Authors: Siri Chongchitnan, Teeraparb Chantavat, Jenna Zunder
ความสำคัญและที่มา/ Motivation and background
หลุมดำปฐมภูมิเป็นวัตถุที่ได้มีการคาดการณ์ไว้จากทฤษฎีเป็นหลุมดำที่เกิดขึ้นมาในยุคเริ่มต้นของเอกภพก่อนที่จะมีการสร้างดาว และกาแล็กซี่ ดังนั้นกระบวนการก่อกำเนิดหลุมดำปฐมภูมิจึงแตกต่างจากหลุมดำทั่วไปที่ไม่ได้เกิดจากการยุบตัวของดาวขนาดมหึมา แต่เกิดจากการยุบตัวของบริเวณสสารที่มีความหนาแน่นสูงมาก หลุมดำปฐมภูมิเป็นหนึ่งในวัตถุที่อาจจะเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เราเรียกว่าสสารมืด และอาจจะเป็นแหล่งกำเนิดของหลุมดำมวลยิ่งยวดได้ด้วย การศึกษาหลุมดำปฐมภูมิเป็นประโยชน์ในการศึกษาความเชื่อมโยงระหว่างทฤษฎีที่สำคัญในทางฟิสิกส์ได้แก่ ทฤษฎีความโน้มถ่วง ทฤษฎีควอมตัม และทฤษฎีอุณหพลศาสตร์ ในงานวิจัยนี้ได้ใช้สถิติค่ายิ่งยวดมาใช้ในการทำนายการกระจายความน่าจะเป็นของหลุมดำปฐมภูมิขนาดมวลยิ่งยวด (extreme primordial black holes) ในค่าเรดชิฟท์ต่าง ๆ
Primordial black holes are hypothetical type of black holes were formed during the early Universe. They are not formed by the gravitational collapse of large stars but by the extreme density of matter. Primordial black holes have been suggested as a solution include the dark matter problem, and also as potential progenitors of massive black holes. The study of PBHs beautifully unifies general relativity, quantum mechanics and thermodynamics. This work we applied extreme-value statistics to predict the probability distribution of extreme PBHs at a given redshift.
งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาและเสนอวิธีการคำนวณการกระจายความน่าจะเป็นของหลุมดำปฐมภูมิขนาดมวลยิ่งยวด (Primordial Black Hole – PBH) ที่คาดว่าจะสำรวจได้ในเอกภพ งานวิจัยนี้ได้นำข้อมูลการสังเกตการณ์ที่เราทราบ ณ เวลาปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับ PBH ในอยู่ในสสารมืด และการกระจายตัวของสสารมืดแล้วนำมาคำนวณขอบเขตของมวลมากสุดที่เป็นไปได้ของ PBH ในเอกภพยุคเริ่มต้น และได้สาธิตวิธีการคำนวณที่ได้เสนอผ่านกรณีศึกษา แสดงให้เห็นว่าวิธีการคำนวณสามารถนำไปใช้คำนวณการกระจายความน่าจะเป็นของ PBH จากทฤษฎีการสร้าง PBH หลากหลายแบบ
We present a formalism for calculating the probability distribution of the most massive primordial black holes (PBHs) expected within an observational volume. We show how current observational upper bounds on the fraction of PBHs in dark matter translate to constraints on extreme masses of primordial black holes. We demonstrate the power of our formalism via a case study, and argue that our formalism can be used to produce extreme-value distributions for a wide range of PBH formation theories.
ผลสัมฤทธิ์สำคัญ/ Key results
ในงานวิจัยชิ้นนี้ได้นำสถิติค่ายิ่งยวดมาประยุกต์ใช้คำนวณหาการกระจายความน่าจะเป็นของหลุมดำปฐมภูมิขนาดมวลยิ่งยวดโดยสามารถเลือกใช้กับทฤษฎีการก่อกำเนิด PBH ได้แบบต่าง ๆ อีกทั้งสามารถเปรียบเทียบกับค่าขอบเขตบนของสัดส่วน PBH ต่อสสารมืดได้
In this work, we have established a framework to calculate the mass distribution of most massive PBHs expected within a given observational volume with different PBH formation theory and compare PBH mass fraction with the observational constraints.
บทความ/ Journal : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/asna.202113826
