Studio di binarie di buchi neri tramite la cross-correlazione di onde gravitazionali con la struttura a grande scala dell'Universo

Primordial black holes (PBHs) are a possible candidate for dark matter. Following the detection of gravitational waves (GWs) in recent years, it has become increasingly important to distinguish between black holes of primordial origin and those of astrophysical origin. This thesis aims to provide an overview of the recent developments in the study of the observational implications of the existence of PBHs. In particular, we focused on analyses of the gravitational waves - large scale structure (LSS) cross correlation as a tool for distinguishing the nature of progenitors of the merging black holes. The overview highlights that the study of primordial black holes remains an open field of research, with their existence and the potential of comprising part of the dark matter has not yet been ruled out. As for the GW x LSS cross correlation, it is a promising technique that will be fundamental for distinguishing between primordial and astrophysical black holes; however, our results show that we will need a much larger GW sample in order to achieve meaningful results.

I buchi neri primordiali (PBHs) sono un possibile candidato per la materia oscura. A seguito delle rilevazioni di onde gravitazionali degli ultimi anni, è diventato sempre più importante riuscire a distinguere tra i buchi neri di origine primordiale e quelli di origine astrofisica. Questa tesi mira a fornire una panoramica sui recenti sviluppi nello studio delle implicazioni osservative dell’esistenza dei PBHs. Nel dettaglio, ci concentreremo sull’analisi della cross-correlazione di onde gravitazionali con la struttura a grande scala dell'Universo come uno strumento per distinguere la natura dei progenitori dei buchi neri che fanno merging. Il presente lavoro evidenzia che lo studio dei buchi neri primordiali rimane un campo di ricerca aperto, dal momento che la loro esistenza e la possibilità che costituiscano parte della materia oscura non sono stati ancora esclusi. Per quanto riguarda la cross-correlazione di onde gravitazionali con la struttura a grande scala dell'Universo, questa è una tecnica promettente che sarà fondamentale per distinguere tra buchi neri primordiali e astrofisici; in ogni caso, i nostri risultati mostrano che avremo bisogno di un campione di onde gravitazionali più ampio per poter ottenere risultati significativi.