Can ¡superconducting ¡stings ¡ piercing ¡seed ¡black ¡holes ¡generate ¡ SMBH ¡in ¡the ¡early ¡universe? ¡ ¡ IF ¡Workshop, ¡27 th ¡August ¡2015 ¡ ¡ Matthew ¡Lake, ¡Institute ¡for ¡Fundamental ¡Study, ¡ Naresuan ¡University, ¡Phitsanulok, ¡Thailand ¡ ¡ ¡
Overview ¡ * Observational ¡evidence ¡for ¡Super ¡Massive ¡Black ¡Holes ¡ (SMBH) ¡at ¡high ¡redshifts ¡ * Theoretical ¡problems ¡of ¡high ¡z ¡SMBH ¡for ¡ΛCDM ¡model ¡ * Theoretical ¡predictions ¡of ¡cosmic ¡strings ¡(at ¡high ¡z) ¡ ¡ * Observational ¡problem ¡of ¡NO ¡strings ¡(at ¡any ¡z) ¡ ¡ * Proposed ¡solution ¡+ ¡Summary ¡ * Based ¡on ¡collaboration ¡with ¡T. ¡Harko ¡[arXiv:1505.01584] ¡ *
Observational ¡evidence ¡for ¡SMBH ¡at ¡ high ¡redshifts ¡ * To ¡date, ¡around ¡40 ¡SMBH ¡(10 9 -‑10 10 ¡M S ) ¡have ¡been ¡observed ¡at ¡ redshifts ¡z ¡> ¡6 ¡(< ¡1 ¡billion ¡yrs) ¡ * Some ¡at ¡z ¡> ¡7: ¡For ¡example ¡ quasar ¡ULAS ¡J112001.48+064124.3 ¡at ¡z ¡= ¡ 7.085 ¡with ¡M ¡= ¡2 ¡x ¡ 10 9 ¡M S ¡ *
Theoretical ¡Problem ¡of ¡SMBH ¡for ¡the ¡ ΛCDM ¡model ¡ The ¡ ΛCDM ¡model ¡– ¡cosmological ¡ constant ¡with ¡cold ¡dark ¡matter ¡– ¡ is ¡in ¡good ¡agreement ¡with ¡ available ¡“cosmological” ¡data. ¡ Large ¡Scale ¡Structure ¡(LSS): ¡ Type ¡I ¡Super ¡Novae ¡(standard ¡ candles): ¡Cosmic ¡Microwave ¡ Background ¡(CMB): ¡Baryon ¡ Acoustic ¡Oscillations ¡(BAO) ¡ ¡ Problem ¡is ¡with ¡“astrophysics”! ¡ *
Theoretical ¡Problem ¡of ¡SMBH ¡for ¡the ¡ ΛCDM ¡model ¡ According ¡to ¡the ¡Millennium ¡Simulation ¡– ¡based ¡on ¡standard ¡ΛCDM ¡cosmology ¡ – ¡ ¡predicts ¡a ¡mass ¡density ¡for ¡SMBH ¡or ¡order ¡10 -‑9 ¡M S ¡Mpc -‑3 , ¡enough ¡to ¡give ¡only ¡ ~O(1) ¡SMBH ¡per ¡horizon ¡volume ¡at ¡z ¡> ¡6 ¡ Standard ¡models ¡based ¡on ¡mergers ¡ + ¡accretion ¡ within ¡ΛCDM ¡ cannot ¡ account ¡for ¡the ¡observational ¡data ¡ ¡ This ¡poses ¡a ¡severe ¡challenge ¡to ¡the ¡ΛCDM ¡concordance ¡model ¡ even ¡if ¡it ¡still ¡ provides ¡the ¡best ¡fit ¡to ¡the ¡previous ¡data! ¡ *
Theoretical ¡Predictions ¡of ¡Cosmic ¡ Strings ¡ Cosmic ¡Strings ¡are ¡line-‑like ¡ “defects” ¡predicted ¡to ¡form ¡at ¡ symmetry ¡breaking ¡phase ¡ transitions ¡in ¡the ¡early ¡universe ¡ (analogues ¡of ¡confining ¡flux ¡ tubes ¡formed ¡in ¡ superconductors ¡in ¡condensed ¡ matter ¡physics). ¡ String ¡formation ¡is ¡ubiquitous ¡in ¡ many ¡classes ¡of ¡SUSY ¡GUT ¡ model ¡(Sakellariadou ¡ et ¡al ), ¡ string ¡cosmology ¡(Tye ¡ et ¡al ), ¡etc ¡ *
Theoretical ¡Predictions ¡of ¡Cosmic ¡ Strings ¡ 3D ¡extension ¡of ¡2D ¡ “vortex” ¡configurations ¡in ¡ QFT ¡/ ¡F-‑strings, ¡one-‑ dimensional ¡D-‑branes ¡in ¡ string ¡theory ¡. ¡. ¡. ¡ *
Observational ¡problem ¡-‑ ¡NO ¡strings ¡ ¡ Theoretically, ¡strings ¡can ¡be ¡“observed” ¡in ¡a ¡number ¡of ¡different ¡ ways: ¡gravitational ¡lensing, ¡ ¡CMB ¡imprints ¡(temperature ¡ fluctuations), ¡wakes, ¡gravitational ¡waves ¡. ¡. ¡etc ¡ So ¡far, ¡GUT ¡scales ¡strings ¡Gμ/c 2 ¡~ ¡10 -‑7 ¡are ¡marginally ¡consistent ¡ with ¡WMAP ¡fitting. ¡Planck ¡may ¡be ¡able ¡to ¡confirm ¡existence ¡or ¡ rule ¡out ¡within ¡the ¡next ¡few ¡years. ¡ ¡ An ¡important ¡generalization ¡of ¡the ¡original ¡(vacuum) ¡string ¡ models ¡was ¡given ¡by ¡Witten, ¡who ¡showed ¡that ¡string ¡can ¡carry ¡ superconducting ¡currents ¡– ¡ Teslarian ¡network ¡of ¡ superconducting ¡“wires” ¡in ¡the ¡early ¡universe! ¡ *
Proposed ¡Solution: ¡ ¡ Theory: ¡ Plug ¡a ¡small ¡seed ¡black ¡hole ¡into ¡the ¡cosmic ¡string ¡“grid” ¡ and ¡feed ¡it ¡electricity. ¡ ¡ ¡ Consequence: ¡ No ¡strings, ¡fat ¡black ¡holes. ¡ ¡ Toy ¡Model : ¡Two ¡antipodal ¡strings, ¡carrying ¡opposite ¡charge ¡and ¡equal ¡ current ¡density ¡in ¡opposite ¡directions: ¡current ¡parameter ¡Ω ¡ ¡ ¡ Zero ¡net ¡charge ¡gain. ¡Zero ¡net ¡momentum ¡gain. ¡K.E. ¡associated ¡ with ¡current ¡flow ¡converted ¡to ¡rest ¡mass ¡when ¡entering ¡horizon. ¡ ¡ E = µ × ct × Ω − 2 Ω ∈ (0 , 1] P = µ × ct × (1 − Ω 2 ) / Ω 2 ∆ E = Pc *
Proposed ¡Solution: ¡ ¡ Assuming ¡a ¡seed ¡black ¡hole ¡with ¡negligible ¡mass, ¡plus ¡string ¡ formation ¡at ¡the ¡end ¡of ¡the ¡inflationary ¡epoch ¡(-‑ish), ¡for ¡GUT ¡scale ¡ strings, ¡we ¡require: ¡ ¡ Ω − 2 ∼ 1 . 0003 This ¡corresponds ¡to ¡a ¡current ¡of: ¡ J GUT ∼ 10 25 Fr s − 1 to ¡“grow” ¡a ¡SMBH ¡of ¡mass ¡2 ¡x ¡10 9 ¡M S ¡by ¡0.77 ¡billion ¡years ¡(z ¡= ¡7.085) ¡ To ¡put ¡that ¡into ¡perspective ¡its ¡equivalent ¡to ¡~ ¡3 ¡x ¡10 15 ¡Amps, ¡or ¡ enough ¡to ¡blow ¡1.5 ¡billion ¡billion ¡billion ¡billion ¡20 ¡Amp ¡fuses ¡(per ¡ second ¡. ¡. ¡for ¡0.77 ¡billions ¡years) ¡ ¡ *
Summary ¡ * Strong ¡observational ¡evidence ¡for ¡large ¡numbers ¡of ¡SMBH ¡at ¡ high ¡redshifts ¡(z ¡> ¡6) ¡ * Theoretically ¡ impossible ¡in ¡ΛCDM ¡model ¡ * Strong ¡theoretical ¡prediction ¡of ¡cosmic ¡strings ¡(required ¡for ¡ consistency ¡– ¡often ¡unavoidable ¡in ¡SUSY ¡GUTs, ¡string ¡ cosmology ¡etc) ¡ ¡ ¡ * Observationally ¡absent ¡ * Solution: ¡Let ¡Nikolai ¡Tesla ¡design ¡the ¡early ¡universe ¡– ¡plug ¡ black ¡holes ¡into ¡the ¡universal ¡power ¡grid ¡and ¡let ¡them ¡“eat” ¡it. ¡ *
Summary ¡ NO ¡strings ¡(now) ¡+ ¡FAT ¡black ¡holes ¡ ขอบคุณครับ ¡ *
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