Constraining evaporating primordial black holes with planck data

Abstract

En un Universo en expansión, la cosmología física emerge como la clave para desvelar los misterios acerca de la naturaleza a gran escala del Universo. Dos de estos misterios son la naturaleza de la materia oscura, que corresponde al 26% de la composición del Universo, y la discrepancia entre las estimaciones de la tasa actual de expansión del Universo por las mediciones de la radiación de fondo de microondas y la escalera de distancia local, llamada tensión de Hubble. Por lo tanto, este trabajo busca continuar el trabajo de Nesseris et al. (2020) restringiendo, con los datos del telescopio espacial Planck, el modelo de agujeros negros primordiales, que supone que una fracción de la materia oscura consiste en agujeros negros primordiales (esto es, regiones muy densas y pequeñas que colapsan) para entender mejor la naturaleza de la materia oscura y reducir la tensión de la constante de Hubble. Para esto, se utilizan simulaciones de cadenas de Markov como método de inferencia estadística para estimar los parámetros cosmológicos, junto con las funciones de verosimilitud del fondo cósmico de microondas del telescopio Planck.

Los agujeros negros primordiales (PBHs por sus siglas en inglés) ya han sido considerados para proveer la materia oscura. Sin embargo, ningún trabajo anterior utiliza todos los datos del telescopio Planck y sus funciones de verosimilitud asociadas para restringir PBHs que se evaporan modelados como un fluido acoplado con radiación. En este trabajo, se estiman los parámetros cosmológicos para el modelo PBH, encontrando parámetros de mejor ajuste estadísticamente consistentes con el modelo ΛCDM para pequeñas fracciones de PBHs explicando la materia oscura, pero que aumentan el parámetro de Hubble a 72.9 ± 1.0 km s⁻¹ Mpc⁻¹ para una fracción mayor a 0.1.

Este trabajo está limitado por la dependencia del parámetro de Hubble en las ecuaciones dinámicas de PBH, lo que sesga el modelo imponiendo que Hubble sea exactamente el mismo de ΛCDM. Otra limitación es suponer que todos los PBHs tienen la misma masa inicial, lo que no es completamente cierto, y no considerar la teoría de perturbaciones, sino sólo el fondo. Queda propuesto usar funciones extendidas de masa para PBHs y tomar en cuenta la teoría de perturbaciones, junto con modificar el código CLASS para evitar la dependencia mencionada en la ecuaciones para PBH y radiación oscura.