Czy czarne dziury powinny zawierać taki sam stosunek ciemnej materii do zwykłej materii jak reszta wszechświata?

Czy czarne dziury powinny zawierać taki sam stosunek ciemnej materii do zwykłej materii jak reszta wszechświata? Słyszałem, że ciemna materia rozmieszczona jest w aureolach wokół galaktyk. Czy to sprawia, że jest mniej prawdopodobne, że zostanie wchłonięty przez czarną dziurę?

black-hole dark-matter

— joseph.hainline
źródło

Prawdopodobnie nie, ponieważ regularna materia tworzy czysty dysk akrecyjny, a ciemna materia (o ile mi wiadomo) nie. Droga Mleczna to 88% ciemnej materii, ale układ słoneczny to 99,999999999999% zwykłej materii. Jeden zlepia się, drugi nie. Pozwolę jednak, by ktoś mądrzejszy ode mnie odpowiedział na to pytanie, odnosząc się do prawdziwego naukowego studium lub szacunku. Dodam, że pierwotne czarne dziury mogą być niepewne i ile ciemnej materii powstało w ich formacji. Gwiezdne czarne dziury składają się zasadniczo z całej regularnej materii

— userLTK

@userLTK Mógłbym zmodyfikować twój komentarz, aby czytał: „wszystkie obecne obserwowane efekty wskazują, że ciemna materia jest równomiernie rozłożona” i tak dalej, tylko po to, aby podkreślić, że w tej chwili wiemy o przysadce o ciemnej materii.

— Carl Witthoft

Ale uważamy, że czarne dziury MOGĄ pomieścić ciemną materię, prawda? Grawitacja wciąż wpływa na ciemną materię, jeśli nic innego nie jest w porządku?

— joseph.hainline

@CarlWitthoft - to dobry punkt. To i tak był prawdopodobnie zły komentarz, ponieważ jest odpowiedzią, ale miałem nadzieję, że ktoś mądrzejszy ode mnie udzieli oficjalnej odpowiedzi, a następnie usunę komentarz. I, Jospeh - tak, prawdopodobne jest, że ciemna materia zostanie zjedzona i nie będzie mogła uciec przed czarnymi dziurami, ale dopóki nie dowiemy się, co to jest, nie sądzę, aby ktokolwiek mógł powiedzieć z całą pewnością. Grawitacja wpływa na ciemną materię,

— userLTK

Odpowiedzi:

(Krótka odpowiedź: nie, przewiń do ostatniego punktu).

Dla zewnętrznego obserwatora nie ma znaczenia, czy materia, która wpadła do czarnej dziury, była ciemną materią, czy barionową, według twierdzenia o braku włosów. Z naszej perspektywy jedyne właściwości czarnej dziury to masa, ładunek elektryczny i pęd kątowy. (Ale oczywiście nie rozumiemy grawitacji kwantowej.)
Z punktu widzenia materii, która wpadła do czarnej dziury, nic specjalnego nie dzieje się po przekroczeniu horyzontu zdarzeń. Oznacza to, że ciemna materia pozostaje ciemna, a materia barionowa pozostaje barionowa, patrząc z wnętrza czarnej dziury.
Istnieją pewne kontrowersje dotyczące tego, ile ciemnej materii istnieje we wszechświecie. Ten ostatni artykuł , na przykład, wskazuje w sposób abstrakcyjny, że dokładniejsze modelowanie krzywych rotacji galaktycznej mogłoby wyeliminować duży procent oczekiwanej ciemaryny niebarionowej. (Należy zauważyć, jak @pela wskazał w komentarzach, że prace tego autora nie zostały poddane przeglądowi i mogą być podejrzane). Oczywiście ilość ciemnej materii we wszechświecie bardzo wpłynęłaby na odpowiedź na pytanie. Powinienem zauważyć, że kontrowersje w większości składają się z niewielkiej liczby wokalistów, którzy pojawiają się nieproporcjonalnie w mediach. Po sekcjach głównego nurtu nauki mam wrażenie, że śmierć ciemnej materii wydaje się zapowiadana raz na miesiąc.
Tworzenie supermasywnych czarnych dziur jest słabo poznane. Jedna hipoteza jest taka, że mogą one powstać przez kolejne łączenie czarnych dziur masy gwiazdowej. Ponieważ ostatnio obserwowano takie fale grawitacyjne takich połączeń , a jako że ostatnio obserwowano także kandydatów na czarne dziury o masie pośredniej , przyjmuję tutaj, że tak właśnie się tworzą i że supermasywne czarne dziury są zatem wykonane z mniej więcej tego samego materiału co gwiezdne czarne dziury.
Czarne dziury tracą większość swojej masy podczas procesu formowania. Ważne jest, aby zawsze pamiętać, czy mówimy o masie rdzenia gwiezdnego, która zapadła się, tworząc czarną dziurę (często jest to „masa” czarnej dziury, o której mówi się np. O minimalnej wielkości czerni dziura, która może powstać po zapadnięciu się rdzenia) lub masa czarnej dziury widziana przez odległego obserwatora po supernowej.
Cząstki ciemnej materii nie mogą stracić dużo energii orbitalnej poprzez interakcję z inną materią ani przez promieniowanie, dlatego pozostaną na orbicie wokół czarnej dziury, zamiast wpaść, chyba że zdarzają się z mało prawdopodobną szansą trafienia jej w pobliże horyzontu zdarzeń. Ten artykuł wskazuje, że symulowane supermasywne czarne dziury czerpią nie więcej niż około 10% ich masy z ciemnej materii.

Trzeba jednak powiedzieć, że niektórzy naukowcy podejrzewają, że ciemna materia składa się przede wszystkim z pierwotnych czarnych dziur. Istnieje również teoria MACHO ( Massive Compact Halo Objects ), że ciemna materia składa się z dużych zwartych ciał, takich jak czarne dziury, ale większość uważa, że ta teoria nie wyjaśnia ciemnej materii we wszechświecie.

— użytkownik25972
źródło

Tylko mały punkt, ale „zdarza się, że trafiasz prosto”, choć ogólnie poprawne, prawdopodobnie nie jest w 100% prawidłowe. Wszystkie masywne cząstki, które lecą w promieniu 3 promieni, są przeznaczone do wpadnięcia do czarnej dziury, chyba że działa na nich siła zewnętrzna. Nie muszą uderzać bezpośrednio w promieniu 3 lub 2 promieni od horyzontu zdarzenia. (Myślę, że to 3x, czasami czytam 1,5x). Ciemna materia powinna podlegać efektom relatywistycznym, więc poza horyzontem zdarzeń znajduje się obszar przechwytywania, nawet jeśli ciemna materia nie straci żadnej energii orbitalnej w wyniku zderzenia.

— userLTK

Dobra odpowiedź, ale pierwszy artykuł, do którego linkujesz (Xiaochun i Kuan 2009), jestem nieco podejrzliwy. Nie jest recenzowany, podobnie jak wszystkie inne dokumenty Xiaochun. Ale o ile widzę po bardzo szybkim przeglądaniu, wydaje się, że w przybliżeniu potwierdza zaakceptowany stosunek materii ciemnej do barionowej. Nie sądzę, żeby było dużo kontrowersji co do ilości DM (chyba że jesteś MONDerem). Zauważ też, że twój ostatni komentarz dotyczy pierwotnych czarnych dziur, tzn. Wszystko, z czego są wykonane, jest nieistotną częścią dorosłego BH. Ale może właśnie to rozumiesz przez „na pierwszym miejscu”. W każdym razie +1.

— pela

Ponadto, aby nieco rozwinąć komentarz @ userLTK: Promienie 1,5 Schwarzschilda ( ) to „sfera fotonowa”, w której wszystkie przychodzące obiekty będą spiralnie przechodzić w czarną dziurę (mogą jeszcze uciec, zanim osiągną 1 jeśli aktywnie "próbuje"; np. Latarka przekraczająca spiralnie, ale nadal może świecić na zewnątrz z BH, która może uciec). W jest to „najbardziej wewnętrzną orbicie stałej”, wewnątrz których dowolnie małe zaburzenie powoduje obiektu do spirali.

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

1.5 R_{S}

$1.5R_\mathrm{S}$

3 R_{S}

$3R_\mathrm{S}$

— jako stała

Zgadzam się absolutnie z @userLTK. Uderzając w czarną dziurę „kwadratem”, nie zamierzałem odwoływać się do trafiania dokładnie w horyzont zdarzeń, raczej zamierzałem widzieć go z daleka; że w pobliżu centrum znajduje się mały region docelowy, który muszą trafić. Spróbuję wyjaśnić odpowiedź nieco bardziej.

— user25972,

@pela Dziękujemy za opinię na temat papieru Xiaochun i Kuan. Muszę przyznać, że nie sprawdziłem tego wystarczająco szczegółowo. Zaktualizuję również odpowiedź na podstawie Twojej opinii.

— user25972,

Ciemna materia jest (jak się uważa) w aureolach, które rozciągają się zarówno do centrów galaktyk, jak i poza większością normalnej materii w galaktykach (gaz, gwiazdy, pył). Zatem czarna dziura w galaktyce mogłaby i bez wątpienia połknie jakąś ciemną materię. Jednak:

Czarne dziury o masie gwiazdowej powstają w wyniku zapadnięcia się jądra masywnej gwiazdy. Ponieważ gwiazdy są prawie w całości z regularnej materii, pierwotnie utworzona pozostałość BH byłaby zbudowana prawie całkowicie z regularnej materii. Takie BH mogą później rosnąć przez akrecję gazu (np. Z bliskiej podwójnej gwiazdy towarzyszącej), w którym to przypadku zyskują masę w postaci regularnej materii. Nieuchronnie pojawi się jakaś ciemna materia pochłonięta przez BH krążącą w jej macierzystej galaktyce - tak jak na przykład BH połknie pył międzygwiezdny. Ale nadal byłby w przeważającej mierze utworzony z normalnej materii.

Supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk prawdopodobnie rozpoczęłyby się od pewnego rodzaju zapaści wczesnego wszechświata chmury gazowej lub bardzo masywnej gwiazdy, która ponownie byłaby w większości regularną materią. Późniejszy wzrost supermasywnych BH pochodzi głównie z gazu międzygwiezdnego zasilającego dysk akrecyjny wokół BH, a także sporadycznej gwiazdy, która wędruje zbyt blisko - więc po raz kolejny jest to głównie zwykła materia, która spada do czarnej dziury. (Centralnych regionach galaktyki zrobić jakieś ciemne sprawy, ale są one zdominowane przez regularne materii. Dodatkowo, regularne materię w postaci chmury gazu może łatwo stracić energii poprzez chmura chmura kolizji i opadają na centrum galaktyki, gdzie może karmić supermasywny BH; ciemna materia nie może tego zrobić.)

(Oczywiście, jak wskazuje użytkownik 25972, dla osób postronnych, takich jak my, nie ma większego znaczenia, jaki rodzaj materii tworzy BH. Czarna dziura utworzona z ciemnej materii zachowywałaby się identycznie jak ta utworzona z regularnej materii.)

— Peter Erwin
źródło

Czy wiemy, dlaczego podczas powstawania galaktyki ciemna materia nie rozkładała się podobnie jak zwykła materia? Dlaczego jest tam w aureolach? Czy grawitacja nie powinna wciągać jej jak zwykłej materii w grudki i gwiazdy itp.?

— joseph.hainline

Regularna materia w postaci np. Chmur gazowych może zderzać się i tracić energię i moment pędu, tak że gaz znajdzie się na mniejszych orbitach bliższych centrum (proto) galaktyki. Chmury gazowe są również wspierane przeciwko grawitacji przez ciśnienie wewnętrzne, które zależy (między innymi) od temperatury; ponieważ gaz może ochłodzić się przez promieniowanie, chmury gazu mogą skończyć się niższym ciśnieniem, a zatem zapaść się, tworząc grudki i gwiazdy.

— Peter Erwin,

Odpowiedź w pewnym sensie brzmi: ciemna materia i zwykła materia zaczęły się z podobnymi rozkładami (i zapadły się tworząc halo we wczesnym wszechświecie); ale regularna materia w postaci gazu może utracić energię orbitalną, a tym samym zapaść się dalej w sposób, w jaki ciemna materia nie może tego zrobić.

— Peter Erwin,