Во Вселенной темной материи в пять раз больше, чем обычной.
Но как это влияет на черные дыры?
Нам достаточно одного дня, чтобы вырасти или, наоборот, уменьшиться.Хотите верьте, хотите нет, но эта цитата применима как к черным дырам, так и к людям.— Пауль Клее
Иногда черная дыра может невыразимо расти, а иногда она может потерять больше массы и энергии, чем приобрела.
Статья этой недели посвящена вопросу Майкла Бута, который затрагивает не только этот аспект черных дыр, но и их темную сторону: Поскольку темная материя взаимодействует с барионной материей только посредством гравитации и поскольку темной материи в 5 раз больше, чем барионной материи, 5/6 черных дыр должны содержать темную материю.
Говорит ли нам эта информация что-нибудь полезное о черных дырах? При ответе на этот вопрос следует учитывать множество аспектов, поэтому мы начнем с описания того, что такое черная дыра, а чем нет наша планета.
Если взять такую планету, как Земля, то она обладает огромным количеством гравитационной энергии, удерживающей нас на поверхности.
Чтобы выйти из гравитационного поля планеты, нам необходимо достичь огромной скорости порядка 11 200 м/с.
Гравитационное поле в фотосфере Солнца гораздо сильнее; там нужно двигаться со скоростью около 618 000 м/с, чтобы выйти из его гравитационного поля.
Это высокие скорости, но достижимые.
Но если мы поместим достаточно массы в достаточно небольшой объём пространства, скорость убегания может превысить 299 792 458 м/с, что равно скорости света в вакууме.
А поскольку ничто не может двигаться быстрее, ничто не может покинуть такое гравитационное поле, даже свет. И мы получим черную дыру.
Со стороны невозможно сказать, была ли черная дыра изначально создана из протонов и электронов, нейтронов, темной материи или даже антиматерии.
Насколько мы можем судить, есть только три характеристики черной дыры, которые мы можем определить, наблюдая за ней: масса, электрический заряд и угловой момент, который описывает, насколько быстро она вращается.
Итак, если мы хотим знать, изначально ли черная дыра состоит из нормальной, барионной материи или из темной материи, нам нужно посмотреть: Астрофия формирования черных дыр; Научная картина того, как они, сформировавшись, набирают и теряют массу.
Начнем с их происхождения.
Когда вы посмотрите на молодое звездное скопление на небе, вы, скорее всего, увидите скопление очень заметных голубых звезд. Если вы присмотритесь, вы обнаружите, что, хотя эти звезды являются самыми горячими и яркими, они не являются представителями большинства.
На каждого голубого гиганта приходится сотни обычных звезд вроде Солнца или тусклее.
В целом только 5% звезд, когда-либо образовавшихся во Вселенной, крупнее и ярче нашей звезды! Но к черным дырам относятся самые большие, горячие и яркие звезды, хотя они и самые редкие.
Причина, по которой они яркие, заключается в том, что они очень быстро сжигают свое ядерное топливо.
Звезда, подобная Солнцу, может прожить 12 миллиардов лет, прежде чем израсходует все топливо своего ядра, но звезда в 10 раз более массивная проживет лишь 0,1% этой жизни.
Учтите, что самые массивные известные нам звезды в сотни раз массивнее Солнца, и представьте, насколько короче живут эти гиганты.
Конечно, они могут сжигать синтезированные ими элементы, могут превращать гелий в углерод, затем углерод в кислород, неон и магний, затем кислород в кремний, а затем кремний в железо – и каждый раз ядро звезды будет сжиматься и нагреваться.
Именно эти процессы горения удерживают звезду и не дают ей рухнуть под действием силы тяжести, но последней каплей становится железо.
После этого последнего шага больше нет энергии, которую можно было бы получить от превращения железа во что-то более тяжелое, поэтому ядро звезды коллапсирует. Ни атомы, ни ядра не могут сдержать гравитационные силы, и пока внешняя оболочка звезды красиво взрывается и превращается в сверхновую, внутренняя часть коллапсирует в черную дыру.
Поэтому на первых порах, когда они появляются, черные дыры состоят на 100% из обычной, барионной материи и на 0% из темной материи.
Темная материя взаимодействует только посредством гравитации, в отличие от обычной материи, которая взаимодействует посредством гравитации, слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий.
Все это — сложный способ объяснить, что когда обычная материя взаимодействует с другой обычной материей, она может слипаться, группироваться, обмениваться импульсом и собирать больше материи.
Темная материя не слипается с обычной материей или сама с собой.
Поэтому, когда мы представляем себе галактики и скопления, мы видим спиральные или эллиптические галактики, где обычная материя собрана в относительно небольшом объеме, но они включены в ореол темной материи, простирающийся, возможно, на тысячи объемов обычной материи.
Да, в крупных галактиках и скоплениях темной материи, вероятно, в пять раз больше, чем обычной.
Но все это рассматривается только в пределах всего огромного ореола.
В тех регионах космоса, о которых мы говорим, обычная материя преобладает над темной материей.
Давайте рассмотрим нашу область вокруг Солнца.
Если мы нарисуем сферу радиусом 100 а.
е.
(АС – расстояние от Земли до Солнца) вокруг Солнечной системы, включим в нее все планеты, луны, астероиды, почти весь пояс Койпера, но барионную массу (обычную материю) из того, что будет внутри сфера в основном будет принадлежать Солнцу и составит около 2*10 30 кг.
С другой стороны, масса темной материи в этой сфере будет равна 1*10. 19 кг – примерно 0,0000000005% от нормального веса.
Для сравнения, примерно такое же количество массы сосредоточено у астероида Юнона, который на картинке ниже под номером «3» и для сравнения нарисован на фоне Луны.
Говорим ли мы об отдельных черных дырах, расположенных за тысячи световых лет от центров галактики, или о сверхмассивных, возникших в результате слияния множества черных дыр вблизи ядра галактики, все они начинали свое существование примерно со 100% обычными и 0% темными.
иметь значение.
Но со временем они поглотили оба типа материи.
Несмотря на распространенное заблуждение, черные дыры не засасывают все подряд, а лишь распространяют гравитационное притяжение.
Темная материя, которая в противном случае пролетела бы мимо, будучи притянута гравитацией к горизонту событий, будет съедена черной дырой, что увеличит ее массу.
Но обычная материя, оказавшаяся вблизи черной дыры, будет излучать волны, распадаться и терять импульс.
Он также будет взаимодействовать с аккреционным диском, испытывать трение, терять импульс и увеличивать количество поглощаемой материи.
Другими словами, даже когда обычная материя просто пролетает мимо, часть ее съедает дыра – в случае с темной материей этого не происходит. 
Если вы хотите вырастить черную дыру, самый простой способ рассчитать пропорции нормальной и темной материи, которую она съедает, — это взять пропорциональную плотность нормальной и темной материи в этой области.
Для нашей локации плотность обычного вещества равна 1,2*10. 28 кг на кубический световой год, а плотность темной материи 2,5*10 27 кг на кубический световой год, или 20% от нормы.
Неплохо! Надо помнить, что мы находимся на периферии Млечного Пути, а в центре галактики все совсем по-другому.
Она содержит еще больше темной материи, поскольку плотность гало темной материи должна увеличиваться по мере ее движения к центру галактики.
Однако он не увеличится настолько сильно.
Здесь много неопределённостей, но даже самый оптимистичный рост даст нам коэффициент в районе 10 000. При пессимистическом, или более изотермическом, увеличении коэффициент составит от 10 до 100. С другой стороны, плотность обычной материи в центре Галактики в 50 миллионов раз больше, чем у нас.
И хотя в нашем регионе вклад темной материи в черную дыру может достигать 16%, в центре галактики это число может составлять не более 0,004%.
Это жестокая реальность:
- черные дыры почти полностью образуются из обычной материи, где бы она ни возникла
- те, что формируются в регионах с низкой плотностью материи - таких как наша - будут иметь в своем составе приличную долю темной материи, но в среднем ее вклад будет гораздо меньше вклада нормальной материи
- те, которые образуются в регионах с высокой плотностью материи, таких как центр галактики, будут сильно увеличиваться в массе, но 99,996% этой массы будет приходиться на обычную материю.
Для тех, кто интересуется потерей массы черных дыр, это происходит из-за излучения Хокинга.
И хотя оно обязательно происходит, но происходит настолько медленно, что в эти временные промежутки им можно пренебречь.
Черной дыре массой Солнца потребовалось бы 10 67 испаряться годами, то есть теряет массу менее одного электрона в год. Крупнейшим сверхмассивным черным дырам во Вселенной потребовалось бы 10 100 лет на испарение, и они потеряют массу, сравнимую с электроном, когда пройдет такое же количество времени с момента возникновения Вселенной.
Поэтому тем, кто надеется увидеть потерю массы, придется подождать, пока Вселенная опустошится темной энергией и черные дыры не будут выброшены из нашей галактики из-за гравитационных взаимодействий, прежде чем скорость сжатия черных дыр сравняется со скоростью их роста из-за поглощающее вещество.
И вот ответ на вопрос, состоят ли черные дыры из темной материи.
В его составе они могут состоять максимум на 0,004%, и это самая оптимистичная оценка для самых массовых из них.
Спасибо за отличный вопрос, Майкл.
Те из вас, у кого есть вопросы для следующей колонки, могут присылать их мне! Теги: #астрономия #Популярная наука #физика #черные дыры #вселенная #спроси Итана #темная материя
-
Почему Cloudflare Солгал?
19 Oct, 24 -
Как Отключиться И Вернуться К Работе
19 Oct, 24 -
Пилотная Серия «Ночное Шоу Лямбда»
19 Oct, 24
