Sorte huller er måske de mest ubeskrivelige objekter i universet: koncentrationen af en sådan masse, at den kollapser som følger af generel relativitet til en singularitet i centrum. Atomer, kerner og endda fundamentale partikler komprimeres til et uendeligt lille punkt i vores tredimensionelle rum. Alt, der falder i et sort hul, er dømt til at forblive i det indtil tidens ende, fanget af dets tyngdekraft, som selv lys ikke kan forlade. Hvad er skæbnen for mørkt stof, når det støder på et sort hul?
Vil det blive suget ind i singulariteten som normal materie og bidrage til massen af det sorte hul? Hvis ja, når det sorte hul fordamper på grund af Hawking-stråling, hvad sker der så med mørkt stof?
Vi skal starte med, hvad sorte huller er.
Her på Jorden, hvis du vil sende noget ud i rummet, skal du overvinde Jordens tyngdekraft. For vores planet er den såkaldte flugthastighed ca. 11,2 km / s, den kan udvikles ved hjælp af en tilstrækkelig kraftig raket. Hvis vi befandt os på solens overflade, ville flugthastigheden være meget højere 55 gange: 617,5 km / s. Når vores sol dør, krymper den til en hvid dværg, der vil være på størrelse med jorden, men vil være halvdelen af den nuværende sols masse. På den vil flugningshastigheden være ca. 4570 km / s, hvilket er ca. 1,5% af lysets hastighed.
Dette er vigtigt, fordi du koncentrerer mere og mere masse i et bestemt område af rummet, og flugthastigheden for det objekt nærmer sig mere og mere lysets hastighed. Og så snart din flugthastighed på overfladen af en genstand når eller overstiger lysets hastighed, vil ikke kun lys ikke længere være i stand til at forlade det - så vidt vi forstår stof, energi, rum og tid i dag - vil hele dette objekt kollapse til en unikhed. Årsagen er enkel: alle grundlæggende kræfter, inklusive de kræfter, der holder atomer, protoner eller endda kvarker sammen, kan ikke rejse hurtigere end lysets hastighed. Derfor, hvis du befinder dig på et bestemt tidspunkt fra den centrale singularitet og prøver at holde et fjernt objekt fra tyngdekraft sammenbrud, kan du ikke; kollaps er uundgåelig. Og alt hvad du behøver for at overvinde denne barriere er en stjerne 20-40 mere massiv end solen.
Salgsfremmende video:
Når kernen løber tør for brændstof, eksploderer centret under sin egen tyngdekraft og skaber en katastrofal supernova, der puster og ødelægger de ydre lag, men efterlader et sort hul i midten. Sådanne sorte huller vokser over tid og absorberer ethvert stof og energi, der kommer for tæt på. Selvom du bevæger dig med lysets hastighed, kan du komme ind i det og aldrig forlade begivenhedshorisonten. På grund af selve rumets krumning inde i det sorte hul vil du også uundgåeligt falde i en unikhed i midten. Når dette sker, tilføjer du simpelthen energi til det sorte hul.
Udenfor kan vi ikke sige, hvad det sorte hul oprindeligt bestod af - protoner, elektroner, neutroner, mørkt stof eller antimateriale generelt. Der er kun tre egenskaber (indtil videre), som vi kan observere omkring et sort hul udefra: dets masse, dets elektriske ladning og dets vinkelmoment, et mål for rotationsbevægelse. Mørkt stof har, så vidt vi ved, ikke en elektrisk ladning såvel som andre kvanteegenskaber (fargeladning, baryon-nummer, lepton-nummer osv.), Som måske eller måske ikke bevares eller ødelægges, baseret på informationsparadoxet for et sort hul.
På grund af hvordan sorte huller dannes (fra eksplosioner fra supermassive stjerner), når de først dannes, er sorte huller 100% almindeligt (baryonisk) stof og 0% mørkt stof. Glem ikke, at mørkt stof kun interagerer med tyngdekraft i modsætning til almindeligt stof, som interagerer gennem tyngdekræfter, svage, elektromagnetiske og stærke interaktioner. Ja, store galakser og deres klynger har fem gange mere mørkt stof end almindeligt stof, men det samles i en stor glorie. I en typisk galakse strækker denne mørke materiehalo sig i flere millioner lysår, sfærisk, i alle retninger, mens almindeligt stof er koncentreret i en disk, der optager 0,01% af volumenet af mørkt stof.
Sorte huller har tendens til at dannes inde i galakser, hvor almindeligt stof dominerer mørkt stof fuldstændigt. Forestil dig det område af rummet, vi befinder os i: omkring vores sol. Hvis vi tegner en kugle ved 100 AU. e. (a.u. er afstanden fra jorden til solen) omkring vores solsystem, vil vi omslutte alle planeter, måner, asteroider og hele Kuiper-bæltet, men den baryoniske masse - almindelig materie - indesluttet i vores sfære, vil for det meste være repræsenteret Solskin og vejer ca. 2 x 1030 kg. På den anden side vil den samlede mængde mørkt stof i den samme sfære kun være 1 x 1019 kg eller 0,00000005% af massen af almindeligt stof i samme region, svarende til massen af en beskeden asteroide på størrelse med Juno, ca. 200 kilometer på tværs.
Over tid vil mørkt stof og almindeligt stof kollidere med dette sorte hul, absorberes og føjes til dets masse. Det meste af massevæksten kommer fra almindeligt stof, ikke mørkt stof, men på et tidspunkt, mange kvadrillion år ind i fremtiden, vil det sorte huls forfaldshastighed endelig overstige det sorte huls vækstrate. Hawking-strålingsprocessen vil få partikler og fotoner til at forlade det sorte huls begivenhedshorisont og bevare al energi, ladning og vinkelmoment i det sorte huls indre. Denne proces vil tage fra 1067 år (for et sort hul med solmasse) til 10100 år (for de mest massive sorte huller).
Dette betyder, at noget mørkt stof kommer ud af sorte huller, men vil være helt forskelligt fra det volumen mørkt stof, der oprindeligt kom ind i det sorte hul. Alle sorte huller har en hukommelse om de ting, der kom ind i det, i form af et lille sæt kvantetal, og denne mængde mørkt stof er ikke inkluderet i dem (husk, det har ikke alle kvanteegenskaber?). Outputtet vil være helt forskelligt fra input.
Således er mørkt stof en anden fødekilde til sorte huller og langt fra det bedste. Desuden er det en fuldstændig uinteressant fødekilde. Det har ringe eller ingen effekt på sorte huller.
ILYA KHEL