Чи може темна речовина стискатися і утворювати чорні діри? Оскільки темна матерія навіть рясніша за звичайну матерію, чорна діра з темною речовиною не повинна бути рідкісною ... правда?
Чи може темна речовина стискатися і утворювати чорні діри? Оскільки темна матерія навіть рясніша за звичайну матерію, чорна діра з темною речовиною не повинна бути рідкісною ... правда?
Відповіді:
Проблема намагання сформувати чорну діру з темною речовиною полягає в тому, що темна матерія може лише слабко взаємодіяти (якщо вона взагалі є) з нормальною речовиною і самою собою, крім гравітації.
Це створює проблему. Щоб отримати темну речовину достатньо концентрованою, щоб утворити чорну діру, їй потрібно збільшити (негативну) гравітаційну енергію зв’язку, не збільшуючи при цьому її внутрішню кінетичну енергію на ту саму кількість. Для цього потрібна якась дисипативна взаємодія між темною речовиною і нормальною матерією (або самою собою).
Наступний сценарій повинен зробити це зрозумілим. Припустимо, у нас є грудка темної матерії, яка гравітаційно притягує ще одну грудку темної матерії. Коли двоє наближаються один до одного, вони прискорюються і набувають кінетичної енергії. Кінетичної енергії, отриманої, буде цілком достатньо, щоб потім відокремити їх у подібній мірі, з якої вони розпочалися, якщо не відбудеться якийсь дисипативний процес.
Прикладом є припущення, що темна речовина слабо взаємодіє з масивними частинками (WIMP). WIMP гравітаційно тягнуться до центрів зірок. Якщо слабкі взаємодії трапляються досить часто , то це може бути можливим для них , щоб накопичити в зірках, а не стріляти через та з іншого боку.
Було висунуто припущення, що подібні чорні діри можуть бути зроблені поблизу центру Галактики, засіяні щільними нейтронними зірками. Густина речовини нейтронної зірки в поєднанні з посиленою щільністю темної речовини поблизу центрів галактики може призвести до накопичення темної речовини в нейтронних зірках, що призведе до утворення чорних дір.
Коли утворюється чорна діра, то будь-яка темна речовина, яка потрапляє в горизонт подій, не може з’явитися незалежно від того, яку кінетичну енергію вона отримує в процесі. Однак проблема все ще є. Матеріал на орбіті навколо чорної діри має менший кутовий імпульс, чим ближче до орбіти. Щоб пройти всередині горизонту подій, потрібна темна матерія втратити кутовий імпульс. Звичайна речовина це робить за допомогою накопичувального диска, який може транспортувати імпульс кута назовні в'язкими моментами, дозволяючи матерії накопичуватися. Темна речовина має майже нульову в'язкість, тому цього не може відбутися.
Тож побудувати надмасивну чорну діру з меншого насіння було б важко, але сформувати невеликі чорні діри з нейтронних зірок може бути простіше. Було запропоновано, що відносна нестача пульсарів, що спостерігається до нашого власного галактичного центру, може бути наслідком цього процесу.
Як вказував Роб Джеффріс, утворення чорної діри (BH) з темної матерії (DM) неможливо ( якщо не існує [гіпотетичної] взаємодії, завдяки якій темна речовина може втратити енергію, яка ухиляється від усіх виявлень). Введення ДМ в існуючу БХ все ще малоймовірне (оскільки ДМ не може втратити свою надлишкову енергію та імпульс імпульсу так легко, як газ), але не неможливо, і невелика частка речовини, що накопичилася у надмасивних БЧ (СМБХ) у галактичних центрах, ймовірно, була темною.
Однак після того, як матерія приєднається до БГ, інформація про її походження (темна матерія або баріон) втрачається. Тому немає сенсу говорити про чорні діри в темній речовині : чорні діри не мають жодної властивості, що перевищує їх масу, віджимання та зарядження ( теорема про відсутність волосся ).
Саме ця властивість робить споконвічні чорні діри цікавими як кандидати для темної матерії, оскільки вони не порушуватимуть обмежень (наприклад, від нуклеосинтезу великого вибуху ) щодо кількості баріонової речовини. Однак AFAIK, споконвічні чорні діри не вигідні як кандидати в DM (з причин, що виходять за межі цієї відповіді).
Чорні діри є результатом настільки концентрованої маси, що сила тяжіння не випускає нічого, включаючи світло. Як раз про єдине, що ми знаємо про темну матерію, це те, що вона має масу і, здається, взаємодіє із звичайною речовиною через гравітацію. Оскільки ми взагалі не знаємо фізики темної матерії, неможливо сказати, які процеси можуть сконцентрувати темну речовину достатньо, щоб утворити чорну діру, але теоретично чорна діра може утворитися з темної матерії, або навіть як звичайної матерії, так і темної матерія. Деякі теоретики [ виноска ] навіть думають, що саме це надмасові чорні діри.
виноска : Єремія П. Острікер з Принстонського університету, « Колізійна темна матерія» та «Походження масивних чорних дірок» та Золтан Хайман з Колумбійського університету, «Формування перших масивних чорних дірок» . Цікаво також, що ці документи , починаючи з 2011 року по теперішній час, посилаються на семінарський документ Ostriker.