Găurile negre sunt probabil cele mai de nedescris obiecte din univers: concentrația unei astfel de mase încât se prăbușește, după cum urmează de la relativitatea generală, la o singularitate în centru. Atomii, nucleele și chiar particulele fundamentale sunt comprimate într-un punct infinitesimal în spațiul nostru tridimensional. Tot ceea ce cade într-o gaură neagră este condamnat să rămână în ea până la sfârșitul timpului, captat de gravitația sa, pe care nici lumina nu o poate lăsa. Care este soarta materiei întunecate când întâlnește o gaură neagră?
Va fi aspirat în singularitate ca materia normală și va contribui la masa găurii negre? Dacă da, când gaura neagră se evaporă din cauza radiației Hawking, ce se va întâmpla cu materia întunecată?
Ar trebui să începem cu ce sunt găurile negre.
Aici pe Pământ, dacă doriți să trimiteți ceva în spațiu, trebuie să depășiți atracția gravitațională a Pământului. Pentru planeta noastră, așa-numita viteză de evacuare este de aproximativ 11,2 km / s, poate fi dezvoltată folosind o rachetă suficient de puternică. Dacă am fi la suprafața Soarelui, viteza de evacuare ar fi mult mai mare, de 55 de ori: 617,5 km / s. Când Soarele nostru moare, se va micșora la o pitică albă, care va avea dimensiunea Pământului, dar va fi la jumătate din masa Soarelui actual. Pe aceasta, viteza de evacuare va fi de aproximativ 4570 km / s, ceea ce reprezintă aproximativ 1,5% din viteza luminii.
Acest lucru este important, deoarece vă concentrați din ce în ce mai multă masă într-o anumită regiune a spațiului, iar viteza de evacuare pentru acel obiect este din ce în ce mai aproape de viteza luminii. Și de îndată ce viteza de evadare de pe suprafața unui obiect atinge sau depășește viteza luminii, nu numai lumina nu va mai putea să o părăsească - în măsura în care noi înțelegem materia, energia, spațiul și timpul astăzi - întregul obiect se va prăbuși într-o singularitate. Motivul este simplu: toate forțele fundamentale, inclusiv forțele care țin atomi, protoni sau chiar quarks împreună, nu pot călători mai repede decât viteza luminii. Prin urmare, dacă vă aflați la un anumit punct din singularitatea centrală și încercați să păstrați un obiect îndepărtat de colapsul gravitațional, nu puteți; prăbușirea este inevitabilă. Și tot ce ai nevoie pentru a depăși această barieră este o stea cu 20-40 mai masivă decât Soarele.
Video promotional:
Când nucleul său nu mai are combustibil, centrul va exploda sub propria gravitație, creând o supernovă catastrofală, umflând și distrugând straturile exterioare, dar lăsând o gaură neagră în centru. Astfel de găuri negre cresc în timp, absorbind orice materie și energie care se apropie prea mult. Chiar dacă vă deplasați cu viteza luminii, puteți intra în ea și nu părăsiți niciodată orizontul evenimentului. Datorită curburii spațiului în interiorul găurii negre, veți cădea, de asemenea, inevitabil într-o singularitate în centru. Când se întâmplă acest lucru, pur și simplu adăugați energie găurii negre.
Afară, nu putem spune în ce consta inițial gaura neagră - protoni, electroni, neutroni, materie întunecată sau antimaterie în general. Există doar trei proprietăți (până acum) pe care le putem observa despre o gaură neagră din exterior: masa sa, sarcina electrică și impulsul său unghiular, o măsură a mișcării de rotație. Materia întunecată, din câte știm, nu are o încărcare electrică, precum și alte caracteristici cuantice (încărcare de culoare, număr de barion, număr de lepton etc.), care pot fi sau nu conservate sau distruse, pe baza paradoxului informațional al unei găuri negre.
Datorită modului în care se formează găurile negre (din explozii din stelele supermasive) când se formează pentru prima dată, găurile negre sunt 100% materie obișnuită (barionică) și 0% materie întunecată. Nu uitați că materia întunecată interacționează numai gravitațional, spre deosebire de materia obișnuită, care interacționează prin forțe gravitaționale, interacțiuni slabe, electromagnetice și puternice. Da, galaxiile mari și grupurile lor au de cinci ori mai multă materie întunecată decât materia obișnuită, dar se adună într-un halou mare. Într-o galaxie tipică, acest halou de materie întunecată se extinde timp de câteva milioane de ani lumină, sferic, în toate direcțiile, în timp ce materia obișnuită este concentrată într-un disc care ocupă 0,01% din volumul de materie întunecată.
Găurile negre tind să se formeze în interiorul galaxiei, unde materia obișnuită predomină complet asupra materiei întunecate. Imaginați-vă regiunea spațiului în care ne aflăm: în jurul soarelui nostru. Dacă desenăm o sferă la 100 UA. adică (a.u. este distanța de la Pământ la Soare) în jurul sistemului nostru solar, vom cuprinde toate planetele, lunile, asteroizii și întreaga centură Kuiper, dar masa barionică - materia obișnuită - închisă în sfera noastră va fi reprezentată în cea mai mare parte Soare și cântărește aproximativ 2 x 1030 kg. Pe de altă parte, cantitatea totală de materie întunecată din aceeași sferă va fi de numai 1 x 1019 kg, sau 0,0000000005% din masa materiei obișnuite din aceeași regiune, egală cu masa unui asteroid modest de dimensiunea lui Juno, de aproximativ 200 de kilometri lățime.
În timp, materia întunecată și materia obișnuită se vor ciocni cu această gaură neagră, vor fi absorbite și se vor adăuga la masa ei. Cea mai mare parte a creșterii masei va proveni din materie obișnuită, nu din materie întunecată, dar, la un moment dat, la mulți miliarde de ani în viitor, rata de descompunere a găurii negre va depăși în cele din urmă rata de creștere a găurii negre. Procesul de radiație al lui Hawking va face ca particulele și fotonii să iasă din orizontul evenimentelor găurii negre, conservând toată energia, încărcătura și impulsul unghiular din interiorul găurii negre. Acest proces va dura de la 1067 de ani (pentru o gaură neagră cu masă solară) până la 10100 de ani (pentru cele mai masive găuri negre).
Aceasta înseamnă că unele materii întunecate vor ieși din găurile negre, dar vor fi complet diferite de volumul de materie întunecată care a intrat inițial în gaura neagră. Toate găurile negre au o memorie a lucrurilor care au intrat în ea, sub forma unui set mic de numere cuantice, iar această cantitate de materie întunecată nu este inclusă în ele (amintiți-vă, nu are toate caracteristicile cuantice?). Ieșirea va fi complet diferită de intrare.
Astfel, materia întunecată este o altă sursă de hrană pentru găurile negre și departe de a fi cea mai bună. Mai mult, este o sursă de hrană complet neinteresantă. Are un efect redus sau deloc asupra găurilor negre.
ILYA KHEL
