Černé díry jsou možná nejvíce nepopsatelné objekty ve vesmíru: koncentrace takové hmoty, že se zhroutí, jak vyplývá z obecné relativity, do singularity ve středu. Atomy, jádra a dokonce i základní částice jsou stlačeny do nekonečně malého bodu v našem trojrozměrném prostoru. Všechno, co spadne do černé díry, je odsouzeno zůstat v ní až do konce času, zachyceno její gravitací, kterou ani světlo nemůže opustit. Jaký je osud temné hmoty, když narazí na černou díru?
Bude to vtaženo do singularity jako normální hmota a přispěje k hmotnosti černé díry? Pokud ano, co se stane, když se černá díra odpaří kvůli Hawkingovu záření, co se stane s temnou hmotou?
Měli bychom začít tím, co jsou černé díry.
Tady na Zemi, pokud chcete něco vyslat do vesmíru, musíte překonat gravitační tah Země. Pro naši planetu je takzvaná úniková rychlost asi 11,2 km / s, lze ji vyvinout pomocí dostatečně silné rakety. Pokud bychom byli na povrchu Slunce, úniková rychlost by byla mnohem vyšší, 55krát: 617,5 km / s. Když naše Slunce zemře, zmenší se na bílého trpaslíka, který bude mít velikost Země, ale bude polovinou hmotnosti současného Slunce. Na něm bude úniková rychlost asi 4570 km / s, což je asi 1,5% rychlosti světla.
To je důležité, protože soustředíte stále více hmoty do určité oblasti vesmíru a úniková rychlost tohoto objektu se blíží rychlosti světla. A jakmile vaše úniková rychlost na povrchu objektu dosáhne nebo překročí rychlost světla, nejen světlo ji již nebude moci opustit - pokud dnes chápeme hmotu, energii, prostor a čas - celý tento objekt se zhroutí do singularity. Důvod je prostý: všechny základní síly, včetně sil, které drží atomy, protony nebo dokonce kvarky, nemohou cestovat rychleji než je rychlost světla. Proto, pokud jste v určitém bodě od centrální singularity a snažíte se udržet vzdálený objekt před gravitačním kolapsem, nemůžete; kolaps je nevyhnutelný. A vše, co potřebujete k překonání této bariéry, je hvězda o 20–40 hmotnější než Slunce.
Propagační video:
Když jeho jádru dojde palivo, centrum exploduje pod svou vlastní gravitací a vytvoří katastrofickou supernovu, nafoukne a zničí vnější vrstvy, ale uprostřed zanechá černou díru. Takové černé díry postupem času rostou a pohlcují veškerou hmotu a energii, které se dostanou příliš blízko. I když se budete pohybovat rychlostí světla, můžete se do toho dostat a nikdy neopustit horizont události. Kvůli zakřivení samotného prostoru uvnitř černé díry také nevyhnutelně upadnete do singularity ve středu. Když k tomu dojde, jednoduše přidáte energii do černé díry.
Venku nemůžeme říci, z čeho se černá díra původně skládala - protony, elektrony, neutrony, temná hmota nebo antihmota obecně. Existují pouze tři vlastnosti (zatím), které můžeme pozorovat o černé díře zvenčí: její hmotnost, elektrický náboj a jeho moment hybnosti, měřítko rotačního pohybu. Temná hmota, pokud víme, nemá elektrický náboj, stejně jako další kvantové charakteristiky (barevný náboj, baryonové číslo, leptonové číslo atd.), Které mohou nebo nemusí být zachovány nebo zničeny na základě informačního paradoxu černé díry.
Vzhledem k tomu, jak se černé díry tvoří (z explozí supermasivních hvězd), když se poprvé formují, jsou černé díry 100% běžnou (baryonickou) hmotou a 0% temnou hmotou. Nezapomeňte, že temná hmota interaguje pouze gravitačně, na rozdíl od běžné hmoty, která interaguje prostřednictvím gravitačních sil, slabých, elektromagnetických a silných interakcí. Ano, velké galaxie a jejich shluky mají pětkrát více temné hmoty než běžná hmota, ale shromažďuje se v jednu velkou halo. V typické galaxii se tato halo temné hmoty rozprostírá několik milionů světelných let, sféricky, do všech směrů, zatímco běžná hmota je koncentrována na disku, který zabírá 0,01% objemu temné hmoty.
Černé díry mají tendenci se tvořit uvnitř galaxií, kde obyčejná hmota zcela dominuje temné hmotě. Představte si oblast vesmíru, ve které se nacházíme: kolem našeho slunce. Pokud nakreslíme kouli na 100 AU. e. (a.u. je vzdálenost od Země ke Slunci) kolem naší sluneční soustavy, uzavřeme všechny planety, měsíce, asteroidy a celý Kuiperův pás, ale baryonická hmota - obyčejná hmota - uzavřená v naší sféře bude většinou zastoupena Sluníčko a váží asi 2 x 1030 kg. Na druhou stranu bude celkové množství temné hmoty ve stejné sféře pouze 1 x 1019 kg, neboli 0,0000000005% hmotnosti běžné hmoty ve stejné oblasti, což se rovná hmotnosti skromného asteroidu o velikosti Juno, asi 200 kilometrů napříč.
V průběhu času se temná hmota a obyčejná hmota srazí s touto černou dírou, pohltí se a přidá se na její hmotnosti. Většina hromadného růstu bude pocházet z obyčejné hmoty, nikoli z temné hmoty, ale v určitém okamžiku, po mnoho kvadrillionů let do budoucnosti, bude rychlost rozpadu černé díry konečně překonat rychlost růstu černé díry. Proces Hawkingova záření způsobí, že částice a fotony opustí horizont událostí černé díry, čímž ušetří veškerou energii, náboj a moment hybnosti vnitřku černé díry. Tento proces bude trvat od 1067 let (u černé díry se sluneční hmotou) do 10100 let (u nejhmotnějších černých děr).
To znamená, že nějaká temná hmota vyjde z černých děr, ale bude zcela odlišná od objemu temné hmoty, který původně vstoupil do černé díry. Všechny černé díry mají paměť věcí, které se do ní dostaly, ve formě malé množiny kvantových čísel a toto množství temné hmoty v nich není zahrnuto (pamatujte, že nemá všechny kvantové charakteristiky?). Výstup bude zcela odlišný od vstupu.
Tmavá hmota je tedy dalším zdrojem potravy pro černé díry a zdaleka nejlepší. Navíc je to zcela nezajímavý zdroj potravy. Na černé díry to má malý nebo žádný účinek.
ILYA KHEL