Estimación del efecto de agujeros negros primordiales en el sol

Abstract

En este trabajo se estudia la interacción entre agujeros negros primordiales (PBHs) y el Sol, con el objetivo de evaluar su viabilidad como candidatos a materia oscura. Para ello, se implementa un modelo simplificado basado en suposiciones astrofísicas razonables, mediante el cual se calcula la probabilidad de colisión a partir de un análisis cinemático angular, y se estima el número total de impactos a lo largo de la vida del sistema solar, es decir, 5 · 10⁹ años, considerando un intervalo de masas comprendido entre 1017 y 1024 kg, junto con las restricciones observacionales actuales. Además, se modela la pérdida de velocidad que experimenta un PBH al atravesar el interior solar tras un impacto, considerando tanto la fricción dinámica gravitacional como la acreción de materia. Los resultados indican que, aunque la fricción domina ampliamente el proceso de frenado, la pérdida de energía resultante no es suficiente para que el PBH quede gravitacionalmente ligado al Sol, incluso en configuraciones óptimas. Se concluye, por tanto, que los impactos entre PBHs y el Sol, aunque posibles en ciertos rangos de masa y fracción de abundancia fPBH, no conducen a la captura gravitacional ni generan efectos observacionales detectables. Como resultado, este estudio no impone restricciones adicionales sobre la contribución de los PBHs al presupuesto de materia oscura, pero sí confirma que su existencia es compatible con las propiedades observadas del entorno solar.

This study explores the interaction between primordial black holes (PBHs) and the Sun, aiming to assess their plausibility as dark matter candidates. A simplified yet physically motivated model is developed to compute the probability of collision based on angular kinematic considerations. Using this framework, the expected number of PBH-Sun encounters over the solar system’s lifetime (5 · 10⁹ years) is estimated for a mass range between 1017 and 1024 kg, taking into account current observational constraints. The dynamical interaction is further analyzed by modeling the velocity loss experienced by a PBH during its passage through the solar interior. Both gravitational dynamical friction and accretion are considered. The results show that although friction is by far the dominant braking mechanism, the resulting energy loss is insufficient for the PBH to become gravitationally bound to the Sun, even under the most favorable conditions. These findings suggest that while PBH impacts with the Sun are not entirely negligible within certain mass and abundance ranges (fPBH), they do not result in capture or produce detectable observational signatures. Consequently, this study does not place additional constraints on the contribution of PBHs to the dark matter budget, but supports their compatibility with current solar observations.