I buchi neri sono forse gli oggetti più indescrivibili dell'universo: la concentrazione di una massa tale da collassare, come segue dalla relatività generale, a una singolarità al centro. Atomi, nuclei e persino particelle fondamentali sono compressi in un punto infinitesimale nel nostro spazio tridimensionale. Tutto ciò che cade in un buco nero è destinato a rimanervi fino alla fine dei tempi, catturato dalla sua gravità, che nemmeno la luce può lasciare. Qual è il destino della materia oscura quando incontra un buco nero?
Verrà risucchiata nella singolarità come la materia normale e contribuirà alla massa del buco nero? In tal caso, quando il buco nero evapora a causa della radiazione di Hawking, cosa succederà alla materia oscura?
Dovremmo iniziare con cosa sono i buchi neri.
Qui sulla Terra, se vuoi inviare qualcosa nello spazio, devi superare l'attrazione gravitazionale della Terra. Per il nostro pianeta, la cosiddetta velocità di fuga è di circa 11,2 km / s, può essere sviluppata utilizzando un razzo sufficientemente potente. Se fossimo sulla superficie del Sole, la velocità di fuga sarebbe molto più alta, 55 volte: 617,5 km / s. Quando il nostro Sole morirà, si ridurrà a una nana bianca, che avrà le dimensioni della Terra, ma sarà la metà della massa del Sole attuale. Su di esso, la velocità di fuga sarà di circa 4570 km / s, che è circa l'1,5% della velocità della luce.
Questo è importante perché stai concentrando sempre più massa in una particolare regione dello spazio e la velocità di fuga di quell'oggetto si avvicina sempre di più alla velocità della luce. E non appena la tua velocità di fuga sulla superficie di un oggetto raggiunge o supera la velocità della luce, non solo la luce non sarà più in grado di abbandonarla - per quanto ne sappiamo oggi materia, energia, spazio e tempo - l'intero oggetto collasserà in una singolarità. Il motivo è semplice: tutte le forze fondamentali, comprese le forze che tengono insieme atomi, protoni o persino quark, non possono viaggiare più velocemente della velocità della luce. Pertanto, se ti trovi a un certo punto dalla singolarità centrale e stai cercando di mantenere un oggetto distante dal collasso gravitazionale, non puoi; il collasso è inevitabile. E tutto ciò di cui hai bisogno per superare questa barriera è una stella 20-40 più massiccia del Sole.
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Quando il suo nucleo esaurisce il carburante, il centro esploderà sotto la sua stessa gravità, creando una supernova catastrofica, gonfiando e distruggendo gli strati esterni, ma lasciando un buco nero al centro. Tali buchi neri crescono nel tempo, assorbendo qualsiasi materia ed energia che si avvicini troppo. Anche muovendoti alla velocità della luce, puoi entrarci e non lasciare mai l'orizzonte degli eventi. A causa della curvatura dello spazio stesso all'interno del buco nero, cadrai inevitabilmente anche in una singolarità al centro. Quando ciò accade, aggiungi semplicemente energia al buco nero.
All'esterno, non possiamo dire in cosa consistesse originariamente il buco nero: protoni, elettroni, neutroni, materia oscura o antimateria in generale. Ci sono solo tre proprietà (finora) che possiamo osservare su un buco nero dall'esterno: la sua massa, la sua carica elettrica e il suo momento angolare, una misura del movimento rotatorio. La materia oscura, per quanto ne sappiamo, non ha una carica elettrica, così come altre caratteristiche quantistiche (carica di colore, numero barionico, numero leptonico, ecc.), Che possono o meno essere preservate o distrutte, sulla base del paradosso informativo di un buco nero.
A causa di come si formano i buchi neri (dalle esplosioni di stelle supermassicce) quando si formano per la prima volta, i buchi neri sono materia al 100% regolare (barionica) e materia oscura allo 0%. Non dimenticare che la materia oscura interagisce solo gravitazionalmente, a differenza della materia ordinaria, che interagisce attraverso forze gravitazionali, interazioni deboli, elettromagnetiche e forti. Sì, le grandi galassie e i loro ammassi hanno cinque volte più materia oscura della materia ordinaria, ma si raccoglie in un grande alone. In una tipica galassia, questo alone di materia oscura si estende per diversi milioni di anni luce, sfericamente, in tutte le direzioni, mentre la materia ordinaria è concentrata in un disco che occupa lo 0,01% del volume della materia oscura.
I buchi neri tendono a formarsi all'interno delle galassie, dove la materia ordinaria domina completamente la materia oscura. Immagina la regione dello spazio in cui ci troviamo: intorno al nostro sole. Se disegniamo una sfera a 100 UA. e. (a.u. è la distanza dalla Terra al Sole) intorno al nostro sistema solare, racchiuderemo tutti i pianeti, lune, asteroidi e l'intera fascia di Kuiper, ma la massa barionica - materia ordinaria - racchiusa nella nostra sfera sarà per lo più rappresentata Sole e pesano circa 2 x 1030 kg. D'altra parte, la quantità totale di materia oscura in questa stessa sfera sarà solo 1 x 1019 kg, o 0,0000000005% della massa della materia ordinaria nella stessa regione, uguale alla massa di un modesto asteroide delle dimensioni di Giunone, di circa 200 chilometri di diametro.
Nel tempo, la materia oscura e la materia ordinaria entreranno in collisione con questo buco nero, verranno assorbite e si aggiungeranno alla sua massa. La maggior parte della crescita di massa proverrà dalla materia ordinaria, non dalla materia oscura, ma a un certo punto, molti quadrilioni di anni nel futuro, il tasso di decadimento del buco nero supererà finalmente il tasso di crescita del buco nero. Il processo di radiazione di Hawking farà sì che particelle e fotoni lascino l'orizzonte degli eventi del buco nero, conservando tutta l'energia, la carica e il momento angolare dell'interno del buco nero. Questo processo richiederà da 1067 anni (per un buco nero con massa solare) a 10100 anni (per i buchi neri più massicci).
Ciò significa che parte della materia oscura uscirà dai buchi neri, ma sarà completamente diversa dal volume di materia oscura che è entrata inizialmente nel buco nero. Tutti i buchi neri hanno una memoria delle cose che sono entrate in esso, sotto forma di un piccolo insieme di numeri quantici, e questa quantità di materia oscura non è inclusa in essi (ricorda, non ha tutte le caratteristiche quantistiche?). L'output sarà completamente diverso dall'input.
Pertanto, la materia oscura è un'altra fonte di cibo per i buchi neri, e tutt'altro che la migliore. Inoltre, è una fonte di cibo completamente poco interessante. Ha poco o nessun effetto sui buchi neri.
ILYA KHEL
