Materia oscura y LIGO

Pronto comenzaremos a obtener más datos de los detectores gravitacionales. Virgo estará en línea pronto, pero LIGO será eliminado por un tiempo con actualizaciones. Cuando funcione completamente, y se agreguen un par de otros, deberíamos comenzar a detectar quizás 10 por año, y después de 10 años tendríamos alrededor de 100 fusiones de agujeros negros (BH) detectadas. Y medido. Entonces se conocerán mejor las estadísticas sobre si hay suficientes BH de tamaño medio (10-20 a 100 masas solares) para formar materia oscura.

Las otras dos detecciones confirmadas de BH en LIGO fueron más pequeñas que la primera, 8/14 masas solares para la segunda y quizás el doble para la tercera. Nada más jodido que la primera detección de fusión de BH.

Hay mucha masa que formar para que forme la materia oscura. Unas 5 veces más que la materia visible. Con más estadísticas, veremos qué tan probable es que sean los medianos.

Además, con más interferómetros empezaremos a ser capaces de localizar las fuentes, mucho más que las estimaciones de un cuarto de hemisferio que tenemos ahora. Queda por ver si eso será suficiente para determinar si están en el halo de una galaxia, que es donde deberían estar más probablemente, dudo que sea tan bueno. Pero deberíamos poder comenzar a correlacionar las ubicaciones con galaxias observadas de otra manera, y quizás con$\gamma$ráfagas de rayos, o fuentes de rayos X, y comience a vincularles algo de astrofísica.

Lo que no me queda claro es si se han hecho suficientes cálculos/simulaciones para estimar cuántos de estos BH primordiales debería haber, y ver algunos de ellos a partir de microlentes.

Finalmente, en algún momento (no parece que sea a principios de la década de 2020, caro) tendremos algunos interferómetros gravitacionales basados ​​en el espacio para ver las ondas gravitacionales durante el primer segundo del universo y ver algunos restos de su formación. También podríamos detectar su efecto sobre el CMB.

Algunas de estas observaciones astrofísicas y de ondas gravitacionales deberían comenzar a señalar las cosas en una dirección u otra.

Lo que es cierto es que podríamos determinar las contribuciones de los BH a la materia oscura. Pero todavía es demasiado pronto para decir si parece positivo o no. Antes del descubrimiento de los BH de tamaño mediano, el espacio de parámetros de MACHO se había reducido a no mucho sobre las posibles fuentes de materia oscura. Pero no se pensaba que los BH de tamaño mediano fueran predominantes. Entonces los MACHOs tienen una nueva oportunidad.

Ver http://www.sciencemag.org/news/2017/02/dark-matter-made-black-holes

LIGO tiene el potencial de brindar información sobre la posibilidad de un componente de la materia oscura: los agujeros negros primordiales . Los objetivos clave de los interferómetros de ondas gravitacionales son la fusión de sistemas binarios (ya sea agujeros negros o estrellas de neutrones), por lo que si se pudieran detectar suficientes binarios de agujeros negros con el tiempo, los científicos podrían restringir los rangos de masa de los agujeros negros primordiales, dándonos así una una mejor comprensión de si podrían ser buenos candidatos a la materia oscura.

Esto se exploró con cierto detalle en un artículo reciente, Bird et al. (2016) . Los autores consideran rangos de masa de$20$a$100$masas solares. Afirman que si los agujeros negros primordiales tienen masas aproximadamente iguales a las de la primera detección en 2015 ( GW150914 ), entonces las tasas de fusión de los agujeros negros primordiales deberían ser consistentes con las tasas de fusión derivadas de ese evento.

Dicho esto, los autores asumieron que los hipotéticos agujeros negros tenían masas como las de los agujeros negros detectados en ese primer evento. Desde entonces, LIGO ha tenido otras detecciones ( GW151226 y GW170104 ), que involucran binarios de diferentes masas. Es posible que Bird et al. cambiaría sus cálculos basados ​​en estos descubrimientos posteriores.