Agujeros Negros Primordiales (PBHs) y las Firmas de la No-Gaussianidad Cósmica

Los agujeros negros primordiales (PBHs) proporcionan una sonda única del Universo primordial a pequeña escala y pueden constituir una fracción de la materia oscura. Su formación es altamente sensible a características no gaussianas en la perturbación de curvatura primordial ζ. En este trabajo investigamos la producción de PBH en el escenario del curvaton, donde la descomposición de un campo escalar ligero a tiempo tardío imprime grandes fluctuaciones inherentemente no gaussianas en escalas pequeñas. Usando el mapeo no lineal exacto entre las perturbaciones del campo curvaton gaussiano y ζ, calculamos las funciones de distribución de probabilidad completas no perturbativas de ζ y derivamos la fracción de formación de PBH β sin depender de una expansión no gaussiana truncada. Mostramos que la cola mejorada de la distribución amplifica dramáticamente la producción de PBHs, llevando a una sensibilidad exponencial de β a la fracción de descomposición del curvaton Ω⏦, ₃₄₂. Al modelar la dependencia de escala de las fluctuaciones del curvaton con un perfil lognormal, obtenemos espectros de masa de PBH realistas y extendidos en lugar de picos monocromáticos. Además, destacamos el fondo estocástico de ondas gravitacionales asociado inducido en segundo orden, cuya frecuencia máxima se correlaciona directamente con la escala de masa de PBH. Nuestros resultados demuestran que el escenario del curvaton produce de forma natural una rica fenomenología de PBHs y ondas gravitacionales, claramente distinta de los modelos de inflación gaussiana de campo único, y proporcionan un marco para conectar la física no gaussiana a pequeña escala con las próximas observaciones de ondas gravitacionales y PBHs.