Crne rupe su možda najneopisiviji objekti u svemiru: koncentracija takve mase koja se urušava, kako slijedi iz opće relativnosti, do singularnosti u središtu. Atomi, jezgre, pa čak i osnovne čestice stisnute su u beskonačno malu točku u našem trodimenzionalnom prostoru. Sve što padne u crnu rupu osuđeno je da u njoj ostane do kraja vremena, zarobljeno njezinom gravitacijom, koju ni svjetlost ne može napustiti. Kakva je sudbina tamne materije kada naiđe na crnu rupu?
Hoće li biti usisan u singularnost poput normalne materije i pridonijeti masi crne rupe? Ako je tako, kad crna rupa ispari uslijed Hawkingova zračenja, što će se dogoditi s tamnom materijom?
Trebali bismo početi s onim što su crne rupe.
Ovdje na Zemlji, ako želite poslati nešto u svemir, morate prevladati gravitacijsko privlačenje Zemlje. Za naš planet, takozvana brzina bijega je oko 11,2 km / s, može se razviti pomoću dovoljno snažne rakete. Da smo na površini Sunca, brzina bijega bila bi mnogo veća, 55 puta: 617,5 km / s. Kad naše Sunce umre, smanjit će se na bijelog patuljka, koji će biti veličine Zemlje, ali bit će upola manji od mase trenutnog Sunca. Na njemu će brzina bijega biti oko 4570 km / s, što je oko 1,5% brzine svjetlosti.
To je važno jer koncentrirate sve više i više mase u određenom prostoru prostora, a brzina bijega za taj objekt sve je bliža i bliža brzini svjetlosti. A čim vaša brzina bijega na površini predmeta dosegne ili premaši brzinu svjetlosti, ne samo da je više neće moći napustiti svjetlost - koliko danas razumijemo materiju, energiju, prostor i vrijeme - cijeli će se ovaj objekt srušiti u singularnost. Razlog je jednostavan: sve temeljne sile, uključujući sile koje zajedno drže atome, protone ili čak kvarkove, ne mogu putovati brže od brzine svjetlosti. Stoga, ako se nalazite u određenoj točki središnje singularnosti i pokušavate zadržati udaljeni objekt od gravitacijskog kolapsa, ne možete; kolaps je neizbježan. A za prevladavanje ove barijere potrebna je samo zvijezda 20-40 masivnija od Sunca.
Promotivni video:
Kad njegovoj jezgri ponestane goriva, središte će eksplodirati pod vlastitom gravitacijom, stvarajući katastrofalnu supernovu, napuhavajući i uništavajući vanjske slojeve, ali ostavljajući crnu rupu u središtu. Takve crne rupe rastu s vremenom, upijajući svu materiju i energiju koja se previše približi. Čak i krećući se brzinom svjetlosti, možete ući u nju i nikada ne napuštati horizont događaja. Zbog zakrivljenosti samog prostora unutar crne rupe, također ćete neizbježno pasti u singularnost u središtu. Kada se to dogodi, jednostavno dodate energiju crnoj rupi.
Vani ne možemo reći od čega se crna rupa prvotno sastojala - protona, elektrona, neutrona, tamne tvari ili antimaterije uopće. Postoje samo tri svojstva (do sada) koja možemo promatrati oko crne rupe izvana: njezina masa, električni naboj i kutni moment, mjera rotacijskog gibanja. Tamna tvar, koliko nam je poznato, nema električni naboj, kao ni druge kvantne karakteristike (naboj boje, barionski broj, leptonski broj itd.), Koja se mogu, a možda i ne moraju sačuvati, ili uništiti, na temelju informacijskog paradoksa crne rupe.
Zbog toga kako crne rupe nastaju (od eksplozija supermasivnih zvijezda) kad se prvi put formiraju, crne rupe su 100% pravilna (barionska) tvar i 0% tamna tvar. Ne zaboravite da tamna tvar djeluje samo gravitacijski, za razliku od obične tvari koja djeluje kroz gravitacijske sile, slabe, elektromagnetske i jake interakcije. Da, velike galaksije i njihova jata imaju pet puta više tamne materije od obične materije, ali ona se okuplja u jedan veliki halo. U tipičnoj galaksiji taj se halo tamne tvari proteže nekoliko milijuna svjetlosnih godina, sferno, u svim smjerovima, dok je obična tvar koncentrirana u disku koji zauzima 0,01% volumena tamne tvari.
Crne galame imaju tendenciju stvaranja unutar galaksije, gdje obična tvar u potpunosti prevladava nad tamnom tvari. Zamislite područje svemira u kojem se nalazimo: oko našeg sunca. Ako nacrtamo kuglu na 100 AU. e. (a.u. je udaljenost od Zemlje do Sunca) oko našeg Sunčevog sustava, zatvorit ćemo sve planete, mjesece, asteroide i cijeli Kuiperov pojas, ali će barionska masa - obična tvar - zatvorena u našoj sferi biti uglavnom predstavljena Sunčanice i težine oko 2 x 1030 kg. S druge strane, ukupna količina tamne tvari u istoj sferi bit će samo 1 x 1019 kg, ili 0,0000000005% mase obične tvari u istoj regiji, što je jednako masi skromnog asteroida veličine Junone, čija je širina oko 200 kilometara.
S vremenom će se tamna tvar i obična tvar sudariti s ovom crnom rupom, upiti se i dodati joj masu. Većina masovnog rasta dolazit će od uobičajene tvari, a ne od tamne tvari, ali u jednom će trenutku, nakon mnogih kvadriliona godina, stopa propadanja crne rupe napokon nadmašiti stopu rasta crne rupe. Hawkingov proces zračenja uzrokovat će izlazak čestica i fotona iz horizonta događaja crne rupe, čuvajući svu energiju, naboj i kutni zamah u unutrašnjosti crne rupe. Taj će postupak trajati od 1067 godina (za crnu rupu sa solarnom masom) do 10100 godina (za najmasovnije crne rupe).
To znači da će neka tamna tvar izaći iz crnih rupa, ali će se potpuno razlikovati od volumena tamne tvari koja je u početku ušla u crnu rupu. Sve crne rupe imaju sjećanje na stvari koje su u nju ušle, u obliku malog skupa kvantnih brojeva, a ta količina tamne tvari nije uključena u njih (sjetite se, nema sve kvantne karakteristike?). Izlaz će se potpuno razlikovati od ulaza.
Stoga je tamna tvar drugi izvor hrane za crne rupe, i to daleko od najboljeg. Štoviše, potpuno je nezanimljiv izvor hrane. Ima malo ili nimalo utjecaja na crne rupe.
ILYA KHEL
