学院科研团队在宇宙极早期暴胀和原初黑洞的研究中取得了重要进展

近日，学院舒富文教授团队在宇宙极早期暴胀和原初黑洞的研究中取得了重要进展。该团队在自然指数期刊《Physical Review D》上以Letter的形式发表了题为《Primordial black holes with anisotropic hair》的学术论文。该研究通过研究与矢量场耦合的各向异性暴胀模型，首次探讨了产生带有统计各向异性性质的原初黑洞形成。学院博士后陈崇斌为该论文的第一作者，硕士生安百馨为第二作者，舒富文教授为唯一通讯作者，南昌大学为唯一通讯单位。该研究工作得到了国家自然基金委、江西省科技厅的项目支持。

暴胀是一种解决宇宙大爆炸模型问题的理论框架。然而，当前对暴胀的微观物理知之甚少，研究早期场的行为和相互作用对了解极早期宇宙以及粒子物理在高能标的物理有着重要的意义。暴胀期间曲率功率谱的增强能导致原初黑洞的形成和标量诱导引力波的而产生。原初黑洞是一种暗物质的候选物质，对宇宙演化有着重要的作用。同时，得益于近十年引力波探测的发展，也能借助随机引力波背景作为早期宇宙的探针。

图：功率谱增强程度相对于矢量场方向变化的不同

本研究探讨了各向异性暴胀模型中矢量场扰动对曲率功率谱的贡献。通过破坏共形耦合，矢量场能够在暴胀阶段保持不衰退，矢量场扰动与暴胀场扰动混合在一起，人们只能在弱混合下用微扰展开去计算。本研究首次解析地探讨了在强混合情况下矢量场扰动的动力学，并发现该扰动穿过宇宙学视界时会经历指数增强。这种增强可以作为原初黑洞形成的一种新机制，从而在原初黑洞和诱导引力波中留下矢量场特有的各向异性毛。通过随机引力波背景寻找这种矢量毛，可以提供一种检验宇宙无毛定理的新方式。