Black holes and the dark sector

In particular, during the first part we study the thermodynamical properties of specific black hole solutions in massive gravity. We conclude that such black hole solutions do not follow the second and third of law of thermodynamics, which may signal a problem in the model. For instance, a naked singularity may be created as a result of the evolution of a singularity-free state.

In the second part, we constrain primordial black holes as dark matter candidates. To do that, we consider the effect of primordial black holes when they interact with compact objects, such as neutron stars and white dwarfs. The idea is as follows: if a primordial black hole is captured by a compact object, then the accretion of the neutron star or white dwarf’s material into the hole is so fast that the black hole destroys the star in a very short time. Therefore, observations of long-lived compact objects impose constraints on the fraction of primordial black holes. Considering both direct capture and capture through star formation of primordial black holes by compact objects, we are able to rule out primordial black holes as the main component of dark matter under certain assumptions that are discussed.

To better understand the relevance of these subjects in modern cosmology, we begin the thesis by introducing the standard model of cosmology and its problems. We give particular emphasis to modifications of gravity, such as massive gravity, and black holes in our discussion of the dark sector of the Universe./

Cette thèse est divisée en deux parties : la première partie est consacrée à l’étude de certaines solutions de trous noirs dans une théorie modifiée de la gravité, appelée la gravité massive, qui peut être en mesure d’expliquer l’expansion accélérée de l’Univers; tandis que dans la seconde partie, nous nous concentrons sur des contraintes sur les trous noirs primordiaux comme candidats de matière noire.

En particulier, au cours de la première partie, nous étudions les propriétés thermodynamiques de solutions spécifiques de trous noirs en gravité massive. Nous en concluons que ces solutions de trous noirs ne suivent ni la deuxième, ni la troisième loi de la thermodynamique, ce qui semble indiquer une inconsistance dans le modèle. Par exemple, une singularité nue peut être créée à la suite de l’évolution d’un état sans aucune singularité.

Dans la deuxième partie, nous mettons des contraintes sur les trous noirs primordiaux en tant que candidats de matière noire. Pour ce faire, nous considérons l’effet des trous noirs primordiaux lorsqu’ils interagissent avec des objets compacts, tels que les étoiles à neutrons et les naines blanches. L’idée est comme suit : si un trou noir primordial est capturé par un objet compact, alors l’accrétion du matériel constituant l’étoile à neutrons ou la naine blanche est si rapide que le trou noir détruit l’étoile en un temps très court. Par conséquent, les observations d’objets compacts imposent des contraintes sur la fraction de trous noirs primordiaux. Considérant à la fois la capture directe des trous noirs primordiaux par les objets compacts et la capture au travers de la formation stellaire, nous sommes en mesure d’exclure les trous noirs primordiaux comme la composante principale de matière noire sous certaines hypothèses qui sont discutées.

Pour mieux comprendre la pertinence de ces sujets dans la cosmologie moderne, nous commençons la thèse par l’introduction du modèle standard de la cosmologie et de ses problèmes. Nous donnons une importance particulière aux modifications de la gravité, telles que la gravité massive, et aux trous noirs dans notre discussion sur le secteur sombre de l’Univers.