Primordial black holes and their implications for inflation

Resumen

El modelo cosmológico estándar, ΛCDM, con una temprana fase de inflación, nos proporciona una descripción precisa de un Universo casi plano y homogéneo a gran escala, que se expande a un ritmo acelerado. A pesar de las evidencias observacionales, nuestro conocimiento del 95% de la energía del Universo, es decir, la materia oscura (DM) y la energía oscura, está limitado por la falta de una detección directa, debido en parte a la poca interacción, aparte de la gravitacional, que tienen con el resto de la materia. La detección de la primera señal de un sistema binario de agujeros negros, revitalizó el interés por un viejo candidato a materia oscura, los agujeros negros primordiales (PBHs). Los PBHs han recibido atención dado que se pueden formar con abundancias importantes durante el Universo temprano y con una amplia gama de posibles masas. Esta tesis se centra en su empleo para explorar el espectro de potencias de las perturbaciones de curvatura a escala pequeña. Primero, se estudia el efecto de las perturbaciones cosmológicas sobre los parámetros orbitales de los sistemas binarios de PBHs. Cuando hay una meseta de amplitud considerable en el espectro de potencia en las escalas de los sistemas binarios, la tasa de fusión se ve afectada, relajando los limites de la abundancia de PBHs. Segundo, se muestra que debido al acoplamiento modal de las perturbaciones, introducido por la presencia de no-Gaussianidad, se alteran la tasa de fusión y el resultante fondo estocástico de las ondas gravitacionales (SBGW) y que esto también resulta en la relajación de las restricciones de la abundancia de PBH. Tercero, se considera la posibilidad de que el SBGW proveniente de los sistemas binarios de PBHs super masivos pueda proporcionar una explicación para la señal detectada por NANOGrav. La presencia de no-Gaussianidad es esencial para que estos PBHs masivos eviten las μ-distorsiones de la CMB y se puedan haberse formado en abundancias del orden ∼ 0,1%. Los PBHs constituyen una sonda única para explorar las condiciones iniciales del Universo y este trabajo pretende aportar un modelaje más robusto de las consecuencias observacionales de una población de PBHs.