Buraco Negro Primordial de Flutuação de Densidade Induzida por Tensor: Transições de Fase de Primeira Ordem e Paredes de Domínio

Este trabalho propõe um novo mecanismo para a formação de buracos negros primordiais (PBHs), caracterizado por ser invariante de calibre e mínimo. Este mecanismo é explorado em dois contextos distintos: transições de fase de primeira ordem (FOPT) e paredes de domínio (DW). A abordagem se baseia na análise de perturbações tensoriais de primeira ordem, que são geradas durante eventos como colisões de bolhas e ondas sonoras em FOPT, ou pela aniquilação de paredes de domínio. Essas perturbações, por sua vez, originam curvatura em segunda ordem na teoria das perturbações, um fator crucial para a formação dos PBHs.

A formação de PBHs, conforme delineado por este mecanismo, impõe restrições independentes do modelo sobre os parâmetros envolvidos. Para as transições de fase de primeira ordem, essas restrições aplicam-se a parâmetros como $β/H$, $α$ e $T_{\star}$. No caso das paredes de domínio, os parâmetros afetados incluem $α_{\rm ann}$, $V_{\rm bias}$ e $σ$. Essas inferências são derivadas a partir de restrições já estabelecidas para a formação de PBHs, consolidando a robustez do modelo proposto.

Nossas investigações revelam que buracos negros primordiais com massa de asteroide podem, de fato, compor a totalidade da matéria escura (DM) do Universo. Essa possibilidade se concretiza para temperaturas $T_{\star}$ situadas no intervalo de $(4 \times 10^{2}, 10^{4})$ GeV, em conjunto com um valor de $β/H \simeq 6$ e $α$ superior a $\mathcal{O}(1)$. Tais condições delineiam um cenário astrofísico específico onde os PBHs desempenham um papel fundamental na composição do cosmos.

A amplitude das ondas gravitacionais (GW) geradas durante as transições de fase de primeira ordem (FOPT) apresenta um pico característico. Este pico, denotado por $Ω_{\rm GW}^{\rm p} h^2$, situa-se em torno de $\mathcal{O}(10^{-8})$ e ocorre em frequências $f_{\rm p}$ que variam entre $10^{-5}$ e $10^{-2}$ Hz. É notável que esta faixa de frequência está perfeitamente dentro do alcance de detecção de observatórios como LISA e SKA, oferecendo uma via promissora para a validação observacional deste mecanismo.

Adicionalmente, a hipótese de que os PBHs constituam a totalidade da matéria escura é viável para paredes de domínio com parâmetros específicos. Isso inclui valores de $σ^{1/3}$ na faixa de $[10^{6}, 10^{8}]$ TeV e $V_{\rm bias}^{1/4}$ entre $[10^{7}, 10^{6}]$ GeV. As ondas gravitacionais associadas a este cenário também se encontram dentro do alcance de detecção de instrumentos como LISA e ET, reforçando a capacidade de testar empiricamente as previsões do modelo.