Observational consequences of black holes in the universe: From dark matter candidates to quasars
- Autores: Marc Oncins Fernández
- Directores de la Tesis: Jordi Miralda Escudé (dir. tes.), Alberto Manrique Oliva (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2022
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pilar Gil Pons (presid.), Cristiano Germani (secret.), Silvia Bonoli (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad de Barcelona
- Materias:
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- Resumen
Esta tesis doctoral consiste en un estudio de agujeros negros de masa extrema, y sus posibles consecuencias observacionales, sobretodo enfocado desde la perspectiva de agujeros negros primordiales.
Estos agujeros negros primordiales podrían ser toda la materia oscura, pero solo en un rango de masas bastante pequeño, pues hay muchas limitaciones, empezando desde su formación pero también debido al uso de técnicas observacionales como microlensing, observación de ondas gravitacionales y los efectos de la radiación Hawking. Aún así aún queda un espacio en un rango de masas cercanas a las de los asteroides en que estos agujeros negros podrían ser toda la materia oscura y muy pocas formas de conseguir algún tipo de resultado observable de su existencia.
Una forma sería la captura de estos agujeros negros por parte de una estrella de secuencia principal. Esto podría suceder a altos redshifts, con altas densidades de materia oscura y bajas velocidades. Analizamos este caso en particular y proponemos un modelo simplificado para estudiarlo. A pesar de las simplificaciones, nuestro modelo mejora la literatura en que contiene el cálculo numérico de la fricción dinámica de dos formas diferentes para contrastar usando modelos estelares punteros y un mecanismo para aproximar el efecto de perturbaciones externas sobre el sistema. Usamos ademas un nuevo parámetro que llamamos Xi que permite que nuestros resultados sean casi completamente genéricos. En nuestro caso particular de altos redshifts concluimos que la captura de agujeros negros primordiales por parte de estrellas seria muy notable, eliminando la mayoría de estrellas de bajas masas muy cerca del centro de la galaxia y dejando muchos agujeros negros por debajo de una masa solar que podríamos observar y demostrarían la existencia de agujeros negros primordiales.
En el otro extremo de masas están los agujeros negros supermasivos, y entre ellos los cuásares, de miles de millones de masas solares. En particular, una gran duda es la contribución de los cuásares a la re-ionización del universo. Una forma de analizar esta contribución es a través de nebulosas Lyman alfa, que es una radiación difusa observada alrededor de los cuásares más brillantes. Es muy poco brillante, por lo que hay dudas sobre si existen también para cuásares no tan brillantes y sencillamente nuestros instrumentos no la pueden observar. Habría una forma pero, con la técnica llamada stacking, consistente en sumar imágenes del mismo tipo para reducir el ruido térmico de la imagen, permitiendo llegar a magnitudes mas altas. El stacking tiene la dificultad de que también magnifica los errores sistemáticos presentes en la imagen, sobretodo la Point Spread Function (PSF). Usamos el cartografiaje J-PLUS para el stacking como paso previo al mucho más potente cartografiaje J-PAS. Aunque J-PLUS no llega a las magnitudes necesarias para apreciar la luz difusa con cuásares, incluso con stacking, con estrellas llegamos a magnitudes muy altas, siguiendo muy bien nuestras predicciones y con una PSF muy buen comportada. Las mismas predicciones nos dicen que con J-PAS debería ser mucho más fácil ver la luz difusa Lyman alfa alrededor de los cuásares, y la mayoría de nuestro trabajo previo en J-PLUS es aplicable a J-PAS debido a la continuidad entre cartografiajes.
