Processos de formação de buracos negros primordiais com relatividade numérica completa

Veja a tese para o resumo completo. Buracos negros primordiais (PBHs) podem se formar no universo primordial, e existem várias janelas de massa nas quais sua abundância hoje pode ser suficiente para constituir uma parte significativa da densidade da matéria escura. Além disso, a relatividade numérica (NR) permite investigar os processos de formação dos PBHs no regime de gravidade forte totalmente não linear. Nesta tese, descreveremos o uso de métodos de NR para estudar a formação de PBHs, motivados em particular por questões abertas sobre os efeitos não esféricos da formação de PBHs em um universo inicial dominado por matéria. Demonstramos que perturbações não lineares super-horizonte podem colapsar e formar PBHs através dos mecanismos de colapso direto ou colapso por acreção em um universo dominado por matéria. As perturbações mais pesadas colapsam pelo mecanismo de colapso direto, enquanto perturbações mais leves desencadeiam um processo de acreção que causa um colapso rápido da matéria escura ambiente. A partir da conjectura do hoop, propomos um critério analítico para determinar se uma dada perturbação irá colapsar pelo mecanismo direto ou de acreção e calculamos a escala de tempo do colapso. Independentemente do mecanismo de formação, o PBH se forma dentro de um efold após o início do colapso e com uma massa inicial pequena em comparação com o horizonte de Hubble, MBH ~ H₀ 10^-2mPl². Finalmente, descobrimos que a formação de PBH é seguida por um crescimento extremamente rápido MBH ~ H^-¹, durante o qual o PBH adquire a maior parte de sua massa. Além disso, estudamos a formação de buracos negros primordiais girantes durante uma era inicial dominada por matéria. Usando simulações relativísticas gerais não lineares 3+1D, calculamos a eficiência da transferência de massa e momento angular no processo — a qual encontramos ser da ordem de 10%. O resumo continua na tese.