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Structure formation with primordial black holes to alleviate early star formation tension revealed by JWST
Astronomy & Astrophysics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-05-14 , DOI: 10.1051/0004-6361/202449565 P.E. Colazo. , F. Stasyszyn , N. Padilla
Astronomy & Astrophysics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-05-14 , DOI: 10.1051/0004-6361/202449565 P.E. Colazo. , F. Stasyszyn , N. Padilla
Context. This Letter explores the potential role of primordial black holes (PBHs) to address cosmological tensions as the presence of more massive than expected galaxies at high redshifts, as indicated by recent James Webb Space Telescope observations.Aims. Motivated by inflation models that enhance the power at scales beyond the observable range that produce PBHs with Schechter-like mass functions, we aim to explain the excess of high redshift galaxies via a modification of the Λ cold dark matter power spectrum that consists in adding (i) a blue spectral index nb at kpiv = 10/Mpc and (ii) Poisson and isocurvature contributions from massive PBHs that only make up 0.5% of the dark matter.Methods. We simulated these models using the SWIFT code and find an increased abundance of high redshift galaxies in simulations that include PBHs. We compared these models to estimates from James Webb Space Telescope observations.Results. Unlike the Λ cold dark matter model, the inclusion of PBHs allowed us to reproduce the observations with reasonable values for the star formation efficiency. Furthermore, the power spectra we adopted potentially produce PBHs that can serve as seeds for supermassive black holes with masses 7.57 × 104 M⊙.
中文翻译：
JWST 揭示了原始黑洞的结构形成可以缓解早期恒星形成的张力
语境。这封信探讨了原初黑洞（PBH）在解决宇宙学紧张问题方面的潜在作用，因为正如詹姆斯·韦伯太空望远镜最近的观测所表明的那样，在高红移处存在比预期更大的星系。目标。受膨胀模型的启发，膨胀模型在超出可观测范围的范围内增强功率，产生具有类似 Schechter 质量函数的 PBH，我们的目标是通过修改 Λ 冷暗物质功率谱来解释过量的高红移星系，其中包括添加 ( i) k piv = 10/Mpc时的蓝色光谱指数n b 和 (ii) 仅占暗物质 0.5% 的大量 PBH 的泊松和等曲率贡献。方法。我们使用 SWIFT 代码模拟这些模型，并发现在包括 PBH 的模拟中，高红移星系的丰度有所增加。我们将这些模型与詹姆斯·韦伯太空望远镜观测的估计值进行了比较。结果。与 Λ 冷暗物质模型不同，PBH 的包含使我们能够以合理的恒星形成效率值重现观测结果。此外，我们采用的功率谱可能会产生 PBH，这些 PBH 可以作为质量为 7.57 × 10 4 M ⊙的超大质量黑洞的种子。
更新日期：2024-05-14
中文翻译：
JWST 揭示了原始黑洞的结构形成可以缓解早期恒星形成的张力
语境。这封信探讨了原初黑洞（PBH）在解决宇宙学紧张问题方面的潜在作用，因为正如詹姆斯·韦伯太空望远镜最近的观测所表明的那样，在高红移处存在比预期更大的星系。目标。受膨胀模型的启发，膨胀模型在超出可观测范围的范围内增强功率，产生具有类似 Schechter 质量函数的 PBH，我们的目标是通过修改 Λ 冷暗物质功率谱来解释过量的高红移星系，其中包括添加 ( i) k piv = 10/Mpc时的蓝色光谱指数n b 和 (ii) 仅占暗物质 0.5% 的大量 PBH 的泊松和等曲率贡献。方法。我们使用 SWIFT 代码模拟这些模型，并发现在包括 PBH 的模拟中，高红移星系的丰度有所增加。我们将这些模型与詹姆斯·韦伯太空望远镜观测的估计值进行了比较。结果。与 Λ 冷暗物质模型不同，PBH 的包含使我们能够以合理的恒星形成效率值重现观测结果。此外，我们采用的功率谱可能会产生 PBH，这些 PBH 可以作为质量为 7.57 × 10 4 M ⊙的超大质量黑洞的种子。
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