Primordial black holes (PBHs) are expected to form in the very early universe, and therefore, we could use them to probe preBBN times. Astrophysical observations permit the placement of bounds on the abundance of PBHs. Combining these bounds with predictions of PBH formation and the resulting PBH abundances, we explore the possibility to constrain an epoch of early matter domination (MD). For this analysis, we incorporate the recently obtained and most stringent bounds on PBHs from 21 cm observations. We assume density perturbations described by a nearpowerlaw form of the curvature power spectrum consistent with the Planck 2018 results and derive the corresponding PBH mass function using recent results from the literature. To place constraints on an early matterdominated (MD) epoch, we compare this with upto date bounds on PBHs, adding those from 21 cm astronomy, using a formalism to apply monochromatic constraints to extended mass functions. We find that 21 cm bounds on PBHs may probe early MD if it lasts for a duration of at least ∼ 12 efolds and ends at a reheating temperature T_min < T_reh ≲ 105.5 GeV, where Tmin depends on the duration of the MD, the spectral index ns, and αs. For optimistic assumptions, our derived limits on the spectral index ns extend into the Planck 2018 67% upper confidence region of n_s = 0.9649 ± 0.0042, nearly reaching its median n_s = 0.9649, if we neglect the running αs. Our bounds on the running α_s show that early MD is incompatible with positive running α_s ≳ 0. / Primordiala svarta hål förutsäges ha skapats i det mycket tidiga universum. Ur detta förstår vi att dessa svarta hål ger oss en länk till universums tillstånd under deras skapelse och att vi genom studiet av primordiala svarta hål kan skymta detta tillstånd. Restriktioner på mängden primordiala svarta hål i universum kan beräknas utifrån astrofysiska observationer. Jämförelse av dessa restriktioner med teoretiska förutsägelser av vilka mängder av primordiala svarta hål som skapats vid olika tillstånd medger att vissa tillstånd utesluts. I detta arbete undersöker vi just detta samband och avser etablera huruvida de starkaste restriktionerna på primordiala svarta hål, speciellt från 21 cm observationer av universum, kan utesluta ett kosmologiskt scenario med tidig materiadominans. För att göra detta antar vi att störningar i den annars homogena energidensiteten kan beskrivas med hjälp av ett nästanstorleksoberoende potenssamband vars form ges av resultat från Planck kollaborationen 2018. Givet denna potenslag beräknar vi en form för de primordiala svarta hålens massdistribution medelst resultat från den vetenskapliga litteraturen. Vi jämför sedan dessa förutsägelser med de senaste mängdrestriktionerna på primordiala svarta hål, inkluderat dem från 21 cm observationer, för att erhålla nya begränsningar på tidig materiadominans. Vi tar i beaktande att massdistributionen av primordiala svarta hål inte är monokromatisk, utan utbredd. Resultatet av denna analys är att tidig materiadominans är inom räckhåll för att uteslutas medelst studier av primordiala svarta hål om perioden av materiadominans är längre än ∼ 12 efolds och att den slutar vid återuppvärmningstemperaturen T_min < T_reh ≲ 10^5.5 GeV, där Tmin beror på hur länge den tidiga materiadominansen varar, på det spektrala indexet ns och det spektrala indexets derivata αs. För optimistiska antaganden äventyrar dessa restriktioner på materiadominans resultat från Planck kollaborationen 2018 i det att det övre konfidensintervallet på det spektrala indexet n_s = 0.9649 ± 0.0042 är exkluderat, och att förändringen av detta index, α_s, inte kan vara positiv då vi låter storleksordningen minska.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-297567 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Stomberg, Isak |
| Publisher | KTH, Fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2021:058 |
Page generated in 0.002 seconds