Черните дупки са може би най-неописуемите обекти във Вселената: концентрацията на такава маса, която се срива, както следва от общата теория на относителността, до сингулярност в центъра. Атомите, ядрата и дори фундаменталните частици се компресират в безкрайно малка точка в нашето триизмерно пространство. Всичко, което попадне в черна дупка, е обречено да остане в нея до края на времето, уловено от нейната гравитация, която дори светлината не може да напусне. Каква е съдбата на тъмната материя, когато тя се натъкне на черна дупка?
Ще бъде ли засмукан в сингулярността като нормална материя и ще допринесе ли за масата на черната дупка? Ако е така, когато черната дупка се изпари поради радиацията на Хокинг, какво ще се случи с тъмната материя?
Трябва да започнем с това, което са черните дупки.
Тук на Земята, ако искате да изпратите нещо в космоса, трябва да преодолеете гравитационното привличане на Земята. За нашата планета така наречената скорост на бягство е около 11,2 км / сек, тя може да бъде разработена с помощта на достатъчно мощна ракета. Ако бяхме на повърхността на Слънцето, скоростта на бягство щеше да бъде много по-висока, 55 пъти: 617,5 km / s. Когато нашето Слънце умре, то ще се свие до бяло джудже, което ще бъде с размерите на Земята, но ще бъде половината от масата на сегашното Слънце. На него скоростта на бягство ще бъде около 4570 км / сек, което е около 1,5% от скоростта на светлината.
Това е важно, защото концентрирате все повече и повече маса в определена област от пространството и скоростта на излизане за този обект все повече се приближава към скоростта на светлината. И щом скоростта ви на бягство на повърхността на даден обект достигне или надвиши скоростта на светлината, не само светлината вече няма да може да я напусне - доколкото днес разбираме материята, енергията, пространството и времето - целият този обект ще се срине в сингулярност. Причината е проста: всички основни сили, включително силите, които държат атоми, протони или дори кварки заедно, не могат да пътуват по-бързо от скоростта на светлината. Следователно, ако сте в определена точка от централната сингулярност и се опитвате да задържите отдалечен обект от гравитационен колапс, не можете; колапсът е неизбежен. И всичко, от което се нуждаете, за да преодолеете тази бариера, е звезда с 20-40 по-масивна от Слънцето.
Промоционално видео:
Когато ядрото му остане без гориво, центърът ще експлодира под собствената си гравитация, създавайки катастрофална свръхнова, надувайки и разрушавайки външните слоеве, но оставяйки черна дупка в центъра. Такива черни дупки растат с течение на времето, поглъщайки всяка материя и енергия, които се приближават твърде близо. Дори да се движите със скоростта на светлината, можете да влезете в нея и никога да не напускате хоризонта на събитията. Поради кривината на самото пространство вътре в черната дупка, вие също неизбежно ще попаднете в сингулярност в центъра. Когато това се случи, просто добавяте енергия към черната дупка.
Навън не можем да кажем от какво първоначално се е състоила черната дупка - протони, електрони, неутрони, тъмна материя или антиматерия като цяло. Има само три свойства (до момента), които можем да наблюдаваме около черна дупка отвън: нейната маса, електрическия й заряд и ъгловия импулс, мярка на въртеливото движение. Тъмната материя, доколкото ни е известно, няма електрически заряд, както и други квантови характеристики (цветен заряд, барионно число, лептоново число и др.), Които могат или не могат да бъдат запазени или унищожени, въз основа на информационния парадокс на черна дупка.
Поради това как се образуват черни дупки (от експлозии от свръхмасивни звезди), когато се образуват за първи път, черните дупки са 100% правилна (барионна) материя и 0% тъмна материя. Не забравяйте, че тъмната материя взаимодейства само гравитационно, за разлика от обикновената материя, която взаимодейства чрез гравитационни сили, слаби, електромагнитни и силни взаимодействия. Да, големите галактики и техните купове имат пет пъти повече тъмна материя от обикновената материя, но тя се събира в един голям ореол. В типична галактика този ореол на тъмната материя се простира в продължение на няколко милиона светлинни години, сферично, във всички посоки, докато обикновената материя е концентрирана в диск, който заема 0,01% от обема на тъмната материя.
Черните дупки са склонни да се образуват вътре в галактиката, където обикновената материя напълно преобладава над тъмната материя. Представете си района на космоса, в който се намираме: около нашето слънце. Ако нарисуваме сфера от 100 AU. д. (а. е. разстоянието от Земята до Слънцето) около нашата Слънчева система, ние ще заградим всички планети, луни, астероиди и целия пояс на Кайпер, но барионната маса - обикновена материя - затворена в нашата сфера, ще бъде представена най-вече Слънчево греене и тегло около 2 х 1030 кг. От друга страна, общото количество тъмна материя в една и съща сфера ще бъде само 1 х 1019 кг, или 0,0000000005% от масата на обикновената материя в същия регион, равна на масата на скромен астероид с големината на Юнона, около 200 километра.
С течение на времето тъмната материя и обикновената материя ще се сблъскат с тази черна дупка, ще се абсорбират и ще добавят към нейната маса. По-голямата част от масовия растеж ще дойде от обикновената материя, а не от тъмната материя, но в един момент, много квадрилиони години в бъдещето, степента на разпадане на черната дупка най-накрая ще надвиши скоростта на растеж на черната дупка. Процесът на радиация на Хокинг ще накара частиците и фотоните да напуснат хоризонта на събитията на черната дупка, запазвайки цялата енергия, заряд и ъгловия импулс от вътрешността на черната дупка. Този процес ще отнеме от 1067 години (за черна дупка със слънчева маса) до 10100 години (за най-масивните черни дупки).
Това означава, че някои тъмни материи ще излязат от черните дупки, но ще бъдат напълно различни от обема на тъмната материя, който първоначално е влязъл в черната дупка. Всички черни дупки имат памет за нещата, които са попаднали в нея, под формата на малък набор от квантови числа и това количество тъмна материя не е включено в тях (не забравяйте, че няма всички квантови характеристики?). Изходът ще бъде напълно различен от входа.
По този начин тъмната материя е друг източник на храна за черните дупки и далеч не е най-добрият. Нещо повече, това е напълно безинтересен източник на храна. Има малък или никакъв ефект върху черните дупки.
ИЛЯ ХЕЛ
