Ограничение на количество первичных черных дыр из-за взаимодействия с пылью

Авторы
А.Н. Мелихов, Е.В. Михеева
Организации
Астрокосмический центр ФИАН
Сессия
Астрофизика и радиоастрономия
Форма представления
Устный
Место работы научного руководителя
Отдел теоретической астрофизики АКЦ ФИАН
Научный руководитель
Е.В. Михеева
Текст тезисов
Интерес к ПЧД сильно возрос после недавнего детектирования LIGO гравитационных волн от сливающихся черных дыр. Во-первых, особенно интересен обнаруженный в результате анализа данных близкий к нулю собственный момент вращения этих черных дыр, который сложно объясняется для астрофизических черных дыр, но оказывается вполне логичным для ПЧД. Во-вторых, интересно то, что массы сливающихся черных дыр оказались значительно больше, чем массы черных дыр, полученных по другим наблюдательным данным. Кроме того, до сих пор не решен вопрос относительно того, что является носителем темной материи. Стоит также отметить, что космологические свойства ПЧД сходны со свойствами холодной темной материи. Поэтому, ПЧД можно рассматривать в качестве кандидата на роль темной материи.

В работе ищутся ограничения на долю первичных черных дыр (ПЧД) в темной материи для разных распределений ПЧД с массами $10^{15}$ -- $10^{17}$ г, при этом фотоны, излученные этими ПЧД вследствие эффекта Хокинга, взаимодействуют с межзвездной пылью. Рассматривается модель, в которой ПЧД равномерно распределены во Вселенной, а пылинки --- в нашей Галактике. Данный метод поиска ограничений на долю ПЧД в темной материи был предложен впервые и ранее не рассматривался.

Фотон, излученный ПЧД, поглощается пылинкой и приводит в тепловое движение частицы пылинки. Пылинка поглощает фотоны с энергиями на всех длинах волн, нагревается и начинает излучать в непрерывном спектре, который может быть аппроксимирован планковским спектром абсолютного черного тела. Равновесная температура пыли $T_d$ для графитовой и силикатной составляющих определяется из условия теплового баланса. Излучение от других источников при расчете скорости нагрева пыли не учитывается. В качестве модели межзвездной пыли была выбрана модель MRN, согласно которой частицы межзвездной пыли имеют сферическую форму и состоят из смеси силикатных и графитовых частиц примерно в равной массовой пропорции. Размеры частиц $0.005<a<0.25$ мкм, а их распределение по размеру имеет степенной характер, $n(a)\sim a^{-3.5}$.

В качестве функции масс ПЧД рассматриваются два варианта --- монохроматическая функция масс ($\delta$-функция) и логнормальное распределение. Рассчитывается скорость нагрева пыли фотонами ПЧД и скорость охлаждения пыли отдельно для графитовой и силикатной составляющих пыли. Сравнивая скорость нагрева и скорость охлаждения пыли из предположения о том, что скорость нагрева должна быть меньше скорости охлаждения, рассчитывается ограничение на долю ПЧД, составляющих темную материю.

Полученные ограничения сравниваются с ограничениями полученных в предыдущих работах по внегалактическому и галактическому фонам. В результате для монохроматической функции масс полученные в работе ограничения оказались слабее, чем в предыдущих работах. Для логнормального распределения ПЧД по массе ограничения получились строже, чем в двух работах, с которыми сравнивались результаты, но менее строгими, чем в третей работе при значении параметра логнормального распределения $\sigma=2$.