Svarta hål är kanske de mest obeskrivliga objekten i universum: koncentrationen av en sådan massa att den kollapsar, som följer av allmän relativitet, till en singularitet i centrum. Atomer, kärnor och till och med grundläggande partiklar komprimeras till en oändlig punkt i vårt tredimensionella utrymme. Allt som faller in i ett svart hål är dömt att förbli i det till slutet av tiden, fångat av dess allvar, som till och med ljus inte kan lämna. Vad är ödet för mörk materia när den stöter på ett svart hål?
Kommer det att sugas in i singulariteten som normal materia och bidra till massan av det svarta hålet? Om så är fallet, när det svarta hålet avdunstar på grund av Hawking-strålning, vad händer med mörk materia?
Vi bör börja med vad svarta hål är.
Här på jorden, om du vill skicka något ut i rymden, måste du övervinna jordens gravitation. För vår planet är den så kallade flyghastigheten cirka 11,2 km / s, den kan utvecklas med en tillräckligt kraftfull raket. Om vi befann oss på solens yta skulle flyghastigheten vara mycket högre, 55 gånger: 617,5 km / s. När vår sol dör kommer den att krympa till en vit dvärg, som kommer att vara lika stor som jorden, men som är hälften av den nuvarande solen. På den kommer rymningshastigheten att vara cirka 4570 km / s, vilket är cirka 1,5% av ljusets hastighet.
Detta är viktigt för att du koncentrerar mer och mer massa i ett visst område i rymden, och flyghastigheten för det objektet kommer närmare och närmare ljusets hastighet. Och så snart din flykthastighet på ytan av ett objekt når eller överstiger ljusets hastighet kommer inte bara ljuset inte längre att kunna lämna det - så vitt vi förstår materia, energi, rum och tid idag - kommer hela detta objekt att kollapsa till en unikhet. Anledningen är enkel: alla grundläggande krafter, inklusive krafterna som håller atomer, protoner eller till och med kvarkar tillsammans, kan inte färdas snabbare än ljusets hastighet. Därför, om du befinner dig vid en viss punkt från den centrala singulariteten och försöker hålla ett avlägset objekt från gravitationskollaps, kan du inte; kollaps är oundviklig. Och allt du behöver för att övervinna denna barriär är en stjärna 20-40 mer massiv än solen.
Kampanjvideo:
När kärnan har slut på bränsle kommer mitten att explodera under sin egen tyngdkraft, vilket skapar en katastrofal supernova som blåser upp och förstör de yttre skikten men lämnar ett svart hål i mitten. Sådana svarta hål växer över tiden och absorberar all materia och energi som kommer för nära. Även om du rör dig med ljusets hastighet kan du komma in i det och aldrig lämna händelsehorisonten. På grund av själva utrymmets krökning inuti det svarta hålet kommer du oundvikligen också att hamna i en unikhet i mitten. När detta händer lägger du helt enkelt till energi i det svarta hålet.
Utanför kan vi inte säga vad det svarta hålet ursprungligen bestod av - protoner, elektroner, neutroner, mörk materia eller antimateria i allmänhet. Det finns bara tre egenskaper (hittills) som vi kan observera om ett svart hål från utsidan: dess massa, dess elektriska laddning och dess vinkelmoment, ett mått på rotationsrörelse. Mörk materia har, såvitt vi vet, ingen elektrisk laddning, liksom andra kvantegenskaper (färgladdning, baryonnummer, leptonnummer etc.), som kan eller inte kan bevaras eller förstöras, baserat på informationsparadoxen för ett svart hål.
På grund av hur svarta hål bildas (från explosioner från supermassiva stjärnor) när de först bildas, är svarta hål 100% vanlig (baryonisk) materia och 0% mörk materia. Glöm inte att mörk materia interagerar bara gravitationsmässigt, till skillnad från vanlig materia, som interagerar genom gravitationskrafter, svaga, elektromagnetiska och starka interaktioner. Ja, stora galaxer och deras kluster har fem gånger mer mörk materia än vanlig materia, men den samlas i en stor gloria. I en typisk galax sträcker sig denna mörka materiehalo i flera miljoner ljusår, sfäriskt, i alla riktningar, medan vanlig materia koncentreras i en skiva som upptar 0,01% av volymen mörk materia.
Svarta hål tenderar att bildas inuti galaxen, där vanlig materia dominerar helt över mörk materia. Föreställ dig den region vi befinner oss i: runt vår sol. Om vi drar en sfär vid 100 AU. e. (a.u. är avståndet från jorden till solen) runt vårt solsystem, kommer vi att stänga alla planeter, månar, asteroider och hela Kuiperbältet, men baryonmassan - vanlig materia - innesluten i vår sfär, kommer mestadels att representeras Solsken och väger cirka 2 x 1030 kg. Å andra sidan kommer den totala mängden mörk materia i samma sfär bara att vara 1 x 1019 kg, eller 0,00000000005% av massan av vanlig materia i samma region, lika med massan av en blygsam asteroid i storlek Juno, cirka 200 kilometer bred.
Med tiden kommer mörk materia och vanlig materia att kollidera med detta svarta hål, absorberas och öka sin massa. Det mesta av masstillväxten kommer från vanlig materia, inte mörk materia, men vid någon tidpunkt, många kvadriljoner år in i framtiden, kommer det svarta hålets förfallshastighet äntligen att överträffa det svarta hålets tillväxttakt. Hawking-strålningsprocessen kommer att leda till att partiklar och fotoner lämnar det svarta hålets händelsehorisont, vilket sparar all energi, laddning och vinkelmoment i det svarta hålets inre. Denna process tar från 1067 år (för ett svart hål med solmassa) till 10100 år (för de mest massiva svarta hålen).
Detta innebär att en del mörk materia kommer ut ur svarta hål, men kommer att vara helt annorlunda än volymen av mörk materia som ursprungligen kom in i det svarta hålet. Alla svarta hål har ett minne om de saker som kom in i det, i form av en liten uppsättning kvantnummer, och denna mängd mörk materia ingår inte i dem (kom ihåg att den inte har alla kvantegenskaper?). Utgången kommer att skilja sig helt från ingången.
Således är mörk materia en annan matkälla för svarta hål, och långt ifrån det bästa. Dessutom är det en helt ointressant matkälla. Det har liten eller ingen effekt på svarta hål.
ILYA KHEL