Czarne dziury są prawdopodobnie najbardziej nieopisanymi obiektami we Wszechświecie: koncentracja takiej masy, że zapada się, jak wynika z ogólnej teorii względności, do osobliwości w centrum. Atomy, jądra, a nawet podstawowe cząstki są skompresowane w nieskończenie małym punkcie w naszej trójwymiarowej przestrzeni. Wszystko, co wpadnie do czarnej dziury, jest skazane na pozostanie w niej do końca czasu, schwytane przez jej grawitację, której nawet światło nie może opuścić. Jaki jest los ciemnej materii, gdy napotka czarną dziurę?
Czy zostanie zassany do osobliwości jak normalna materia i przyczyni się do masy czarnej dziury? Jeśli tak, to co stanie się z ciemną materią, gdy czarna dziura wyparuje w wyniku promieniowania Hawkinga?
Powinniśmy zacząć od tego, czym są czarne dziury.
Tutaj na Ziemi, jeśli chcesz wysłać coś w kosmos, musisz przezwyciężyć grawitacyjne przyciąganie Ziemi. W przypadku naszej planety tak zwana prędkość ucieczki wynosi około 11,2 km / s, można ją rozwinąć za pomocą wystarczająco potężnej rakiety. Gdybyśmy byli na powierzchni Słońca, prędkość ucieczki byłaby znacznie większa, 55 razy: 617,5 km / s. Kiedy nasze Słońce umrze, skurczy się do postaci białego karła, który będzie wielkości Ziemi, ale będzie stanowił połowę masy obecnego Słońca. Na nim prędkość ucieczki wyniesie około 4570 km / s, co stanowi około 1,5% prędkości światła.
Jest to ważne, ponieważ koncentrujesz coraz większą masę w określonym obszarze przestrzeni, a prędkość ucieczki dla tego obiektu jest coraz bliżej prędkości światła. I gdy tylko prędkość ucieczki na powierzchni obiektu osiągnie lub przekroczy prędkość światła, nie tylko światło nie będzie już w stanie go opuścić - o ile dziś rozumiemy materię, energię, przestrzeń i czas - cały ten obiekt zapadnie się w osobliwość. Powód jest prosty: wszystkie podstawowe siły, w tym siły, które utrzymują razem atomy, protony, a nawet kwarki, nie mogą poruszać się szybciej niż prędkość światła. Dlatego jeśli znajdujesz się w pewnym punkcie od centralnej osobliwości i próbujesz uchronić odległy obiekt przed zapadnięciem grawitacyjnym, nie możesz; upadek jest nieunikniony. A wszystko, czego potrzebujesz, aby pokonać tę barierę, to gwiazda 20-40 masywniejsza od Słońca.
Film promocyjny:
Kiedy w jego jądrze wyczerpie się paliwo, środek eksploduje pod wpływem własnej grawitacji, tworząc katastrofalną supernową, nadmuchując i niszcząc zewnętrzne warstwy, ale pozostawiając w środku czarną dziurę. Takie czarne dziury rosną z czasem, pochłaniając każdą materię i energię, która znajdzie się zbyt blisko. Nawet poruszając się z prędkością światła, możesz się w to dostać i nigdy nie opuszczać horyzontu zdarzeń. Ze względu na krzywiznę samej przestrzeni wewnątrz czarnej dziury nieuchronnie wpadniesz w osobliwość w środku. Kiedy tak się dzieje, po prostu dodajesz energię do czarnej dziury.
Na zewnątrz nie możemy powiedzieć, z czego pierwotnie składała się czarna dziura - protonów, elektronów, neutronów, ciemnej materii czy ogólnie antymaterii. Istnieją tylko trzy właściwości (jak dotąd), które możemy zaobserwować na temat czarnej dziury z zewnątrz: jej masa, ładunek elektryczny i moment pędu, miara ruchu obrotowego. O ile wiemy, ciemna materia nie ma ładunku elektrycznego, a także innych cech kwantowych (ładunek koloru, liczby barionowej, liczby leptonowej itp.), Które mogą, ale nie muszą, zostać zachowane lub zniszczone w oparciu o informacyjny paradoks czarnej dziury.
Ze względu na to, jak powstają czarne dziury (z eksplozji supermasywnych gwiazd), kiedy powstają po raz pierwszy, czarne dziury są w 100% regularną (barionową) materią i 0% ciemną materią. Nie zapominaj, że ciemna materia oddziałuje tylko grawitacyjnie, w przeciwieństwie do zwykłej materii, która oddziałuje poprzez siły grawitacyjne, oddziaływania słabe, elektromagnetyczne i silne. Tak, duże galaktyki i ich gromady mają pięć razy więcej ciemnej materii niż zwykła materia, ale zbiera się ona w jedną dużą halo. W typowej galaktyce to halo ciemnej materii rozciąga się sferycznie na kilka milionów lat świetlnych we wszystkich kierunkach, podczas gdy zwykła materia jest skoncentrowana w dysku, który zajmuje 0,01% objętości ciemnej materii.
Czarne dziury zwykle tworzą się wewnątrz galaktyki, gdzie zwykła materia całkowicie dominuje nad ciemną materią. Wyobraź sobie obszar przestrzeni, w którym się znajdujemy: wokół naszego słońca. Jeśli narysujemy kulę w odległości 100 AU. e. (a.u. to odległość od Ziemi do Słońca) wokół naszego Układu Słonecznego, otoczymy wszystkie planety, księżyce, asteroidy i cały pas Kuipera, ale masa barionowa - zwykła materia - zamknięta w naszej sferze będzie głównie reprezentowana Słońce i waży około 2 x 1030 kg. Z drugiej strony, całkowita ilość ciemnej materii w tej samej kuli wyniesie tylko 1 x 1019 kg, czyli 0,0000000005% masy zwykłej materii w tym samym regionie, co odpowiada masie skromnej asteroidy wielkości Juno, o średnicy około 200 kilometrów.
Z czasem ciemna materia i zwykła materia zderzą się z tą czarną dziurą, zostaną wchłonięte i dodane do jej masy. Większość wzrostu masy będzie pochodzić ze zwykłej materii, a nie ciemnej materii, ale w pewnym momencie, wiele biliardów lat w przyszłości, tempo rozpadu czarnej dziury w końcu przekroczy tempo wzrostu czarnej dziury. Proces promieniowania Hawkinga spowoduje, że cząsteczki i fotony opuszczą horyzont zdarzeń czarnej dziury, zachowując całą energię, ładunek i moment pędu wnętrza czarnej dziury. Proces ten potrwa od 1067 lat (dla czarnej dziury z masą Słońca) do 10100 lat (dla najbardziej masywnych czarnych dziur).
Oznacza to, że pewna ciemna materia wydostanie się z czarnych dziur, ale będzie zupełnie inna niż objętość ciemnej materii, która początkowo weszła do czarnej dziury. Wszystkie czarne dziury mają pamięć rzeczy, które się do nich dostały, w postaci małego zestawu liczb kwantowych, a ta ilość ciemnej materii nie jest w nich zawarta (pamiętaj, że nie ma ona wszystkich cech kwantowych?). Wyjście będzie zupełnie inne niż wejście.
Zatem ciemna materia jest kolejnym źródłem pożywienia dla czarnych dziur i dalekim od najlepszych. Co więcej, jest to zupełnie nieciekawe źródło pożywienia. Ma niewielki lub żaden wpływ na czarne dziury.
ILYA KHEL