The Population of Dark Matter Spikes in the Universe

[EN] Under certain circumstances, dense dark matter spikes may be formed around black holes. These spikes can give rise to interesting observational signatures, including bright emissions from the annihilation of dark matter or effects on gravitational waves from black hole binaries. Therefore, they represent a promising way of detecting or constraining dark matter. However, their abundance and properties in our Universe are poorly understood. In this master thesis, we have analysed the population of dark matter spikes and their properties around direct collapse black holes, which are particularly promising intermediate-mass black holes for hosting them. This analysis has been done based on a dataset provided by a semi-analytic galaxy formation model. We have found that the dark matter spikes density can reach high density values around ~1017 Mʘ pc-3 which can produce detectable observations. Nevertheless, it is unlikely that dark matter spikes in direct collapse black holes have survived for redshift below four. Moreover, we have explored these dark matter spikes in detail, from developing the formalism for deriving their properties to discussing their possible observations. Thus, this thesis can be a starting point that will facilitate future research on dark matter spikes and dark matter in general.
[ES] Bajo ciertas circunstancias, se puede producir una alta densidad de materia oscura alrededor de los agujeros negros, denominadas picos de materia oscura. Dichos picos debido a su alta densidad pueden dar lugar a observaciones como la emisión de rayos gamma por el proceso de aniquilación de la materia oscura o el efecto que producen en las ondas gravitacionales en los agujeros negros binarios. Por lo tanto, estas distribuciones representan un camino prometedor para detectar la materia oscura o restringir sus propiedades. Sin embargo, no se conoce mucho sobre su abundancia en nuestro Universo y sus propiedades. En este trabajo, hemos analizado dicha población de picos de materia oscura y sus propiedades alrededor de los agujeros negros de masa intermedia de colapso directo, los cuales son particularmente prometedores para hospedarlas. Este análisis se ha basado en los datos provenientes de un modelo semi analítico de formación de galaxias. Hemos estimado que los picos de densidad pueden alcanzar valores alrededor de ~1017 Mʘ pc-3 los cuales pueden producir observables detectables. No obstante, también hemos obtenido que es poco probable que dichos picos de densidad en agujeros negros de colapso directo hayan sobrevivido en corrimientos al rojo menores que cuatro. Además, en este trabajo, hemos explorado en detalle dichas distribuciones de materia oscura, desarrollando desde su formalismo para obtener sus propiedades hasta discutir sus posibles observaciones. Por lo tanto, esta tesis puede servir como un punto de partida para futuras investigaciones sobre los picos de materia oscura y la materia oscura en general.