Являются ли первичные черные дыры темной материей?

Таблица ссылок

Аннотация и 1 Введение

2 Некоторые открытые вопросы

2.1 Какова распространенность ПГЧ?

2.2 Каков эффект кластеризации PBH?

2.3 Какую часть наблюдаемых в настоящее время событий ГВ можно отнести к ПЧД?

2.4 Являются ли PBH темной материей?

3. Дорожная карта PBH

3.1 Слияния с высоким красным смещением

3.2 PBH-системы с субсолнечной энергией

3.3 Заполнение пробела в парной нестабильности с помощью PBH?

3.4 Эксцентриситет PBH, 3.5 Вращение PBH и 3.6 Будущие гамма-телескопы

4 Выводы и ссылки

2.4 Являются ли PBH темной материей?

Идея о том, что PBH может включать в себя большую часть темной материи, является одной из главных мотиваций для изучения PBH. К сожалению, наблюдательные ограничения исключают эту возможность для большей части диапазона возможных масс PBH, за исключением PBH с массой астероида, охватывающей несколько десятилетий по массе около ~ 10-12 Mo вплоть до предела ~ 10-10 Mo, полученного из наблюдательных пределов изотропного рентгеновского и мягкого гамма-фона для потоков, создаваемых PBH, которые в настоящее время подвергаются испарению Хокинга [14].

В стандартном сценарии формирования PBH неизбежно, что гравитационные волны генерируются с частотой, которая сегодня находится в диапазоне мГц, как раз там, где миссия LISA имеет максимальную чувствительность [15]. Поэтому сценарий PBH как темной материи может быть проверен в будущем LISA путем измерения двухточечного коррелятора GW. Тот факт, что диапазон масс астероидов все еще не ограничен, объясняется тем, что ограничения микролинзирования неэффективны около значения 10-11 Mo, при котором приближение геометрической оптики больше не действует, а ограничения, связанные с присутствием нейтронных звезд в шаровых скоплениях, основаны на экстремальных предположениях о плотности темной материи. Крайне важно предложить возможные идеи для ограничения или идентификации PBH в диапазоне масс астероидов.

Один из перспективных подходов заключается в том, что захват PBH приводит к преобразованию нейтронной звезды в BH. Это может происходить в плотных звездных скоплениях, содержащих DM, как это может быть в случае ядерных звездных скоплений, а преобразование NS может происходить в случае захвата таких «эндопаразитических» PBH для масс PBH, больших, чем ~ 10-11 Mo 16]. Такое явление может привести к дефициту пульсаров в нашем GC, что, возможно, и наблюдалось [17]. Другим интересным направлением является наблюдение за количеством массивных звезд главной последовательности в сверхслабых карликах, которые должны быть подавлены, если темная материя состоит из PBH астероидной массы |18, что делает измерение распределения масс звезд обедненными в диапазоне больших масс.

Кроме того, почти экстремальные PBH предоставляют интригующий способ сделать испаряющиеся PBH стабильными в космологических масштабах. Формирование является наиболее простым для пятимерных PBH с малой массой, которые изначально действуют как четырехмерные PBH, Хокинг излучает вниз до радиуса дополнительного измерения, где их эффективная температура фактически равна нулю, чтобы достичь стабильной массы [19]. Они генерируются в сценариях с более высокими размерностями, и излучение Хокинга, как правило, замедляется [20]. Другие сценарии создания почти экстремальных PBH включают формирование максимально вращающихся или заряженных PBH в очень ранние эпохи [21], а также посредством явления квантовой гравитации так называемого подавления нагрузки памяти [22]. Обнаруживаемость осуществима вплоть до масштабов, таких как несколько планковских масс для заряженных реликтов PBH с помощью наземных детекторов [23] или в равной степени для излучения частиц высокой энергии от случайных событий слияния бинарных систем [24].