Prazos de transmutação para colapso induzido por matéria escura de estrelas compactas em buracos negros

Partículas ultrapesadas de matéria escura assimétricas capturadas por estrelas compactas podem termalizar, autogravitar e colapsar para formar um buraco negro endoparasita, cujo crescimento subsequente pode transmutar a estrela hospedeira num buraco negro.

Partículas ultrapesadas de matéria escura assimétrica (DM) capturadas por estrelas compactas podem termalizar, autogravitar e colapsar para formar um buraco negro endoparasita (EBH), cujo crescimento subsequente pode transmutar a estrela hospedeira em um buraco negro. A existência continuada de antigos pulsares de milissegundos (MSPs) e anãs brancas (WDs), portanto, impõe restrições poderosas à massa da partícula DM $m_χ$ e à seção transversal de espalhamento do núcleo DM $σ_{\rm nχ}$.

Derivamos uma expressão analítica para a escala de tempo de transmutação resolvendo a equação de crescimento do EBH, contabilizando consistentemente o acréscimo de matéria estelar de Bondi, a evaporação de Hawking e a alimentação sustentada de DM do EBH em um regime de captura. Também incorporamos efeitos quânticos na acreção bariônica quando a descrição hidrodinâmica falha, fornecendo um tratamento unificado do crescimento de EBH em regimes de partículas e fluidos.

Adotando um critério de colapso fisicamente transparente para DM assimétrico fermiônico e bosônico, calculamos escalas de tempo de transmutação EBH para MSPs e WDs representativos em ambientes com diferentes densidades de DM. Embora os ingredientes físicos sejam amplamente semelhantes aos estudos anteriores, este trabalho deriva restrições atualizadas através de um tratamento analítico de forma fechada do crescimento de EBH e uma prescrição adotada para a escala de tempo de formação de EBH.

Exigindo que o tempo de transmutação exceda $\sim 1$ Gyr para MSPs e $\sim 10$ Gyr para WDs, derivamos restrições revisadas em $σ_{\rm nχ}$ acima de $m_χ\sim 10^{6}$--$10^{14}$ GeV, e mostramos que EBHs com massas iniciais tão pequenas quanto $\sim 4\times10^{4}$ kg podem sofrer. Tanto indivíduos como organizações que trabalham com arXivLabs abraçaram e aceitaram nossos valores de abertura, comunidade, excelência e privacidade dos dados do usuário.

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