Firmas distintas de dominación y evaporación de agujeros negros primordiales en rotación: ondas gravitacionales de doble pico, reliquias oscuras y complementariedad del CMB

Un agujero negro primordial (PBH) de masa ultra-baja, que puede dominar brevemente la densidad de energía del universo pero evaporarse completamente antes de la nucleosíntesis del big bang (BBN), puede llevar a firmas observables interesantes. En nuestro trabajo anterior, estudiamos la generación de un espectro de fondo de ondas gravitacionales estocásticas inducidas (ISGWB) de doble pico para tal escenario y exploramos la posibilidad de indagar en una clase de modelos de bariogénesis donde la emisión de partículas inestables masivas de la evaporación del PBH y su posterior descomposición contribuyen a la asimetría materia-antimateria. En este trabajo, ampliamos el alcance de nuestro trabajo anterior incluyendo PBHs en rotación y consideramos la emisión de partículas ligeras del sector oscuro relativistas, que contribuyen a la radiación oscura (DR) y partículas masivas estables del sector oscuro, contabilizando así el componente de materia oscura (DM) del universo. El ISGWB puede sondear la producción no térmica de estas pesadas partículas de DM, que no pueden ser accesibles en búsquedas de laboratorio. Para el caso de DR, encontramos una nueva complementariedad entre las mediciones de ∆N eff de estas partículas emitidas y el ISGWB de la dominación de PBH. Nuestros resultados indican que el ISGWB tiene una débil dependencia del giro inicial del PBH. Sin embargo, para los gravitones como partículas de DR, el giro inicial del PBH juega un papel significativo, y solo por encima de un valor crítico del parámetro de giro inicial a*, que depende únicamente de la masa inicial del PBH, se puede sondear la emisión de gravitones en el experimento CMB-HD. Los próximos experimentos de CMB, como CMB-HD y CMB-Bharat, junto con futuros detectores de GW como LISA y ET, abren una posibilidad emocionante de restringir el espacio de parámetros de los PBH, brindando una comprensión más profunda de la historia de expansión del universo entre el final de la inflación y BBN.