Как темная материя взаимодействует с черными дырами?

10 436 просмотров
Об авторе

Темная материя

Черные дыры — это, пожалуй, самые неописуемые объекты во Вселенной: концентрация такой массы, что она коллапсирует, как следует из общей теории относительности, до сингулярности в центре. Атомы, ядра и даже фундаментальные частицы сжимаются в бесконечно малую точку нашего трехмерного пространства. Все, что попадает в черную дыру, обречено оставаться в ней до скончания времен, захваченное ее гравитацией, которую не может покинуть даже свет. Какая судьба ждет темную материю при встрече с черной дырой?

Будет ли она засосана в сингулярность, как обычная материя, и внесет свой вклад в массу черной дыры? Если да, то когда черная дыра испарится вследствие излучения Хокинга, что будет с темной материей?

Начать стоит с того, что такое черные дыры.

Темная материя

Здесь, на Земле, если вы хотите отправить что-то в космос, вам нужно преодолеть гравитационное притяжение Земли. Для нашей планеты так называемая скорость убегания составляет порядка 11,2 км/с, ее можно развить с помощью достаточно мощной ракеты. Если бы мы были на поверхности Солнца, скорость убегания была бы намного больше, в 55 раз: 617,5 км/с. Когда наше Солнце умрет, оно сожмется до белого карлика, который по размерам будет с Землю, но по массе будет в два раза легче нынешнего Солнца. На нем скорость убегания будет порядка 4570 км/с, это около 1,5% скорости света.

Темная материя

Это важно, потому что вы концентрируете все больше и больше массы в конкретной области пространства, а скорость убегания для этого объекта все больше приближается к скорости света. И как только ваша скорость убегания на поверхности объекта достигнет или превысит скорость света, не только свет уже не сможет его покинуть — насколько мы понимаем материю, энергию, пространство и время сегодня — весь этот объект сожмется в сингулярность. Причина проста: все фундаментальные силы, включая силы, удерживающие атомы, протоны или даже кварки вместе, не могут двигаться быстрее скорости света. Поэтому если вы находитесь в определенной точке от центральной сингулярности и пытаетесь удержать удаленный объект от гравитационного коллапса, вы не сможете; коллапс неизбежен. И все, что вам нужно для преодоления этого барьера, это звезда в 20-40 массивнее Солнца.

Темная материя

Когда в ее ядре закончится топливо, центр взорвется под действием собственной гравитации, создав катастрофическую сверхновую, раздув и уничтожив внешние слои, но оставив черную дыру в центре. Такие черные дыры растут со временем, поглощая любую материю и энергию, которая подойдет слишком близко. Даже двигаясь со скоростью света вы можете попасть в нее и никогда уже не покинете горизонт событий. Из-за кривизны самого пространства внутри черной дыры вы также неизбежно попадете в сингулярность в центре. Когда это произойдет, вы просто прибавите черной дыре энергии.

Черная дыра

Снаружи мы не можем сказать, из чего изначально состояла черная дыра — из протонов, электронов, нейтронов, темной материи или вообще антиматерии. Есть только три свойства (пока что), которые мы можем наблюдать о черной дыре снаружи: ее масса, ее электрический заряд и ее угловой момент, мера вращательного движения. Темная материя, насколько нам известно, не имеет электрического заряда, а также других квантовых характеристик (цветного заряда, барионное число, лептонное число и пр.), которые могут или не могут сохраниться, либо уничтожиться, исходя из информационного парадокса черной дыры.

Черная дыра

Из-за того, как образуются черные дыры (вследствие взрывов сверхмассивных звезд), когда они впервые образуются, черные дыры на 100% состоят из обычной (барионной) материи и на 0% из темной материи. Не забывайте, что темная материя взаимодействует только гравитационно, в отличие от обычной материи, которая взаимодействует посредством гравитационных сил, слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий. Да, в крупных галактиках и их скоплениях в пять раз больше темной материи, чем обычной материи, но она собирается в одно большое гало. В типичной галактике это гало темной материи простирается на несколько миллионов световых лет, сферически, во всех направлениях, тогда как обычная материя сконцентрирована в диске, который занимает 0,01% от объема темной материи.

Черная дыра

Черные дыры, как правило, образуются внутри галактики, где обычная материя полностью преобладает над темной материей. Представьте себе область пространства, в которой мы находимся: вокруг нашего Солнца. Если мы нарисуем сферу в 100 а. е. (а. е. — это дистанция от Земли до Солнца) вокруг нашей Солнечной системы, мы заключим все планеты, луны, астероиды и весь пояс Койпера, но барионная масса — обычная материя — заключенная в нашей сфере, будет по большей части представлена Солнцем и весить около 2 х 1030 кг. С другой стороны, общее количество темной материи в этой же сфере будет всего 1 х 1019 кг, или 0,0000000005% массы обычной материи в этом же самом регионе, равное массе скромного астероида размером с Юнону, приблизительно в 200 километров в поперечнике.

Со временем темная материя и обычная материя будут сталкиваться с этой черной дырой, абсорбироваться и прибавляться к ее массе. Больше всего рост массы будет поступать из обычной материи, а не темной, но в определенный момент, спустя много квадриллионов лет в будущем, скорость распада черной дыры наконец превзойдет скорость роста черной дыры. Процесс излучения Хокинга приведет к тому, что частицы и фотоны будут выходить из горизонта событий черной дыры, сохраняя всю энергию, заряд и угловой момент недр черной дыры. Этот процесс займет от 1067 лет (для черной дыры солнечной массы) до 10100 лет (для самых массивных черных дыр).

Черная дыра

Это означает, что некоторая темная материя выйдет из черных дыр, но будет полностью отличаться от того объема темной материи, которая попала в черную дыру изначально. У всех черных дыр есть память о вещах, которые в нее попали, в виде небольшого набора квантовых чисел, а это количество темной материи в них не входит (помните, она не обладает всеми квантовыми характеристиками?). На выходе будет совсем не то, что было на входе.

Таким образом, темная материя является еще одним источником пищи для черных дыр, и далеко не самым лучшим. Более того, это совсем неинтересный источник пищи. Он не оказывает практически никакого влияния на черные дыры.

Как темная материя взаимодействует с черными дырами?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

32 комментария

  1. hihinews

    Мда.. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. Warlav

    Что-то даже читать не хочется. Нет прямых доказательств существования "чёрных дыр", даже косвенных доказательств существования "тёмной материи". А горе "учёные" уже знают, как они будут взаимодействовать. Равносильно детям, спорящим о том, кто сильнее: тёмные эльфы или орки. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Scronheim

      Что значит нету прямых доказательств существования черных дыр? Вы откуда такой выпали?

      • Beeplan

        Вы видели черную дыру вживую? Или на картинках? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

        • agnostik

          Когда человек находится в жопе он может видеть только свет в конце тоннеля не осознавая реального места своего прибывания!) черные дыры можно увидеть по взаимодействию с окружающими их объектами!

          • Warlav

            Откуда вы такие берётесь, безмозглые люди? Почему вы никогда не думаете своей головой, а всё пытаетесь объяснить чьими-то словами? Кто-то сказал, что "вон те искривления происходят из-за неких чёрных дыр", и вы повторяете. Потому что вы не способны ни на что, кроме повторения за другими. Зато строите из себя самых умных. Да все эти гипотезы я тоже знаю. Но они для меня так и остаются гипотезами, пока не доказаны на 100%.
            А кто знает, что это за искривления? И уж точно никто и никогда не видел ни одной "чёрной дыры".
            Кстати, даже научно доказано, что большинство людей на 99% повторяет чужие слова, фразы и мысли. Вы - не исключение. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

        • static_method

          А-ха-ха, а ты электрон, вирус, ДНК, любую планету кроме Земли видел в живую или на картинках? Ты даже собственный мозг в живую не видел, так что да, скорее всего, этого всего вышеперечисленного не существует, а на счет последнего я даже уверен :D

  3. Warlav

    А ещё я не понимаю, почему, если убрать весь вакуум между частицами всех людей (то есть, сжать всё население Земли до шарика, выдавив весь вакуум наружу, и обрушив частицы друг на друга, заставив их соприкасаться друг с другом), то получится шарик, размером с теннисный, а если сжать всю Вселенную, то она влезет в некую "сингулярность", которую не будет видно даже в микроскоп? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Ric_Ross

      Полагаю, что человечество, сжатое до теннисного шарика предполагается из не распавшегося в бесконечную сингулярность вещества. Ну то есть как нейтронная звезда - плотность вещества адовая, но все же вполне конкретная - это нейтроны и они сжаты в шар размером примерно с Землю. А сингулярность - это уход в распад распадов, распадаются нейтроны, ядра, кварки... Все, до самых основ и бесконечно вовнутрь. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. Sam777

    Не оказывает никакого воздействия, потому что это просто мысленная конструкция, этакий современный "эфир", призванный объяснить лишнюю массу во Вселенной.
    Думаю, разгадка намного проще - все дело в измерении скорости разбегания галактик и смещении света. Скорее всего мы просто ещё не знаем каких-то свойств света и что он (возможно) может менять скорость. И таким образом, скорость разбегания будет совсем не такой как мы думаем сейчас и лишней массы не будет во Вселенной и эта конструкция-костыль "тёмная материя" не понадобиться в будущем. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. Аноним

    Если во вселенной столько материи, то как всё это могло возникнуть из бесконечно малой точки во время большого взрыва? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • allexxic

      Примерно так. Масштаб для точки во время взрыва больше в бесконечное (возможно конечное связанное со скоростью света) раз. Да и точка та явно не в 3х мерном пространстве.

  6. Fernando Navarro

    Взаимодействие Сварога с Одином.

  7. 223231

    На самом деле все проще. Не существует никакого пространства, все находится в одной бесконечно малой точке. Пространство, это фукция от времени, нам это известно. Гравитация искажает ход времени, это тоже известно. С расстоянием гравитационная сила затухает. При этом энергия-производное массы, или наоборот. Теперь представим,что существует сингулярность, с огромной энергией, следовательно массой. Масса порождает огромную гравитацию, градиент которой создает искажение времени. Время начинает течь с разной скоростью, по удалению от центра масс. Так как пространство-фукция времени, появляется иллюзия пространства, начинает разворачиваться наша вселенная. Получается, что вселенной как таковой не существует, мы все находимся в одной точке, бесконечно малой, а все остальное иллюзия, поражденная градиентом гравитации. Мы разделены пространством лишь условно, ведь его не существует.

  8. 223231

    И никакого большого взрыва небыло, это нам кажется так, по тому что мы думаем-пространство настоящее. И вселенная не расширяется, это тоже иллюзия, вызванная тем что энергия сингулярности в которой мы живем, непрерывно растет.

  9. 223231

    Таким образом, не существует прошлого и будущего. Движение из прошлого в будущее, это движение от края к центру масс, по тому что в центре время идет намного медленнее, чем по краям. То есть все, вообще все и прошлое и будущее и все что мы видим и мы сами, существует в одной, бесконечно малой точке и одновременно.

    • Sam777

      Здесь нужна небольшая корректировка - касательно стрелы времени. Почему время идёт вперёд, а не назад (хотя возможно и так и так)? Опять же все дело в наблюдателе. Добавьте в Ваши идеи рольнаблюдателя. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  10. 223231

    То есть мы можем жить внутри черной дыры, которая находится в нашей же вселенной. Мы одновременно видим ее снаружи и живем внутри.

  11. 223231

    Сам

    • black_hole

      интересно, и доказательства у вас есть?

      • 223231

        Все это следует из тех законов физики, что уже открыты. А именно: гравитация влияет на течение времени, масса связана с энергией через скорость света, пространство является функцией времени (для обьекта движущегося со скоростью света, время преодоления любого расстояния=0), скорость света является максимальной для обьектов с массой =0 и недостижимой для обьектов с массой больше 0, гравитационная сила затухает с расстоянием. Я не придумал ничего нового, интерпретировал известные законы и все.

    • Sam777

      Вообще-то, молодой человек, я (и не только я) высказывал схожие мысли на этом же форуме ранее. А до нас множество ученых и философов. Так что не приписывайте себе все авторские права :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  12. ElkTheSenior

    Сингулярность конечна, ибо если бы она была бесконечна, - то чёрная дыра мгновенно разрослась бы до уровня самой вселенной.

    Я согласен с товарищем "223231", что прошлого и будущего, по сути - не существует. И, частично с остальными предположениями, на основе существующих теорий... Бесконечно малая точка ? Замени слово "бесконечность" - статичностью. Так размышлять будет гораздо проще.

    • Sam777

      Так в этом и суть - наша Вселенная по сути в чёрной дыре, потому что и там и там сингулярность (см. определение в интернете). Не исключено, что новые чёрные дыры рождают свои Вселенные. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  13. demon_sl

    Полная ахинея ! Не соглашусь ни когда ни с Хокингом ни с Хигсом, рожают теории без доказательств как кошки котят! Сначала ! Ответе на вопрос что такое гравитация, бездельники, почему форма земли и других планет круглая, откуда магнитное поле ;) а не исключения придумывать для теорий! А вот потом уже сделаем гипотезу о другом. Умники то же мне. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  14. demon_sl

    И еще, уже провели эксперимент с гравитационным волнами, и даже если мы попадем в зону черной дыры, где из далека видно, как пространство буд-то бы засасывается в дыру :) мы этого даже не заметим - искажение пространства заметны только на очень больших расстояниях! Находясь близко это можно лишь рассчитать. Время то же меняется относительно. Это не значит что вы 1000 лет проживете но оказаться в будущем легко, мы все и так движемся в него только медленно. А с прошлым сложнее... Увидеть его можно, но находясь очень далеко и чем дальше тем глубже в прошлое, а вот попасть в него практически не возможно даже в гипотетически. Если не превратится в электромагнитную волну и повлиять на будущее из прошлого то же нельзя увы. Это уже выдумки хоть и прикольные. И честно говоря меня больше интересуют не сказки этих клоунов а двигатели создающие искаженное пространство - я видел их в действии почему это скрывают !? Все эти лопастные турбо реактивные, ионные - каменный век.. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.