Reconstruindo a dominação inicial do buraco negro primordial a partir de origens de ondas gravitacionais

Buracos negros primordiais com massas abaixo de $\mathcal{O}$g ocupam uma região interessante do espaço de parâmetros que é amplamente inacessível às observações convencionais. Buracos Negros Primordiais (PBHs) com massas abaixo de $\mathcal{O}(10^9)$g ocupam uma região interessante do espaço de parâmetros que é amplamente inacessível às observações convencionais.

Apesar de evaporarem antes da Nucleossíntese do Big Bang (BBN), esses PBHs podem gerar naturalmente um período de domínio inicial da matéria no Universo primitivo. Um fundo de onda gravitacional primordial (GWB) fornece uma janela para este regime de outra forma inacessível, uma vez que a história de expansão modificada deixa uma característica espectral característica associada ao início e ao fim da dominação do PBH.

As localizações destas frequências características podem ser usadas para reconstruir os parâmetros subjacentes do PBH, em particular a massa do PBH. Para um GWB de propagação livre, a localização dessas frequências permite adicionalmente que a abundância inicial de PBH seja determinada.

Derivamos relações numéricas simples que mapeiam essas frequências características diretamente na massa do PBH e na abundância inicial. Experimentos futuros de GW abrangem uma vasta faixa de frequência, fornecendo sensibilidade às massas PBH desde o limite BBN de $\mathcal{O}(10^9)\, \mathrm{g}$ até o limite inferior de $\mathcal{O}(10)\, \mathrm{g}$.

Descobrimos que o sinal de nanohertz relatado por NANOGrav, se de origem primordial, já está sondando massas de PBH na faixa $4$--$90\, \mathrm{Mg}$. As observações GW oferecem, portanto, acesso a uma vasta região do espaço de parâmetros PBH que, de outra forma, está além do alcance dos experimentos atuais.

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