Čierne diery sú možno najviac neopísateľnými objektmi vo vesmíre: koncentrácia takej hmoty, ktorá sa zrúti, ako vyplýva zo všeobecnej teórie relativity, do singularity v strede. Atómy, jadrá a dokonca aj základné častice sú stlačené do nekonečne malého bodu v našom trojrozmernom priestore. Všetko, čo spadne do čiernej diery, je odsúdené zostať v nej až do konca času, zachyteného jej gravitáciou, ktorú nedokáže opustiť ani svetlo. Aký je osud temnej hmoty, keď narazí na čiernu dieru?
Bude to nasaté do singularity ako normálna hmota a prispeje to k hmote čiernej diery? Ak je to tak, čo sa stane, keď sa čierna diera vplyvom Hawkingovho žiarenia odparí?
Mali by sme začať tým, čo sú čierne diery.
Tu na Zemi, ak chcete niečo vyslať do vesmíru, musíte prekonať gravitačné pôsobenie Zeme. Pre našu planétu je takzvaná úniková rýchlosť asi 11,2 km / s, dá sa vyvinúť pomocou dostatočne výkonnej rakety. Keby sme boli na povrchu Slnka, úniková rýchlosť by bola oveľa vyššia, 55-krát: 617,5 km / s. Keď naše Slnko zomrie, zmenší sa na bieleho trpaslíka, ktorý bude mať veľkosť Zeme, ale bude mať polovicu hmotnosti súčasného Slnka. Na ňom bude úniková rýchlosť asi 4570 km / s, čo je asi 1,5% rýchlosti svetla.
Je to dôležité, pretože sústredíte čoraz viac hmoty do konkrétnej oblasti vesmíru a úniková rýchlosť tohto objektu sa čoraz viac blíži rýchlosti svetla. Akonáhle vaša úniková rýchlosť na povrchu objektu dosiahne alebo prekročí rýchlosť svetla, nielen svetlo ho už nebude môcť opustiť - pokiaľ dnes chápeme hmotu, energiu, priestor a čas - celý tento objekt sa zrúti do jedinečnosti. Dôvod je jednoduchý: všetky základné sily, vrátane síl, ktoré držia spolu atómy, protóny alebo dokonca kvarky, nemôžu cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Preto, ak ste v určitom bode od centrálnej singularity a snažíte sa udržať vzdialený objekt pred gravitačným kolapsom, nemôžete; kolaps je nevyhnutný. A všetko, čo potrebujete na prekonanie tejto bariéry, je hviezda o 20 - 40 hmotnejšia ako Slnko.
Propagačné video:
Keď jeho jadru dôjde palivo, centrum exploduje vlastnou gravitáciou a vytvorí katastrofickú supernovu, ktorá vyhodí do povetria a zničí vonkajšie vrstvy, ale v strede ponechá čiernu dieru. Takéto čierne diery časom rastú, absorbujú všetku hmotu a energiu, ktoré sa dostanú príliš blízko. Aj keď sa pohybujete rýchlosťou svetla, môžete sa do nej dostať a nikdy neopustiť horizont udalostí. Kvôli zakriveniu samotného priestoru vo vnútri čiernej diery tiež nevyhnutne upadnete do pozoruhodnosti v strede. Keď sa to stane, jednoducho pridáte energiu do čiernej diery.
Vonku nemôžeme povedať, z čoho pôvodne čierna diera pozostávala - protóny, elektróny, neutróny, tmavá hmota alebo všeobecne antihmota. Existujú iba tri vlastnosti (zatiaľ), ktoré môžeme pozorovať o čiernej diere zvonku: jej hmotnosť, elektrický náboj a jej moment hybnosti, miera rotačného pohybu. Tmavá hmota, pokiaľ vieme, nemá elektrický náboj, ako aj ďalšie kvantové charakteristiky (farebný náboj, baryónové číslo, leptónové číslo atď.), Ktoré sa na základe informačného paradoxu čiernej diery môžu, ale nemusia zachovať alebo zničiť.
Kvôli tomu, ako sa čierne diery vytvárajú (z výbuchov supermasívnych hviezd) pri ich prvom vzniku, sú čierne diery 100% pravidelnou (baryonickou) hmotou a 0% tmavou hmotou. Nezabudnite, že tmavá hmota interaguje iba gravitačne, na rozdiel od bežnej hmoty, ktorá interaguje prostredníctvom gravitačných síl, slabých, elektromagnetických a silných interakcií. Áno, veľké galaxie a ich zhluky majú päťkrát viac temnej hmoty ako bežná hmota, ale zhromažďuje sa do jednej veľkej svätožiary. V typickej galaxii sa táto halo temnej hmoty rozširuje niekoľko miliónov svetelných rokov sféricky do všetkých smerov, zatiaľ čo bežná hmota je koncentrovaná na disku, ktorý zaberá 0,01% objemu tmavej hmoty.
Čierne diery majú tendenciu sa formovať vo vnútri galaxií, kde obyčajná hmota úplne dominuje temnej hmote. Predstavte si oblasť vesmíru, v ktorej sa nachádzame: okolo nášho slnka. Ak nakreslíme guľu 100 AU. e. (a.u. je vzdialenosť od Zeme k Slnku) okolo našej slnečnej sústavy, uzavrieme všetky planéty, mesiace, asteroidy a celý Kuiperov pás, ale baryonická hmota - obyčajná hmota - uzavretá v našej sfére bude väčšinou zastúpená Slniečko a váži asi 2 x 1030 kg. Na druhej strane bude celkové množstvo tmavej hmoty v tej istej sfére iba 1 x 1019 kg alebo 0,0000000005% hmotnosti bežnej hmoty v tej istej oblasti, čo sa rovná hmotnosti skromného asteroidu veľkosti Juno, ktorý má asi 200 kilometrov.
S touto čiernou dierou sa časom zrazí tmavá hmota a bežná hmota, absorbuje sa a pridá sa na jej hmotnosti. Väčšina hromadného rastu bude pochádzať z obyčajnej hmoty, nie z tmavej hmoty, ale v určitom okamihu, o mnoho kvadriliónov rokov do budúcnosti, bude rýchlosť úniku čiernej diery konečne vyššia ako rýchlosť rastu čiernej diery. Hawkingov radiačný proces spôsobí, že častice a fotóny opustia horizont udalostí čiernej diery, čím šetria všetku energiu, náboj a moment hybnosti vnútra čiernej diery. Tento proces bude trvať od 1067 rokov (pre čiernu dieru so solárnou hmotou) do 10 100 rokov (pre najmasívnejšie čierne diery).
To znamená, že nejaká tmavá hmota vyjde z čiernych dier, ale bude sa úplne líšiť od objemu tmavej hmoty, ktorý pôvodne vstúpil do čiernej diery. Všetky čierne diery majú pamäť vecí, ktoré sa do nej dostali, vo forme malej množiny kvantových čísel a toto množstvo tmavej hmoty v nich nie je zahrnuté (pamätajte, že nemá všetky kvantové charakteristiky?). Výstup bude úplne iný ako vstup.
Tmavá hmota je teda ďalším zdrojom potravy pre čierne diery a zďaleka nie najlepšou. Navyše je to úplne nezaujímavý zdroj potravy. Má malý alebo žiadny vplyv na čierne diery.
ILYA KHEL