Papers
Topics
Authors
Recent
2000 character limit reached

Spinning primordial black holes formed during a matter-dominated era (2306.11810v2)

Published 20 Jun 2023 in astro-ph.CO and gr-qc

Abstract: We study the formation of spinning primordial black holes during an early matter-dominated era. Using non-linear 3+1D general relativistic simulations, we compute the efficiency of mass and angular momentum transfer in the process -- which we find to be $\mathcal{O}(10\%)$ and $\mathcal{O}(5\%)$, respectively. We show that subsequent evolution is important due to the seed PBH accreting non-rotating matter from the background, which decreases the dimensionless spin. Unless the matter era is short, we argue that the final dimensionless spin will be negligible.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (55)
  1. B. J. Carr and S. W. Hawking, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 168, 399 (1974), https://academic.oup.com/mnras/article-pdf/168/2/399/8079885/mnras168-0399.pdf .
  2. S. Hawking, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 152, 75 (1971), https://academic.oup.com/mnras/article-pdf/152/1/75/9360899/mnras152-0075.pdf .
  3. Y. B. Zel’dovich and I. D. Novikov, Soviet Astronomy 10, 602 (1967).
  4. B. Carr and F. Kuhnel, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 70, 355 (2020), arXiv:2006.02838 [astro-ph.CO] .
  5. D. N. Page and S. W. Hawking, Astrophys. J. 206, 1 (1976).
  6. B. J. Carr, Astrophys. J. 206, 8 (1976).
  7. E. L. Wright, Astrophys. J. 459, 487 (1996), arXiv:astro-ph/9509074 .
  8. J. H. MacGibbon and B. J. Carr, Astrophys. J.  371, 447 (1991).
  9. B. J. Carr and M. J. Rees, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 206, 801 (1984), https://academic.oup.com/mnras/article-pdf/206/4/801/2902772/mnras206-0801.pdf .
  10. R. Bean and J. a. Magueijo, Phys. Rev. D 66, 063505 (2002).
  11. M. R. S. Hawkins, Nature (London) 366, 242 (1993).
  12. Hawkins, M. R. S., A&A 633, A107 (2020).
  13. R. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Astrophys. J. Lett. 900, L13 (2020), arXiv:2009.01190 [astro-ph.HE] .
  14. V. Vaskonen and H. Veermäe, Phys. Rev. Lett. 126, 051303 (2021), arXiv:2009.07832 [astro-ph.CO] .
  15. K. Kohri and T. Terada, Phys. Lett. B 813, 136040 (2021), arXiv:2009.11853 [astro-ph.CO] .
  16. G. Domènech and S. Pi, Sci. China Phys. Mech. Astron. 65, 230411 (2022), arXiv:2010.03976 [astro-ph.CO] .
  17. B. J. Carr, Astrophys. J.  201, 1 (1975).
  18. G. V. Bicknell and R. N. Henriksen, Astrophys. J.  232, 670 (1979).
  19. M. W. Choptuik, Phys. Rev. Lett. 70, 9 (1993).
  20. C. R. Evans and J. S. Coleman, Phys. Rev. Lett. 72, 1782 (1994).
  21. J. C. Niemeyer and K. Jedamzik, Physical Review Letters 80, 5481–5484 (1998).
  22. A. M. Green and A. R. Liddle, Physical Review D 60 (1999), 10.1103/physrevd.60.063509.
  23. I. Musco and J. C. Miller, Class. Quant. Grav. 30, 145009 (2013), arXiv:1201.2379 [gr-qc] .
  24. B. J. Carr and J. E. Lidsey, Phys. Rev. D 48, 543 (1993).
  25. H. M. Hodges and G. R. Blumenthal, Phys. Rev. D 42, 3329 (1990).
  26. A. Taruya, Physical Review D 59 (1999), 10.1103/physrevd.59.103505.
  27. B. A. Bassett and S. Tsujikawa, Physical Review D 63 (2001), 10.1103/physrevd.63.123503.
  28. S. Clesse and J. García-Bellido, Physical Review D 92 (2015), 10.1103/physrevd.92.023524.
  29. J. García-Bellido and E. Ruiz Morales, Physics of the Dark Universe 18, 47–54 (2017).
  30. M. Crawford and D. N. Schramm, Nature 298, 538 (1982).
  31. I. G. Moss, Phys. Rev. D 50, 676 (1994).
  32. N. Kitajima and F. Takahashi, JCAP 11, 060 (2020), arXiv:2006.13137 [hep-ph] .
  33. K. Kawana and K.-P. Xie, Phys. Lett. B 824, 136791 (2022), arXiv:2106.00111 [astro-ph.CO] .
  34. T. H. Jung and T. Okui,   (2021), arXiv:2110.04271 [hep-ph] .
  35. C. J. Hogan, Phys. Lett. 143B, 87 (1984).
  36. S. Hawking, Phys. Lett. B 231, 237 (1989).
  37. A. Polnarev and R. Zembowicz, Phys. Rev. D 43, 1106 (1991).
  38. J. Garriga and M. Sakellariadou, Phys. Rev. D48, 2502 (1993), arXiv:hep-th/9303024 .
  39. R. Caldwell and P. Casper, Phys. Rev. D53, 3002 (1996), arXiv:gr-qc/9509012 .
  40. G. Bertone et al., SciPost Phys. Core 3, 007 (2020), arXiv:1907.10610 [astro-ph.CO] .
  41. S. M. Carroll and M. Kaplinghat, Phys. Rev. D 65, 063507 (2002), arXiv:astro-ph/0108002 .
  42. D. Hooper and H. Xiao,   (2023), arXiv:2306.07339 [hep-ph] .
  43. M. Khlopov and A. Polnarev, Phys. Lett. B97, 383 (1980).
  44. A. G. Polnarev and M. Y. Khlopov, Soviet Astronomy 26, 9 (1982).
  45. F. Kuhnel, Eur. Phys. J. C 80, 243 (2020), arXiv:1909.04742 [astro-ph.CO] .
  46. S. Chongchitnan and J. Silk, Phys. Rev. D 104, 083018 (2021), arXiv:2109.12268 [astro-ph.CO] .
  47. M. He and T. Suyama, Phys. Rev. D 100, 063520 (2019), arXiv:1906.10987 [astro-ph.CO] .
  48. A. M. Green and A. R. Liddle, Phys. Rev. D 56, 6166 (1997).
  49. E. Cotner and A. Kusenko, Phys. Rev. Lett. 119, 031103 (2017), arXiv:1612.02529 [astro-ph.CO] .
  50. J. Georg and S. Watson, JHEP 09, 138 (2017), arXiv:1703.04825 [astro-ph.CO] .
  51. GRChombo, “Spinning primordial black holes formed during a matter-dominated era,”  (2023), https://youtu.be/CC4xBLol4aE.
  52. A. Einstein, Annalen der Physik 354, 769 (1916).
  53. J. Thornburg, Class. Quant. Grav. 21, 743 (2004), arXiv:gr-qc/0306056 .
  54. T. W. Baumgarte and S. L. Shapiro, Numerical Relativity: Solving Einstein’s Equation on the Computer (Cambridge University Press, 2010).
  55. G. C. McVittie, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 93, 325 (1933).
Citations (8)
View on Semantic Scholar

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Summarize Now
Slide Deck Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Whiteboard

Dice Question Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now
Lightbulb Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now
List To Do Tasks Checklist Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up