Nuevas oportunidades para detectar la radiación de Hawking emitida a través de los agujeros negros iniciales

Aunque muchos físicos han predicho la existencia de materia oscura, una sustancia que no absorbe, refleja ni emite luz, hasta el momento nadie ha podido observar o determinar experimentalmente su naturaleza fundamental. Los agujeros negros prehistóricos (OVNI) son uno de los candidatos más prometedores para la materia oscura. Sin embargo, aún no se ha confirmado la existencia de estos agujeros negros.

Investigadores de la Universidad de Santa Cruz, Amsterdam, California, realizaron recientemente un estudio para mejorar las limitaciones existentes en el rango paramétrico permitido de PBH como materia oscura. En su artículo que fue publicado Letras de escritura físicaTambién sugieren un posible método que podría usarse para detectar la radiación de Hawking directamente en áreas densas de materia oscura, con el potencial de detectar materia oscura PBH.

Esa es la radiación de Hawking Radiación de calor que Stephen Hawking predijo que saldrían automáticamente de los agujeros negros. Se cree que esta radiación es causada por la transformación de pares de oscilaciones cuánticas de vacío, una escapando de un agujero negro y la otra atrapada en su horizonte de eventos (es decir, el límite de esos agujeros de los que no puede escapar la luz o radiación).

«Los PBH, que constituyen más de un pequeño porcentaje de la materia oscura, deberían tener una masa de 10^dieciséis: gramos և 10^35: gramos «, dijo Adam Cougan, uno de los investigadores que realizó el estudio. – En la mayor parte de ese rango, diferentes observaciones los excluyen de constituir el 100% de la pregunta oscura. Sin embargo, existe una brecha significativa en las restricciones. PBH con masa alrededor del asteroide (~ 10)^17: 10 gramos^22: gramos) aún podrían constituir toda la materia oscura «.

Descubrir métodos para limitar el rango paramétrico permitido de PBH o detectar la radiación de Hawking de ellos puede ser un paso importante hacia la observación o detección de material PBH oscuro. Coogan, en colaboración con sus colegas Logan Morrison և Stefano Profumo, se propuso explorar el potencial de los telescopios de rango MeV como herramientas para detectar la radiación PBH Hawking.

«La idea principal de nuestro trabajo fue pensar en un caballo especial para buscar asteroides con masa de asteroides», explicó Kougan. “Se espera que los PBH ligeros emitan radiación de Hawking, que consiste en una mezcla de fotones y otras partículas de luz, como electrones y piones. Los telescopios pueden entonces buscar esta radiación mirando nuestra propia galaxia u otras galaxias. El propósito de nuestro artículo fue comprender qué tan bien los próximos telescopios podrán observar esta radiación և, respectivamente, qué área de los parámetros PBH de la masa del asteroide se puede examinar.

En un intento por estimar las masas de PBH que los telescopios en desarrollo podrían ayudar a restringir, Kougan y sus colegas encontraron que estudios anteriores aún no habían analizado los datos del telescopio COMPTEL, un observatorio compacto de rayos gamma operado por la NASA. limitar la abundancia de PBH ligeramente por debajo de la brecha de masa de asteroides (es decir, menos de 10^17: Aunque las limitaciones ya existen en este rango de masas, gracias a las observaciones de radiación de Hawking recopiladas por el satélite Voyager 1 և INTERNATIONAL Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), las nuevas restricciones introducidas por los investigadores resultaron ser las más fuertes hasta la fecha.

«La principal contribución para calcular las limitaciones y hacer predicciones es calcular el espectro de radiación de Hawking producido por un solo PBH», dijo Kougan. «Hemos mejorado este cálculo comparándolo con las herramientas de literatura existentes, mejorando la radiación Lo que producen los electrones և se registra en el espectro. El resto de los cálculos son bastante típicos de las búsquedas de materia oscura «.

Suponiendo que los PBH de masa especial son parte de la materia oscura en el espacio, los cálculos de Kougan և y sus colegas permitirán a los investigadores calcular su contribución al espectro de fotones emitidos por un objeto astrofísico. una cantidad significativa de materia oscura, como el centro de su Vía Láctea. Si el espectro estimado por estos cálculos fue mucho más brillante que el espectro observado, por ejemplo, se puede descartar que los PBH de esa masa particular constituyan una fracción de la materia oscura.

«Hacer predicciones para el rendimiento de futuros telescopios sigue líneas similares, aunque no existe un espectro comparable», explicó Kougan. «En este caso, el espectro de fotones emitidos por los PBH se compara con el patrón de fondo astrofísico esperado de los fotones».

Un estudio reciente de Coogan, Morrison y Profumo identificó las restricciones más fuertes sobre PBH de baja masa hasta la fecha utilizando datos recopilados de experimentos completados hace 20 años. Además, los investigadores han demostrado que los telescopios entrantes capaces de observar rayos gamma de energía MeV pueden ayudar a estudiar los asteroides de la masa de asteroides, que es una parte muy difícil del espacio para examinar los parámetros de PBH.

«En los últimos años, la comunidad astronómica ha estado discutiendo varias propuestas para tales telescopios. Creo que nuestro artículo proporciona otro incentivo sólido para construirlos», agregó Kougan. «Además de los PBH, hemos estudiado cómo los próximos telescopios gamma MeV pueden detectar diferentes modelos de materia oscura». Recientemente completamos otro artículo donde calculamos algunos de los modelos específicos de espectro gamma և trabajando con otros colaboradores. mejorar estos cálculos «.

Coogan, Morrison y Profumo se asociaron recientemente con el científico investigador de la NASA Alexander Moise, quien está desarrollando telescopio se llama la máscara de agujero codificada «Explorador galáctico» con un telescopio Compton (GECCO). Junto con Moise, intentaron describir las formas en que GECCO podría ayudar a buscar materia oscura.

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