rev. D59, 124013 (1999), arXiv:astro-ph/9901292 [astro-ph] .
  66. I. Musco and J. C. Miller, Class. Quant. Grav. 30, 145009 (2013), arXiv:1201.2379 [gr-qc] .
  67. J. Kristiano and J. Yokoyama,   (2022), arXiv:2211.03395 [hep-th] .
  68. A. Riotto,   (2023a), arXiv:2301.00599 [astro-ph.CO] .
  69. J. Kristiano and J. Yokoyama,   (2023), arXiv:2303.00341 [hep-th] .
  70. A. Riotto,   (2023b), arXiv:2303.01727 [astro-ph.CO] .
  71. H. Firouzjahi, JCAP 10, 006 (2023a), arXiv:2303.12025 [astro-ph.CO] .
  72. H. Motohashi and Y. Tada, JCAP 08, 069 (2023), arXiv:2303.16035 [astro-ph.CO] .
  73. H. Firouzjahi and A. Riotto,   (2023), arXiv:2304.07801 [astro-ph.CO] .
  74. G. Tasinato, Phys. Rev. D 108, 043526 (2023), arXiv:2305.11568 [hep-th] .
  75. J. Fumagalli,   (2023), arXiv:2305.19263 [astro-ph.CO] .
  76. H. Firouzjahi,   (2023b), arXiv:2311.04080 [astro-ph.CO] .
Citations (7)
View on Semantic Scholar

Summary

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

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Summarize Now
Lightbulb Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Continue Learning

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

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

Tweets

This paper has been mentioned in 3 posts and received 3 likes.

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