Чи можуть бути темні речовини чорні діри?


17

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?


Ще одне пояснення питання, якщо вас цікавить, хоча воно не торкається можливості темної матерії утворювати надмасивні чорні діри в центрі галактик, що я вважаю досить крутим. curious.astro.cornell.edu/the-universe/90-the-universe/…
користувачLTK

1
Термін чорні діри темної матерії мало сенсу, дивіться також мою відповідь.
Вальтер

1
Після того, як це чорна діра, це не має значення (каламбур призначений).
Флорін Андрій

Відповіді:


22

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.


Мені цікаво. Я просто не знаю достатньо темної матерії. Ми знаємо, що вона не взаємодіє зі звичайною речовиною, за винятком сили тяжіння, і, здається, вона більше дифузно пов'язана з галактиками, ніж звичайна матерія. Чи знаємо ми ще щось про це? Це дуже добре може мати дисапативні механізми. Це може навіть мати якийсь аналог хімії.
Aabaakawad

1
Навіть якщо деяка випадкова концентрація темної речовини встигне сформувати чорну затримку, ви все одно, маючи звичайні старі атоми водню тощо, свистять і просмоктуючись повз горизонт подій. Я очікую, що гібридна дірка, темна плюс нормальна речовина, змішана, є найбільш поширеною формою.
Wayfaring Stranger

2
@Aabaakawad Ми дійсно нічого не знаємо про темну матерію (або темну енергію), крім тих спостережень, які свідчать про те, що вони існують. Є кілька пропозицій про те, що існує "темний сектор", який є негравітаційною фізикою в основному виключно між темною речовиною. Моделювання мали різний ступінь успіху, не маючи темного сектору, тому існування сектора пропонується побачити, чи може це призвести до більш точних моделювань: ненульовий переріз взаємодії (можливо "темні взаємодії" дав би темний має значення спосіб пролити гравітаційну енергію непомітними способами.
zibadawa timmy

@zibadawatimmy, див. цитати у виносці у моїй відповіді.
Aabaakawad

9

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).


1
Чи сприяє ДМ багато в зростанні центральних чорних мотивів галактик?
questionhang

@questionhang Як ​​я вже говорив, " невелика частка речовини, що накопичується в надмасивних ВГ (СМБХ) в галактичних центрах, ймовірно, була темною ", я би здивувався, якщо її значно більше 1%, швидше за все, набагато менше.
Вальтер

чому? dm може бути складніше, ніж акріон баріон?
questionhang

1
@questionhang Як ​​я вже говорив, « оскільки DM не може втратити свою надлишкову енергію та імпульс так легко, як газ ». Він може втратити його лише за допомогою гравітаційних взаємодій (з чим завгодно), але це дуже неефективно.
Вальтер

@Walter, дивіться цитати в виносці в моїй відповіді.
Aabaakawad

5

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.


1
@Aabaakaward Чи можете ви назвати кілька імен "деяких теоретиків"?
questionhang

@questionhang, Єремія П. Острікер з Принстонського університету, див. arxiv.org/pdf/astro-ph/9912548.pdf (2000) та Золтан Хайман з Колумбійського університету, див. arxiv.org/pdf/1203.6075.pdf (2012), і ін. Цікаво, що ці документи, починаючи з 2011 року по теперішній час, посилаючись на семінарський документ Ostriker, _see scilar.google.com/…
Aabaakawad

Це цікавий матеріал. Мабуть, межі спостереження за самовпливом ще недостатньо низькі, щоб виключити це.
Роб Джефріс

Вся ця ідея колізійної або взаємодіючої темної матерії - лише червона оселедець. Немає вагомих причин робити таке припущення, адже холодна темна речовина (МЧР), що в крайньому випадку слабко взаємодіє поза гравітацією, чудово узгоджується з усіма даними щодо зменшення рівня інформації. У випадку, коли може виникнути напруженість, прогнози (засновані на CDM) не дуже надійні, часто покладаючись на чисельне моделювання недостатньої роздільної здатності. Звичайно, поки що немає прямого (або непрямого) виявлення CDM, але це означає лише, що він, ймовірно, не зроблений з WIMP (або з перерізом набагато нижче очікуваних)
Вальтер,
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.