Будущее первичных черных дыр: открытые вопросы и дорожная карта

Таблица ссылок

Аннотация и 1 Введение

2 Некоторые открытые вопросы

2.1 Какова распространенность ПГБ?

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

Абстрактный

Мы обсуждаем некоторые из открытых вопросов и дорожную карту в физике первичных черных дыр. Черные дыры являются единственным кандидатом на темную материю, который, как известно, действительно существует. Их предполагаемая первичная роль, по общему признанию, основана на гипотезе, а не на факте, наиболее прямолинейно как простое расширение стандартных моделей инфляции, или даже, в знак уважения к квантовой физике, более спорно через замедление испарения Хокинга. Независимо от позиции человека относительно теоретической основы их существования, возможность того, что первичные черные дыры играют новую роль в физике темной материи и гравитационно-волновой астрономии, открывает богатую астрофизическую феноменологию, которую мы излагаем в этом кратком обзоре.

Введение

Первичные черные дыры (PBH) представляют собой привлекательный способ решения проблемы темной материи. В отличие от всех других кандидатов на роль частиц темной материи, BH на самом деле существуют, и есть несколько надежных перспектив для определения того, существует ли первичный компонент в широком диапазоне масс.

Теоретически ПЧД могут заселять Вселенную в огромном диапазоне масс от 10-20 Мо до 1020 Мо. Они могут быть темной материей для масс около 10-12 Мо. Более того, даже если ПЧД являются субдоминантами темной материи, они могут быть ответственны за некоторые из наблюдаемых в настоящее время слияний ЧД в диапазоне масс Солнца или они могут играть ключевую роль в качестве редких ЧД промежуточной массы (ЧД промежуточной массы в диапазоне (103 - 106) Мо, которые могут быть источниками как СМЧД (сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых в диапазоне масс (10° - 101º) Мо, так и массивных галактик в ранней Вселенной.

PBH образовались очень рано и, следовательно, могут быть вездесущими при самых высоких красных смещениях, доступных для прямой визуализации, то есть & ~ 100, когда астрофизическая конкуренция была незначительной. Это дает нам возможность обнаружить действительно уникальные сигнатуры PBH с высоким красным смещением, например, с помощью интерферометров гравитационных волн, таких как Einstein Telescope и Cosmic Explorer, которые будут исследовать z ~ 20, для потенциальных источников сигналов EMRI.

Задолго до того, как эти телескопы будут запущены в эксплуатацию, появятся 21-сантиметровые телескопы темных веков, предназначенные для изучения обратной стороны Луны, такие как LUSEE-Night и DSL, для исследования отпечатков аккреции ПЧД на диффузном поглощении водорода на фоне реликтового излучения до z ~ 100; оба запланированы к запуску в 2026 году. И в аналогичном масштабе времени мы ожидаем, что гравитационно-волновые телескопы класса LIGO внесут значительный вклад в изучение возможного существования черных дыр солнечной массы, а также черных дыр, населяющих «запрещенную» область в промежутке парной нестабильности, при массах ≥ 50 Mo. Такие наблюдения предоставят дополнительные доказательства существования ПЧД.

В этой главе мы рассмотрим некоторые из этих аргументов, уделяя особое внимание открытым вопросам, проблемам и будущим возможностям.