Ci si aspetta che i buchi neri contengano lo stesso rapporto tra materia oscura e materia normale rispetto al resto dell'universo?

Ci si aspetta che i buchi neri contengano lo stesso rapporto tra materia oscura e materia normale rispetto al resto dell'universo? Ho sentito che la materia oscura è distribuita negli aloni attorno alle galassie. Ciò rende meno probabile che venga ingerito in un buco nero?

black-hole dark-matter

— joseph.hainline
fonte

Probabilmente no, perché la materia normale forma un disco di accrescimento pulito e la materia oscura (per quanto ne sappia) no. La Via Lattea è composta per l'88% di materia oscura, ma il sistema solare è per il 99,999999999% di materia normale. Uno ciuffi, l'altro no. Ma lascerò che qualcuno più intelligente di me risponda a questo con un riferimento a un vero stallone o stima scientifica. Aggiungerò che potrebbe esserci qualche incertezza sui buchi neri primordiali e su quanta materia oscura è entrata nella loro formazione. I buchi neri stellari sono costituiti essenzialmente da tutta la materia normale

— userLTK

@userLTK Potrei modificare il tuo commento per leggere "tutti gli effetti attualmente osservati indicano che la materia oscura è distribuita in modo uniforme" e così via, solo per sottolineare che in questo momento sappiamo che la materia oscura è completamente occupata.

— Carl Witthoft,

Ma pensiamo che i buchi neri possano contenere la materia oscura, giusto? La materia oscura è ancora influenzata dalla gravità, se non altro giusto?

— joseph.hainline,

@CarlWitthoft - questo è un buon punto. Probabilmente è stato comunque un brutto commento perché è una risposta, ma speravo che qualcuno più intelligente di me avrebbe dato una risposta ufficiale, quindi eliminerò il commento. E, Jospeh - sì, è probabile che la materia oscura venga mangiata e non possa sfuggire ai buchi neri ma fino a quando non sappiamo cosa sia, non penso che nessuno possa dirlo con certezza. La materia oscura è influenzata dalla gravità,

— userLTK

Risposte:

(Risposta breve: No, scorrere fino all'ultimo punto.)

È irrilevante per un osservatore esterno se la materia caduta nel buco nero fosse materia oscura o barionica, dal teorema del non pelo. Le uniche proprietà di un buco nero dal nostro punto di vista sono la massa, la carica elettrica e il momento angolare. (Ma ovviamente non capiamo la gravità quantistica.)
Dal punto di vista della materia caduta nel buco nero, non accade nulla di speciale quando si attraversa l'orizzonte degli eventi. Ciò significa che la materia oscura rimane oscura e la materia barionica rimane barionica se vista dall'interno del buco nero.
C'è qualche controversia su quanta materia oscura esiste nell'universo. Questo recente articolo , ad esempio, indica in astratto che una modellazione più accurata delle curve di rotazione galattica potrebbe eliminare una grande percentuale della materia oscura non barionica prevista. (Nota come indicato da @pela nei commenti, che i lavori di questo autore non sono stati sottoposti a revisione paritaria e potrebbero essere sospetti.) Ovviamente, la quantità di materia oscura nell'universo influenzerebbe notevolmente la risposta alla domanda. Devo notare che la controversia è per lo più composta da un piccolo numero di scienziati vocali che appaiono sproporzionatamente nei media. Seguendo le principali sezioni di scienza delle notizie, ho l'impressione che la morte della materia oscura sembri essere annunciata una volta al mese.
La formazione di buchi neri supermassicci è capita male. Un'ipotesi è che possono formarsi dalla successiva fusione di buchi neri di massa stellare. Dato che recentemente sono state osservate osservazioni sulle onde gravitazionali di tali fusioni e che recentemente sono stati osservati anche candidati per i buchi neri di massa intermedia , assumerò qui che si formano così e che i buchi neri supermassicci sono quindi fatti all'incirca della stessa roba di buchi neri di massa stellare.
I buchi neri perdono gran parte della loro massa durante il processo di formazione. È importante tenere sempre presente se stiamo parlando della massa del nucleo stellare che è collassata per formare il buco nero (questa è spesso la "massa" di un buco nero a cui si fa riferimento quando si parla ad esempio della dimensione minima del nero buco che può formarsi dal collasso del nucleo) o la massa del buco nero vista da un osservatore distante dopo la supernova.
Le particelle di materia oscura non possono perdere molta energia orbitale interagendo con altra materia né per radiazione, quindi rimarranno in orbita attorno a un buco nero anziché cadere, a meno che non si verifichino con probabilità improbabile di colpirlo vicino all'orizzonte degli eventi. Questo documento indica che i buchi neri supermassicci simulati derivano non più di circa il 10% della loro massa dalla materia oscura.

Tuttavia, bisogna dire che alcuni scienziati sospettano che la materia oscura sia fatta di buchi neri primordiali in primo luogo. Esiste anche la teoria dei MACHO ( Massive Compact Halo Objects ), secondo cui la materia oscura è composta da grandi corpi compatti come i buchi neri, ma la maggior parte ritiene che questa teoria non possa spiegare la materia oscura nell'universo.

— user25972
fonte

Solo un piccolo punto, ma "capita per caso di centrare", sebbene generalmente corretto, probabilmente non è giusto al 100%. Tutte le particelle voluminose che volano all'interno di 3 raggi sono destinate a cadere nel buco nero a meno che una forza esterna non agisca su di esse. Non devono colpire direttamente entro 3 o 2 raggi dall'orizzonte degli eventi. (Penso che sia 3x, a volte leggo 1,5x). La materia oscura dovrebbe essere governata da effetti relativistici, quindi c'è una regione di cattura al di fuori dell'orizzonte degli eventi anche se la materia oscura non perde energia orbitale per collisione.

— userLTK

Bella risposta, ma il primo documento a cui ti colleghi (Xiaochun e Kuan 2009) sono un po 'sospettoso. Non è referenziato, come tutti gli altri documenti di Xiaochun. Ma per quanto posso vedere sfogliandolo molto velocemente, in realtà sembra confermare approssimativamente il rapporto materia oscura-barionica accettato. Non credo che ci siano molte controversie sulla quantità di DM (a meno che tu non sia un MONDer). Inoltre, nota che il tuo ultimo commento riguarda i buchi neri primordiali , vale a dire qualsiasi cosa siano fatti è una parte trascurabile del BH adulto. Ma forse è questo che intendi per "in primo luogo". Comunque, +1.

— pela,

Inoltre, per espandere un po 'il commento di @ userLTK: I raggi di Schwarzschild 1.5 ( ) è la "sfera del fotone", all'interno della quale tutti gli oggetti in arrivo si trasformeranno in spirale nel buco nero (potrebbero ancora scappare prima di raggiungere 1 se attivamente "cerca di"; ad esempio una torcia che attraversa entrerà in una spirale, ma potrebbe comunque illuminare la luce verso l'esterno del BH che potrebbe sfuggire). Il è l '"orbita più interna più stabile", all'interno della quale una perturbazione arbitrariamente piccola causerà la spirale dell'oggetto.

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

1.5 R_{S}

$1.5R_\mathrm{S}$

3 R_{S}

$3R_\mathrm{S}$

— pela,

Sono assolutamente d'accordo con @userLTK. Colpendo il buco nero "piazza su" non intendevo riferirmi esattamente al colpire l'orizzonte degli eventi, piuttosto lo intendevo visto da lontano; che c'è una piccola regione bersaglio vicino al centro che devono colpire. Proverò a rendere la risposta un po 'più chiara.

— user25972,

@pela Grazie per il tuo feedback sul documento di Xiaochun e Kuan. Devo ammettere di non averlo verificato in modo sufficientemente dettagliato. Aggiornerò anche la risposta in base al tuo feedback.

— user25972,

La materia oscura è (si pensa che sia) negli aloni che si estendono sia ai centri delle galassie sia all'esterno della maggior parte della materia normale nelle galassie (gas, stelle, polvere). Quindi un buco nero all'interno di una galassia potrebbe e indubbiamente ingerire della materia oscura. Tuttavia:

I buchi neri di massa stellare si formano dal collasso del nucleo di una stella massiccia. Dato che le stelle sono quasi interamente di materia regolare, il residuo di BH inizialmente formato sarebbe stato di per sé quasi interamente costituito da materia normale. Tali BH potrebbero successivamente crescere accumulando gas (ad esempio, da una stella compagna binaria vicina), nel qual caso stanno guadagnando massa sotto forma di materia regolare. Ci sarebbe inevitabilmente qualche materia oscura inghiottito dalla BH quanto orbitava nella sua galassia madre - proprio come la BH potrebbe ingoiare qualche polvere interstellare, per esempio. Ma sarebbe ancora formato in modo schiacciante da materia regolare.

I buchi neri supermassicci nei centri della galassia probabilmente inizierebbero da una sorta di collasso nell'universo primordiale di una nuvola di gas o di una stella molto massiccia, che sarebbe di nuovo una questione prevalentemente regolare. La successiva crescita di BH supermassicci viene principalmente dal gas interstellare che alimenta un disco di accrescimento attorno al BH, oltre alla stella occasionale che vaga troppo vicino, quindi ancora una volta è la materia per lo più normale che cade nel buco nero. (Le regioni centrali delle galassie fare avere un po 'la materia oscura, ma sono dominati dalla materia normale. Inoltre, la materia normale sotto forma di nubi di gas può facilmente perdere energia tramite collisioni cloud-cloud e lavabo al centro della galassia, dove potrebbe alimentare un BH supermassiccio; la materia oscura non può farlo.)

(Ovviamente, come sottolinea l'utente 25972, è in gran parte irrilevante per gli estranei come noi quale tipo di materia si trasformi in un BH. Un buco nero formato da materia oscura si comporterebbe in modo identico a uno formato da materia normale.)

— Peter Erwin
fonte

Sappiamo perché quando la galassia si è formata la materia oscura non è stata distribuita in modo simile alla materia normale? Perché è là fuori negli aloni? La gravità non dovrebbe trascinarla come materia normale in ammassi e stelle, ecc.?

— joseph.hainline,

La materia regolare sotto forma di nuvole di gas, ad esempio, può scontrarsi e perdere energia e momento angolare, in modo che il gas finisca su orbite più piccole più vicine al centro della (proto-) galassia. Le nuvole di gas sono anche supportate dall'auto-gravità dalla pressione interna, che dipende (tra l'altro) dalla temperatura; poiché il gas può raffreddarsi per radiazione, le nuvole di gas possono finire con una pressione più bassa e quindi collassare per formare ammassi e stelle.

— Peter Erwin,

Quindi la risposta in un certo senso è: la materia oscura e la materia regolare sono iniziate con distribuzioni simili (e sono crollate per formare aloni nell'universo primordiale); ma la materia regolare sotto forma di gas può perdere energia orbitale e quindi collassare ulteriormente come non può fare la materia oscura.

— Peter Erwin,