|
Темная материя взаимодействует с черными дырами
|
|
|
|
Черные дыры — это, пожалуй, самые неописуемые объекты во Вселенной: концентрация такой массы, что она коллапсирует, как следует из общей теории относительности, до сингулярности в центре. Атомы, ядра и даже фундаментальные частицы сжимаются в бесконечно малую точку нашего трехмерного пространства. Все, что попадает в черную дыру, обречено оставаться в ней до скончания времен, захваченное ее гравитацией, которую не может покинуть даже свет. Какая судьба ждет темную материю при встрече с черной дырой?
|
|
|
|
Будет ли она засосана в сингулярность, как обычная материя, и внесет свой вклад в массу черной дыры? Если да, то когда черная дыра испарится вследствие излучения Хокинга, что будет с темной материей?
|
 |
|
Начать стоит с того, что такое черные дыры.
|
|
|
|
Здесь, на Земле, если вы хотите отправить что-то в космос, вам нужно преодолеть гравитационное притяжение Земли. Для нашей планеты так называемая скорость убегания составляет порядка 11,2 км/с, ее можно развить с помощью достаточно мощной ракеты. Если бы мы были на поверхности Солнца, скорость убегания была бы намного больше, в 55 раз: 617,5 км/с. Когда наше Солнце умрет, оно сожмется до белого карлика, который по размерам будет с Землю, но по массе будет в два раза легче нынешнего Солнца. На нем скорость убегания будет порядка 4570 км/с, это около 1,5% скорости света.
|
|
|
|
Это важно, потому что вы концентрируете все больше и больше массы в конкретной области пространства, а скорость убегания для этого объекта все больше приближается к скорости света. И как только ваша скорость убегания на поверхности объекта достигнет или превысит скорость света, не только свет уже не сможет его покинуть — насколько мы понимаем материю, энергию, пространство и время сегодня — весь этот объект сожмется в сингулярность. Причина проста: все фундаментальные силы, включая силы, удерживающие атомы, протоны или даже кварки вместе, не могут двигаться быстрее скорости света. Поэтому если вы находитесь в определенной точке от центральной сингулярности и пытаетесь удержать удаленный объект от гравитационного коллапса, вы не сможете; коллапс неизбежен. И все, что вам нужно для преодоления этого барьера, это звезда в 20-40 массивнее Солнца.
|
|
|
|
Когда в ее ядре закончится топливо, центр взорвется под действием собственной гравитации, создав катастрофическую сверхновую, раздув и уничтожив внешние слои, но оставив черную дыру в центре. Такие черные дыры растут со временем, поглощая любую материю и энергию, которая подойдет слишком близко. Даже двигаясь со скоростью света вы можете попасть в нее и никогда уже не покинете горизонт событий. Из-за кривизны самого пространства внутри черной дыры вы также неизбежно попадете в сингулярность в центре. Когда это произойдет, вы просто прибавите черной дыре энергии.
|
|
|
|
Снаружи мы не можем сказать, из чего изначально состояла черная дыра — из протонов, электронов, нейтронов, темной материи или вообще антиматерии. Есть только три свойства (пока что), которые мы можем наблюдать о черной дыре снаружи: ее масса, ее электрический заряд и ее угловой момент, мера вращательного движения. Темная материя, насколько нам известно, не имеет электрического заряда, а также других квантовых характеристик (цветного заряда, барионное число, лептонное число и пр.), которые могут или не могут сохраниться, либо уничтожиться, исходя из информационного парадокса черной дыры.
|
|
|
|
Из-за того, как образуются черные дыры (вследствие взрывов сверхмассивных звезд), когда они впервые образуются, черные дыры на 100% состоят из обычной (барионной) материи и на 0% из темной материи. Не забывайте, что темная материя взаимодействует только гравитационно, в отличие от обычной материи, которая взаимодействует посредством гравитационных сил, слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий. Да, в крупных галактиках и их скоплениях в пять раз больше темной материи, чем обычной материи, но она собирается в одно большое гало. В типичной галактике это гало темной материи простирается на несколько миллионов световых лет, сферически, во всех направлениях, тогда как обычная материя сконцентрирована в диске, который занимает 0,01% от объема темной материи.
|
|
|
|
Черные дыры, как правило, образуются внутри галактики, где обычная материя полностью преобладает над темной материей. Представьте себе область пространства, в которой мы находимся: вокруг нашего Солнца. Если мы нарисуем сферу в 100 а. е. (а. е. — это дистанция от Земли до Солнца) вокруг нашей Солнечной системы, мы заключим все планеты, луны, астероиды и весь пояс Койпера, но барионная масса — обычная материя — заключенная в нашей сфере, будет по большей части представлена Солнцем и весить около 2 х 1030 кг. С другой стороны, общее количество темной материи в этой же сфере будет всего 1 х 1019 кг, или 0,0000000005% массы обычной материи в этом же самом регионе, равное массе скромного астероида размером с Юнону, приблизительно в 200 километров в поперечнике.
|
|
|
|
Со временем темная материя и обычная материя будут сталкиваться с этой черной дырой, абсорбироваться и прибавляться к ее массе. Больше всего рост массы будет поступать из обычной материи, а не темной, но в определенный момент, спустя много квадриллионов лет в будущем, скорость распада черной дыры наконец превзойдет скорость роста черной дыры. Процесс излучения Хокинга приведет к тому, что частицы и фотоны будут выходить из горизонта событий черной дыры, сохраняя всю энергию, заряд и угловой момент недр черной дыры. Этот процесс займет от 1067 лет (для черной дыры солнечной массы) до 10100 лет (для самых массивных черных дыр).
|
|
|
|
Это означает, что некоторая темная материя выйдет из черных дыр, но будет полностью отличаться от того объема темной материи, которая попала в черную дыру изначально. У всех черных дыр есть память о вещах, которые в нее попали, в виде небольшого набора квантовых чисел, а это количество темной материи в них не входит (помните, она не обладает всеми квантовыми характеристиками?). На выходе будет совсем не то, что было на входе.
|
|
|
|
Таким образом, темная материя является еще одним источником пищи для черных дыр, и далеко не самым лучшим. Более того, это совсем неинтересный источник пищи. Он не оказывает практически никакого влияния на черные дыры.
|
|
|
|
http://hi-news.ru/space/kak-temnaya-materiya-vzaimodejstvuet-s-chernymi-dyrami.html
|
