Gamma rays and energetic particles from primordial black holes

Halzen, F.; Zas, E.; MacGibbon, Jane H.; Weekes, T. C.

doi:10.1038/353807a0

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“…where Γ is the grey-body factor and the sum is over particle species and angular momentum [22]. The comparisons between the luminosity and time evolution of m in the canonical and microcanonical pictures are displayed, respectively, in Fig.…”

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On time evolution of quantum black holes

Casadio

2001

Physics Letters B

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The time evolution of black holes involves both the canonical equations of quantum gravity and the statistical mechanics of Hawking radiation, neither of which contains a time variable. In order to introduce the time, we apply the semiclassical approximation to the Hamiltonian constraint on the apparent horizon and show that, when the backreaction is included, it suggests the existence of a long-living remnant, similarly to what is obtained in the microcanonical picture for the Hawking radiation.Key words: black holes, Hawking effect, microcanonical ensemble, semiclassical approximation, quantum gravity PACS: 04.70.-s, 04.70.Dy, 04.60.-m A longstanding issue in theoretical physics is how to quantize Einstein gravity. Since in the theory there are constraints whose algebra contains structure functions (which depend on the space-time coordinates), one can conceive (inequivalent [1]) manners of lifting the Hamiltonian and momentum constraints to quantum equations, thus hindering the formal solution to the problem. On a more physical ground, one might notice that it is relevant to have a quantum theory of gravity at our disposal only for systems with very strong (Planck size) gravitational fields, such as those one expects in the early stages of the Universe. Because of Hawking's discovery of black hole evaporation [2], one also expect that quantum (or semiclassical) gravity plays a role in determining the dynamics of the late stages in the life of collapsed objects.In a general situation, one has to deal with the infinite number of degrees of freedom of the gravitational field configurations which are physically distinguished only modulo coordinate transformations. This gives the constraints the form of functional differential equations, for which there is little hope of finding general solutions, and one then tries to reduce the number of degrees 1

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On time evolution of quantum black holes

Casadio

2001

Physics Letters B

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“…This isotropic value requires a clustering model for direct comparison with our measurements in the local galaxy. The gamma-ray background limits have been estimated to correspond to a local rate of ∼10 pc −3 yr −1 for certain models of clustering [2]. However, recent work suggests that PBH clustering could be as many as 15 orders of magnitude greater than previously thought [20].…”

Section: Discussionmentioning

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“…For example, a phase transition at some energy scale λ could result in an exponential increase in the number of particle degrees of freedom for a limited energy range above λ [2]. In such a scenario the number of bursts at that energy scale would increase dramatically.…”

Section: Theoretical Model For the Final Stages Of Pbh Evaporationmentioning

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A new search for primordial black hole evaporations using the Whipple gamma-ray telescope

Linton

Atkins

Badran

et al. 2006

J. Cosmol. Astropart. Phys.

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Abstract. Stephen Hawking's prediction that black holes should radiate like black bodies has several important consequences, including the possibility of the detection of small (∼10 15 g) black holes created in the very early universe. The detection of such primordial black holes (PBHs) would be an important discovery, not only confirming Hawking's theory, but also providing valuable insights into the history of the early universe. A search through 5.5 years of archival data from the Whipple Atmospheric Cerenkov Telescope is made for TeV gamma-ray bursts on 1, 3, and 5 s timescales. On the basis of a null result from this direct search for PBH evaporations, an upper limit of 1.08 × 10 6 pc −3 yr −1 (99% CL) is set on the PBH evaporation rate in the local region of the galaxy, assuming the Standard Model of particle physics. This is more than a factor of two better than the previous limit at this energy range and includes longer timescales than have previously been explored. Comparison of this result with previous limits on the fraction of the critical density comprised by PBHs, Ω pbh , depends strongly on assumptions made about PBH clustering; in models predicting strong PBH clustering, the limit in this work could be as many as ten orders of magnitude more stringently than those set by diffuse MeV gamma-ray observations.

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“…Assim, quanto menor o buraco negro, maior sua temperatura e mais rápida sua evaporação [22]. Foi com enorme surpresa que este resultado foi recebido, pois ao contrário do previsto classicamente, buracos negros poderiam eventualmente evaporar até seu possível desaparecimento.…”

Section: Radiação Hawkingunclassified

Gravitação semiclássica

Matsas¹

2005

Rev. Bras. Ens. Fis.

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Fazemos aqui uma breve descrição da teoria semiclássica da gravitação que tem conseguido antecipar de forma bastante robusta alguns efeitos de gravitação quântica. Palavras-chave: relatividade geral, mecânica quântica, teoria de campos quânticos em espaços-tempos curvos, gravitação quântica, gravitação semiclássica, buracos negros, efeito Fulling-Davies-Unruh, radiação Hawking.We make a brief description of the semiclassical gravity theory, which has been able to anticipate some effects of quantum gravity. Keywords: general relativity, quantum mechanics, quantum field theory in curved spacetimes, quantum gravity, semiclassical gravity, black holes, Fulling-Davies-Unruh effect, Hawking radiation. IntroduçãoA relatividade geral formulada em sua forma definitiva em 1915 por Albert Einstein pode ser resumida dizendo-se que o espaço e o tempo, que já tinham sido unificados em um uno espaço-temporal pelo próprio Einstein dez anos antes, tem suas propriedades modificadas pelo conteúdo subjacente de matéria e energia; e vice-versa: as propriedades do espaço-tempo determinam a forma como a matéria e energia se "organizam" tanto no espaço como no tempo (veja p. 121 e Ref.[1] para um estudo abrangente).As propriedades locais do espaço-tempo são completamente determinadas pela sua geometria queé, por sua vez, completamente caracterizada por um objeto matemático denominado métrica. Apenas a título de ilustração, escrevemos as 10 equações de Einstein da seguinte forma compacta:onde Gé a constante de gravitação Universal de Newton e cé a velocidade da luz. O lado esquerdo está associado com a geometria do espaço-tempo enquanto que o lado direito está associado com o conteúdo de matéria e energia do Universo. A relatividade geral além de ser matematicamente elegante possui a virtude de apontar para suas próprias limitações. Elas aparecem como singularidades (divergências) em quantidades observáveis. Por exemplo, usando as equações de Einstein em conjunto com os dados astronômicos atuais somos levados a concluir que o Universo teve um início há uns 13 bilhões de anos atrás e que desde então está em contínua expansão (veja artigo de I. Waga nesta mesma edição). Por mais notável que seja, isso não representaria um problema se a gênesis do Universo não estivesse associada com quantidades divergentes tais como densidade de energia, temperatura e curvatura. Aceitar a realidade física desses resultados significa colocar uma fronteiraà própria ciência que não estaria apta a escrutinar a "física"de tais "regiões". Mas que saída nos resta além da infâmia de depor armas?A relatividade geralé uma teoria clássica, i.e., não incorpora ingredientes quânticos em seu formalismo. Se a teoria de Einsteiné a "teoria da relatividade", a mecânica quânticaé a "teoria da incerteza". Com esta máxima queremos dizer que ao contrário das teorias clássicas, a teoria quântica nos ensina queé impossível conhecer com infinita precisão o comportamento futuro de um sistema por melhor que conheçamos suas condições iniciais. Por exemplo, se quisermos conhecer com...

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Gamma rays and energetic particles from primordial black holes

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A new search for primordial black hole evaporations using the Whipple gamma-ray telescope

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