Svarte hull er kanskje de mest ubeskrivelige objektene i universet: konsentrasjonen av en slik masse at den kollapser, som følger fra generell relativitet, til en singularitet i sentrum. Atomer, kjerner og til og med grunnleggende partikler komprimeres til et uendelig lite punkt i vårt tredimensjonale rom. Alt som faller inn i et svart hull er dømt til å forbli i det til slutten av tiden, fanget av tyngdekraften, som selv lys ikke kan forlate. Hva er skjebnen til mørk materie når den støter på et svart hull?
Vil det bli sugd inn i singulariteten som vanlig materie og bidra til massen av det svarte hullet? Når det svarte hullet fordamper på grunn av Hawking-stråling, hva vil i så fall skje med mørk materie?
Vi bør begynne med hva sorte hull er.
Her på jorden, hvis du vil sende noe ut i rommet, må du overvinne jordens tyngdekraft. For vår planet er den såkalte rømningshastigheten ca 11,2 km / s, den kan utvikles ved hjelp av en tilstrekkelig kraftig rakett. Hvis vi var på overflaten av solen, ville rømningshastigheten være mye høyere, 55 ganger: 617,5 km / s. Når solen vår dør, vil den krympe seg inn i en hvit dverg, som vil være på størrelse med jorden, men vil være halvparten av massen til den nåværende solen. På den vil rømningshastigheten være omtrent 4570 km / s, som er omtrent 1,5% av lysets hastighet.
Dette er viktig fordi du konsentrerer deg mer og mer masse i et bestemt område av rommet, og rømningshastigheten for det objektet kommer nærmere og nærmere lysets hastighet. Og så snart din rømningshastighet på overflaten til en gjenstand når eller overstiger lysets hastighet, vil ikke bare lys ikke lenger være i stand til å forlate det - så langt vi forstår materie, energi, rom og tid i dag - vil hele dette objektet kollapse til en unikhet. Årsaken er enkel: alle grunnleggende krefter, inkludert kreftene som holder atomer, protoner eller til og med kvarker sammen, kan ikke bevege seg raskere enn lysets hastighet. Derfor, hvis du er på et visst punkt fra den sentrale singulariteten og prøver å holde et fjernt objekt fra gravitasjonskollaps, kan du ikke; kollaps er uunngåelig. Og alt du trenger for å overvinne denne barrieren er en stjerne 20-40 mer massiv enn solen.
Kampanjevideo:
Når kjernen går tom for drivstoff, vil sentrum eksplodere under sin egen tyngdekraft og skape en katastrofal supernova som blåser opp og ødelegger de ytre lagene, men etterlater et svart hull i midten. Slike sorte hull vokser over tid og absorberer materie og energi som kommer for nært. Selv om du beveger deg med lysets hastighet, kan du komme inn i det og aldri forlate begivenhetshorisonten. På grunn av krumningen i selve rommet inne i det svarte hullet, vil du også uunngåelig falle i en unikhet i sentrum. Når dette skjer, tilfører du ganske enkelt energi til det sorte hullet.
Utenfor kan vi ikke si hva det sorte hullet opprinnelig besto av - protoner, elektroner, nøytroner, mørk materie eller antimateriale generelt. Det er bare tre egenskaper (foreløpig) som vi kan observere om et svart hull fra utsiden: dets masse, dets elektriske ladning og dets vinkelmoment, et mål på rotasjonsbevegelse. Mørk materie har, så vidt vi vet, ikke en elektrisk ladning, så vel som andre kvanteegenskaper (fargeladning, baryonnummer, leptonnummer osv.), Som kanskje eller ikke kan bevares eller ødelegges, basert på informasjonsparadokset til et svart hull.
På grunn av hvordan sorte hull dannes (fra eksplosjoner fra supermassive stjerner) når de først dannes, er sorte hull 100% vanlig (baryonisk) materie og 0% mørk materie. Ikke glem at mørk materie bare samhandler gravitasjonelt, i motsetning til vanlig materie, som samhandler gjennom gravitasjonskrefter, svake, elektromagnetiske og sterke interaksjoner. Ja, store galakser og klyngene deres har fem ganger mer mørk materie enn vanlig materie, men den samles i en stor glorie. I en typisk galakse strekker denne mørke materiehaloen seg i flere millioner lysår, sfærisk, i alle retninger, mens vanlig materie er konsentrert i en disk som opptar 0,01% av volumet mørk materie.
Sorte hull har en tendens til å danne seg inne i galaksen, der vanlig materie dominerer fullstendig over mørk materie. Tenk deg regionen i rommet vi er i: rundt solen vår. Hvis vi tegner en kule ved 100 AU. e. (a.u. er avstanden fra jorden til solen) rundt vårt solsystem, vil vi legge inn alle planeter, måner, asteroider og hele Kuiperbeltet, men baryonmassen - vanlig materie - innelukket i vår sfære, vil for det meste være representert Solskinn og veier ca 2 x 1030 kg. På den annen side vil den totale mengden mørk materie i samme sfære bare være 1 x 1019 kg, eller 0.0000000005% av massen av vanlig materie i samme region, lik massen til en beskjeden asteroide på størrelse med Juno, omtrent 200 kilometer over.
Over tid vil mørk materie og vanlig materie kollidere med dette svarte hullet, bli absorbert og legge til massen. Det meste av masseveksten kommer fra vanlig materie, ikke mørk materie, men på et tidspunkt, mange kvadrillion år inn i fremtiden, vil det sorte hullets forfallshastighet endelig overgå det sorte hullets vekstrate. Hawking-strålingsprosessen vil føre til at partikler og fotoner går ut av det svarte hullets begivenhetshorisont, og sparer all energi, ladning og vinkelmoment i det svarte hullets indre. Denne prosessen vil ta fra 1067 år (for et svart hull med solmasse) til 10100 år (for de mest massive sorte hullene).
Dette betyr at noe mørk materie vil dukke opp fra sorte hull, men vil være helt forskjellig fra volumet av mørk materie som innledningsvis kom inn i det svarte hullet. Alle sorte hull har et minne om tingene som kom inn i det, i form av et lite sett med kvantetall, og denne mengden mørk materie er ikke inkludert i dem (husk at den ikke har alle kvanteegenskapene?). Utgangen vil være helt forskjellig fra inngangen.
Dermed er mørk materie en annen matkilde for sorte hull, og langt fra det beste. Dessuten er det en helt uinteressant matkilde. Det har liten eller ingen effekt på sorte hull.
ILYA KHEL
