Sind primordiale Schwarze Löcher dunkle Materie?

Linktabelle

Zusammenfassung und 1 Einleitung

2 Einige offene Fragen

2.1 Wie hoch ist die Häufigkeit von PBHs?

2.2 Welchen Effekt hat die PBH-Clusterbildung?

2.3 Welcher Anteil der derzeit beobachteten GW-Ereignisse kann PBHs zugeschrieben werden?

2.4 Sind PBHs die dunkle Materie?

3 Die PBH-Roadmap

3.1 Fusionen mit hoher Rotverschiebung

3.2 Subsolare PBHs

3.3 Die Paarinstabilitätslücke mit PBH schließen?

3.4 PBH-Exzentrizität, 3.5 PBH-Spin und 3.6 Zukünftige Gammastrahlenteleskope

4 Schlussfolgerungen und Referenzen

2.4 Sind PBHs die dunkle Materie?

Die Idee, dass PBHs den größten Teil der Dunklen Materie ausmachen können, ist eine der Hauptmotivationen für die Untersuchung von PBHs. Leider schließen Beobachtungsbeschränkungen diese Möglichkeit für den größten Teil des Bereichs möglicher PBH-Massen aus, mit einer bemerkenswerten Ausnahme im Bereich der Asteroidenmasse PBH, die mehrere Jahrzehnte in der Masse von etwa 10-12 Mo bis zur Grenze von ~ 10-10 Mo umfasst, die aus den Beobachtungsgrenzen der isotropen Röntgen- und weichen Gammastrahlen-Hintergrundstrahlung für Flüsse gewonnen wird, die von PBHs erzeugt werden, die derzeit einer Hawking-Verdampfung unterliegen [14].

Im Standardszenario der Entstehung von PBHs ist es unvermeidlich, dass Gravitationswellen mit einer Frequenz erzeugt werden, die heute im mHz-Bereich liegt, genau dort, wo die LISA-Mission die maximale Empfindlichkeit aufweist [15]. Das Szenario von PBHs als Dunkle Materie kann daher in Zukunft von LISA durch Messung des GW-Zweipunktkorrelators getestet werden. Die Tatsache, dass der Asteroidenmassenbereich noch immer nicht eingeschränkt ist, liegt daran, dass die Mikrolinsenbeschränkungen um den Wert 10-11 Mo herum unwirksam sind, unter dem die geometrische optische Näherung nicht mehr gültig ist, und die Beschränkungen durch das Vorhandensein von Neutronensternen in Kugelsternhaufen basieren auf extremen Annahmen über die Dichte der Dunklen Materie. Es ist von gleicher Bedeutung, mögliche Ideen zur Einschränkung oder Identifizierung von PBHs im Asteroidenmassenbereich zu entwickeln.

Ein vielversprechender Ansatz ist, dass die Erfassung von PBHs zur Umwandlung von Neutronensternen in BHs führt. Dies könnte in dichten Sternhaufen auftreten, die DM enthalten, wie es bei Kernsternhaufen der Fall sein kann, und die NS-Umwandlung würde im Falle der Erfassung solcher „endoparasitärer“ PBHs für PBH-Massen größer als ~ 10-11 Mo 16] auftreten. Ein solches Phänomen könnte zu einem Defizit an Pulsaren in unserem GC führen, wie möglicherweise beobachtet [17]. Ein weiterer interessanter Ansatz ist die Beobachtung der Anzahl massiver Hauptreihensterne in ultraschwachen Zwergen, die unterdrückt werden sollte, wenn die Dunkle Materie aus PBHs mit Asteroidenmasse besteht |18, wodurch die Massenverteilung von Sternen gemessen werden kann, die im Bereich hoher Masse verarmt sind.

Darüber hinaus bieten nahezu extreme PBHs eine faszinierende Möglichkeit, verdampfende PBHs auf kosmologischen Skalen stabil zu machen. Die Bildung ist am einfachsten für fünfdimensionale PBHs mit geringer Masse, die sich zunächst wie vierdimensionale PBHs verhalten, wobei Hawking-Strahlung bis zum Radius der zusätzlichen Dimension abgestrahlt wird, wo ihre effektive Temperatur effektiv Null ist, um eine stabile Masse zu erreichen [19]. Diese werden in höherdimensionalen Szenarien erzeugt und die Hawking-Strahlung wird im Allgemeinen verlangsamt [20]. Andere Szenarien zur Erzeugung nahezu extremer PBHs umfassen die Bildung von maximal rotierenden oder geladenen PBHs in sehr frühen Epochen [21] sowie über das Phänomen der Quantengravitation der sogenannten Unterdrückung der Gedächtnislast [22]. Die Nachweisbarkeit ist bis zu Skalen von nur einigen Planck-Massen für geladene PBH-Relikte über terrestrische Detektoren möglich [23] oder ebenso für die Emission hochenergetischer Partikel aus gelegentlichen binären Verschmelzungsereignissen [24].