3.16 Instituto de Astrofísica

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Browsing 3.16 Instituto de Astrofísica by Subject "523.8875"

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    Primordial black holes as dark matter
    (2021) Sureda Hernández, Joaquín Miguel; Padilla, Nelson; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Astrofísica
    Aún cuando se han postulado varios candidatos para resolver el problema de la materia oscura (DM), su verdadera naturaleza aún no está clara. En este trabajo, considero agujeros negros primordiales (PBHs) como un potencial candidato para resolver esta incógnita. Considerando un formalismo tipo Press-Schechter modificado, es derivada una función de masa extendida para PBHs, donde su formación ocurre en el Universo temprano por el colapso de fluctuaciones de densidad de energía. Asumiendo que estas fluctuaciones siguen estadística Gaussiana, éstas pueden ser relacionadas con el espectro de potencias primordial (PPS), donde además se considera un espectro de potencias partido con un índice espectral azul a escalas menores que una escala pivote, escogida como kpiv = 10 Mpc−1. Adicionalmente, se presenta un nuevo método para traducir restricciones observacionales en la fracción de DM compuesta por PBHs, f, calculadas para distribuciones de masa monocromáticas en restricciones sobre f para funciones de masa extendidas. Este método es muy general en el sentido de que uno solo necesita conocer la forma de la función f(MPBH ), sin tener que profundizar en los detalles del proceso físico relacionado con la observación. Además, toma en consideración el hecho de que algunas observaciones están relacionadas con algún proceso físico, el cual es sólo producido por una fracción de la población total de PBHs. Por lo tanto, solo esta fracción de los PBHs (o fracción de masa) es la que está siendo restringida. Por otro lado, este método considera la evolución de la función de masa, en el sentido de que algunos PBHs se están evaporando debido a la radiación de Hawking. Entonces, estos PBHs no son considerados en la función de masa luego de evaporarse por completo, debido a que no pueden ser parte de la DM. Debido a las características de las funciones de masa, se presenta una nueva restricción para funciones extendidas, relacionada con la función de masa de agujeros negros supermasivos (SMBH) y el hecho de que éstas funciones de masa tipo Press-Schechter no deberían, en ningún caso, predecir más SMBHs que los observados en el Universo. Utilizando un conjunto de distintas restricciones observacionales sobre f, para distribuciones monocromáticas, en conjunto con el método desarrollado para traducir restricciones a funciones de masa extendidas, se calcula la fracción de masa permitida f en las funciones de masa tipo PressSchechter. Combinando estas restricciones, junto con la que viene de los SMBH, se obtiene la fracción permitida f, de manera que no haya conflicto con las observaciones. Estos resultados se muestran como función de los parámetros de las funciones de masa tipo Press-Schechter. Considerando solo las restricciones bien definidas, aparece una región permitida en el espacio de parámetros, tal que toda la DM puede estar compuesta por PBHs. La región de mayor interés es la que cuyos parámetros permiten PBHs con masas ∼ 102M , dado que éstas masas son del mismo orden que las detectadas por LIGO y son difíciles de explicar solo considerando el colapso de estrellas.