Як темна матерія взаємодіє з чорними дірами?

0-_suFKVYgduOuEEhS
Чорні діри — це, мабуть, найнеймовірніші об’єкти у Всесвіті: концентрація такої маси, що вона колапсує, як випливає із загальної теорії відносності, до сингулярності в центрі. Атоми, ядра і навіть фундаментальні частинки стискаються в нескінченно малу точку нашого тривимірного простору. Все, що потрапляє в чорну діру, приречене залишатися в ній до кінця часів, захоплене її гравітацією, яку не може покинути навіть світло. Яка доля чекає темну матерію при зустрічі з чорною дірою?

Чи буде вона засмоктала в сингулярність, як звичайна матерія, і внесе свій внесок в масу чорної діри? Якщо так, то коли чорна діра випарується внаслідок випромінювання Хокінга, що буде з темною матерією?

Почати варто з того, що таке чорні діри.
0-7RcRqdqk-bgO4fhk
Тут, на Землі, якщо ви хочете відправити щось в космос, вам потрібно подолати гравітаційне тяжіння Землі. Для нашої планети так звана швидкість тікання становить близько 11,2 км / с, її можна розвинути за допомогою досить потужної ракети. Якби ми були на поверхні Сонця, швидкість втечі була б набагато більше, в 55 разів: 617,5 км / с. Коли наше Сонце помре, воно стиснеться до білого карлика, який за розмірами буде з Землю, але за масою буде в два рази легше нинішнього Сонця. На ньому швидкість втечі буде порядку 4570 км / с, це близько 1,5% швидкості світла.
0-Hm-ucLUBtdwAaNJM
Це важливо, тому що ви концентруєте все більше і більше маси в конкретній області простору, а швидкість обертання для цього об’єкта все більше наближається до швидкості світла. І як тільки ваша швидкість втечі на поверхні об’єкту досягне або перевищить швидкість світла, не тільки світло вже не зможе його покинути — наскільки ми розуміємо матерію, енергію, простір і час сьогодні — весь цей об’єкт стиснеться в сингулярність. Причина проста: всі фундаментальні сили, включаючи сили, які утримують атоми, протони або навіть кварки разом, не можуть рухатися швидше за швидкість світла. Тому якщо ви перебуваєте в певній точці від центральної сингулярності і намагаєтеся утримати віддалений об’єкт від гравітаційного колапсу, ви не зможете; колапс неминучий. І все, що вам потрібно для подолання цього бар’єру, це зірка в 20-40 масивніше Сонця.
0-NNagoYSHk-pyuxwu
Коли в її ядрі закінчиться паливо, центр вибухне під дією власної гравітації, створивши катастрофічну наднову, роздувши і знищивши зовнішні шари, але залишивши чорну діру в центрі. Такі чорні діри ростуть з часом, поглинаючи будь-яку матерію і енергію, яка підійде занадто близько. Навіть рухаючись зі швидкістю світла ви можете потрапити в неї і ніколи вже не покинете горизонт подій. Через кривизни самого простору всередині чорної діри ви також неминуче потрапите в сингулярність в центрі. Коли це станеться, ви просто додасте чорній дірі енергії.
0-Qg7KpRw584SZHsXk
Зовні ми не можемо сказати, з чого спочатку складалася чорна діра — з протонів, електронів, нейтронів, темної матерії або взагалі антиматерії. Є тільки три властивості (поки що), які ми можемо спостерігати про чорну діру зовні: її маса, її електричний заряд і її кутовий момент, міра обертального руху. Темна матерія, наскільки нам відомо, не має електричного заряду, а також інших квантових характеристик (кольорового заряду, баріонна число, лептонний заряд і ін.), Які можуть або не можуть зберегтися, або знищитися, виходячи з інформаційного парадоксу чорної діри.
0-QGYqvyuujoTNxZZt
Через те, як утворюються чорні діри (внаслідок вибухів надмасивних зірок), коли вони вперше утворюються, чорні діри на 100% складаються зі звичайної (баріонів) матерії і на 0% з темної матерії. Не забувайте, що темна матерія взаємодіє тільки гравітаційно, на відміну від звичайної матерії, яка взаємодіє за допомогою гравітаційних сил, слабких, електромагнітних і сильних взаємодій. Так, у великих галактиках і їх скупченнях в п’ять разів більше темної матерії, ніж звичайної матерії, але вона збирається в одне велике гало. У типовій галактиці це гало темної матерії простягається на кілька мільйонів світлових років, сферически, у всіх напрямках, тоді як звичайна матерія сконцентрована в диску, який займає 0,01% від обсягу темної матерії.
0-vNYi3TcnSanBMmUK
Чорні діри, як правило, утворюються всередині галактики, де звичайна матерія повністю переважає над темною матерією. Уявіть собі область простору, в якій ми знаходимося: навколо нашого Сонця. Якщо ми намалюємо сферу в 100 а. е. (а. е. — це дистанція від Землі до Сонця) навколо нашої Сонячної системи, ми укладемо все планети, місяця, астероїди і весь пояс Койпера, але баріонів маса — звичайна матерія — укладена в нашій сфері, буде здебільшого представлена сонцем і важити близько 2 х 1030 кг. З іншого боку, загальна кількість темної матерії в цій же сфері буде всього 1 х 1019 кг, або +0,0000000005% маси звичайної матерії в цьому ж самому регіоні, рівне масі скромного астероїда розміром з Юнону, приблизно в 200 кілометрів на поперечнику.

Згодом темна матерія і звичайна матерія будуть стикатися з цією чорною дірою, абсорбуватися і додаватися до її масі. Найбільше зростання маси буде надходити зі звичайної матерії, а не темної, але в певний момент, через багато квадрильйонів років в майбутньому, швидкість розпаду чорної діри нарешті перевершить швидкість росту чорної діри. Процес випромінювання Хокінга призведе до того, що частинки і фотони будуть виходити з горизонту подій чорної діри, зберігаючи всю енергію, заряд і кутовий момент надр чорної діри. Цей процес займе від 1 067 років (для чорної діри сонячної маси) до 10100 років (для самих масивних чорних дір).
1-GDdF9rIfUTEA1-WFkV2RbwЦе означає, що деяка темна матерія вийде з чорних дір, але буде повністю відрізнятися від того обсягу темної матерії, яка потрапила в чорну діру спочатку. У всіх чорних дір є пам’ять про речі, які в неї потрапили, в вигляді невеликого набору квантових чисел, а це кількість темної матерії в них не входить (пам’ятаєте, вона не володіє всіма квантовими характеристиками?). На виході буде зовсім не те, що було на вході.

Таким чином, темна матерія є ще одним джерелом їжі для чорних дір, і далеко не найкращим. Більш того, це зовсім нецікавий джерело їжі. Він не має практично ніякого впливу на чорні діри.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *