Чорні діри - це, мабуть, найнеймовірніші об'єкти у Всесвіті: концентрація такої маси, що вона колапсує, як випливає із загальної теорії відносності, до сингулярності в центрі. Атоми, ядра і навіть фундаментальні частинки стискаються в нескінченно малу точку нашого тривимірного простору. Все, що потрапляє в чорну діру, приречене залишатися в ній до кінця часів, захоплене її гравітацією, яку не може покинути навіть світло
Чи буде вона засмоктала в сингулярність, як звичайна матерія, і внесе свій внесок в масу чорної діри? У тому випадку, якщо так, то коли чорна діра випарується внаслідок випромінювання Хокінга, що буде з темною матерією?
Почати варто з того, що таке чорні діри.
Тут, на землі, якщо ви хочете відправити щось в космос, вам потрібно подолати гравітаційне тяжіння землі. Для нашої планети так звана швидкість втечі складає близько 11, 2 км / с, її можна розвинути за допомогою досить потужної ракети. Лише в тому випадку, якщо б ми були на поверхні сонця, швидкість втечі була б набагато більше, в 55 разів: 617, 5 км / с. коли наше сонце помре, воно стиснеться до білого карлика, який за розмірами буде з землю, але за масою буде в два рази легше нинішнього сонця. На ньому швидкість втечі буде порядку 4570 км / с, це близько 1, 5% швидкості світла.
Це важливо, тому що ви концентруєте все більше і більше маси в конкретній області простору, а швидкість тікання для цього об'єкта все більше наближається до швидкості світла. І як тільки ваша швидкість втечі на поверхні об'єкту досягне або перевищить швидкість світла, не тільки світло вже не зможе його покинути - наскільки ми розуміємо матерію, енергію, простір і час сьогодні - весь цей об'єкт стиснеться в сингулярність. Причина проста: всі фундаментальні сили, включаючи сили, які утримують атоми, протони або навіть кварки разом, не можуть рухатися швидше за швидкість світла. Тому якщо ви перебуваєте в певній точці від центральної сингулярності і намагаєтеся утримати віддалений об'єкт від гравітаційного колапсу, ви не зможете; колапс неминучий. І все, що вам потрібно для подолання цього бар'єру, це зірка в 20-40 масивніше сонця.
Коли в її ядрі закінчиться паливо, центр вибухне під дією власної гравітації, створивши катастрофічну наднову, роздувши і знищивши зовнішні шари, але залишивши чорну діру в центрі. Такі чорні діри ростуть з часом, поглинаючи будь-яку матерію і енергію, яка підійде занадто близько. Навіть рухаючись зі швидкістю світла ви можете потрапити в неї і ніколи вже не покинете горизонт подій. Через кривизни самого простору всередині чорної діри ви також неминуче потрапите в сингулярність в центрі. Коли це станеться, ви просто додасте чорній дірі енергії.
Зовні ми не можемо сказати, з чого спочатку складалася чорна діра - з протонів, електронів, нейтронів, темної матерії або взагалі антиматерії. Є тільки три властивості (поки що), які ми можемо спостерігати про чорну діру зовні: її маса, її електричний заряд і її кутовий момент, міра обертального руху. Темна матерія, наскільки нам відомо, не має електричного заряду, а також інших квантових характеристик (кольорового заряду, баріонна число, лептонний заряд і ін.), Які можуть або не можуть зберегтися, або знищитися, виходячи з інформаційного парадоксу чорної діри.
Через те, як утворюються чорні діри (внаслідок вибухів надмасивних зірок), коли вони вперше утворюються, чорні діри на 100% складаються зі звичайної (баріонів) матерії і на 0% з темної матерії. Не забувайте, що темна матерія взаємодіє тільки гравітаційно, на відміну від звичайної матерії, яка взаємодіє за допомогою гравітаційних сил, слабких, електромагнітних і сильних взаємодій. Так, у великих галактиках і їх скупчення в п'ять разів більше темної матерії, ніж звичайної матерії, але вона збирається в одне велике гало. У типовій галактиці це гало темної матерії простягається на кілька мільйонів світлових років, сферически, у всіх напрямках, тоді як звичайна матерія сконцентрована в диску, який займає 0, 01% від обсягу темної матерії.
Чорні діри, як правило, утворюються всередині галактики, де звичайна матерія повністю переважає над темною матерією. Уявіть собі область простору, в якій ми знаходимося: навколо нашого сонця. У разі якщо ми намалюємо сферу в 100 а. е. (а. е. - це дистанція від землі до сонця) навколо нашої сонячної системи, ми укладемо все планети, місяця, астероїди і весь пояс Койпера, але баріонів маса - звичайна матерія - укладена в нашій сфері, буде здебільшого представлена сонцем і важити близько 2 х 1030 кг. З іншого боку, загальна кількість темної матерії в цій же сфері буде всього 1 х 1019 кг, або 0, 05% маси звичайної матерії в цьому ж самому регіоні, рівне масі скромного астероїда розміром з Юнону, приблизно в 200 кілометрів у поперечнику.
Згодом темна матерія і звичайна матерія будуть стикатися з цією чорною дірою, абсорбуватися і додаватися до її масі. Найбільше зростання маси буде надходити зі звичайної матерії, а не темної, але в певний момент, через багато квадрильйонів років в майбутньому, швидкість розпаду чорної діри нарешті перевершить швидкість росту чорної діри. Процес випромінювання Хокінга призведе до того, що частинки і фотони будуть виходити з горизонту подій чорної діри, зберігаючи всю енергію, заряд і кутовий момент надр чорної діри. Цей процес займе від 1067 років (для чорної діри сонячної маси) до 10100 років (для самих масивних чорних дір.
Це означає, що деяка темна матерія вийде з чорних дір, але буде повністю відрізнятися від того обсягу темної матерії, яка потрапила в чорну діру спочатку. У всіх чорних дір є пам'ять про речі, які в неї потрапили, в вигляді невеликого набору квантових чисел, а це кількість темної матерії в них не входить (пам'ятаєте, вона не володіє всіма квантовими характеристиками. На виході буде зовсім не те, що було на в ході.
Таким чином, темна матерія є ще одним джерелом їжі для чорних дір, і далеко не найкращим. Більш того, це зовсім нецікавий джерело їжі. Він не має практично ніякого впливу на чорні діри. За матеріалами: hi - News. ru.