Mungkinkah ada lubang hitam materi gelap?

Bisakah materi gelap dikompresi dan membentuk lubang hitam? Karena materi gelap bahkan lebih berlimpah daripada materi normal, lubang hitam materi gelap seharusnya tidak langka ... kan?

Masalah dengan mencoba membentuk lubang hitam dengan materi gelap adalah bahwa materi gelap hanya bisa berinteraksi lemah (jika sama sekali) dengan materi normal dan dirinya sendiri, selain oleh gravitasi.

Ini menimbulkan masalah. Untuk mendapatkan materi gelap yang cukup terkonsentrasi untuk membentuk black hole, ia memerlukannya untuk meningkatkan energi pengikat gravitasi (negatif) tanpa sekaligus meningkatkan energi kinetik internalnya dengan jumlah yang sama. Ini membutuhkan semacam interaksi disipatif antara materi gelap dan materi normal (atau dirinya sendiri).

Skenario berikut harus menjelaskan ini. Misalkan kita memiliki gumpalan materi gelap yang secara gravitasi menarik gumpalan materi gelap lainnya. Ketika keduanya saling mendekati, mereka mempercepat dan mendapatkan energi kinetik. Energi kinetik yang diperoleh akan cukup tepat untuk kemudian memisahkan mereka ke tingkat yang sama dengan yang mereka mulai, kecuali beberapa proses disipatif terjadi.

Contohnya adalah dengan menganggap bahwa materi gelap lemah berinteraksi partikel masif (WIMP). WIMP tertarik secara gravitasi ke pusat-pusat bintang. Jika interaksi lemah terjadi cukup sering maka mungkin mungkin bagi mereka untuk menumpuk di bintang, daripada menembak melalui dan keluar dari sisi lain.

Telah dihipotesiskan bahwa lubang hitam dapat dibuat seperti ini di dekat pusat galaksi, diunggulkan oleh bintang-bintang neutron padat. Kepadatan materi bintang neutron, dikombinasikan dengan peningkatan densitas materi gelap di dekat pusat galaksi dapat mengakibatkan akumulasi materi gelap di bintang-bintang neutron, yang mengarah pada pembentukan lubang hitam.

Setelah lubang hitam terbentuk maka materi gelap apa pun yang memasuki cakrawala peristiwa tidak dapat muncul terlepas dari energi kinetik apa yang diperolehnya dalam proses tersebut. Namun, masih ada masalah. Materi yang mengorbit di sekitar lubang hitam memiliki momentum sudut yang kurang semakin dekat dengan orbitnya. Untuk melintas di dalam cakrawala peristiwa membutuhkan materi gelap untuk kehilangan momentum sudut. Materi normal melakukan ini melalui cakram akresi yang dapat mengangkut momentum sudut ke luar oleh torsi kental, memungkinkan materi untuk bertambah. Materi gelap memiliki viskositas hampir nol sehingga ini tidak dapat terjadi.

Jadi membangun lubang hitam supermasif dari biji yang lebih kecil akan sulit, tetapi membentuk lubang hitam kecil dari bintang neutron mungkin lebih mudah. Telah diusulkan bahwa kurangnya relatif pulsar yang diamati terhadap pusat Galaksi kita sendiri mungkin disebabkan oleh proses ini.

Seperti yang ditunjukkan oleh Rob Jeffries, membentuk black hole (BH) dari dark matter (DM) tidak mungkin ( kecuali ada interaksi [hipotetis] dimana dark-matter dapat kehilangan energi yang menghindari semua deteksi). Mengkonversi DM menjadi BH yang ada ada masih tidak mungkin (karena DM tidak dapat kehilangan energi berlebih dan momentum sudutnya semudah gas), tetapi bukan tidak mungkin dan sebagian kecil dari materi yang terkumpul ke dalam BH supermasif (SMBH) di pusat galaksi cenderung gelap.

Namun, begitu materi bertambah menjadi BH, informasi tentang asal-usulnya (materi gelap atau baryonik) hilang. Oleh karena itu, tidak masuk akal untuk berbicara tentang lubang hitam materi gelap : lubang hitam tidak memiliki properti di luar massa, putaran, dan muatannya ( teorema tanpa rambut) ).

Sifat ini membuat black hole primordial menarik sebagai kandidat untuk materi gelap, karena mereka tidak akan melanggar batasan (misalnya dari big-bang nucleosynthesis ) tentang jumlah materi baryonic. Namun, AFAIK, black hole primordial tidak disukai sebagai kandidat DM (karena alasan di luar cakupan jawaban ini).

Lubang hitam adalah hasil dari massa yang sangat terkonsentrasi sehingga gravitasi tidak membiarkan apa pun keluar, termasuk cahaya. Satu-satunya hal yang kita ketahui tentang materi gelap adalah bahwa ia memiliki massa dan tampaknya hanya berinteraksi dengan materi biasa melalui gravitasi. Karena kita tidak mengetahui fisika materi gelap sama sekali, mustahil untuk mengatakan proses apa yang mungkin mengkonsentrasikan materi gelap cukup untuk membentuk lubang hitam, tetapi secara teoritis lubang hitam dapat dibentuk dari materi gelap, atau bahkan materi biasa dan gelap masalah. Beberapa ahli teori [ catatan kaki ] bahkan berpikir itulah yang persis seperti lubang hitam super-masif itu.

catatan kaki : Jeremiah P. Ostriker dari Universitas Princeton, Materi Gelap Collisional dan Asal Usul Lubang Hitam Besar , dan Zoltán Haiman dari Universitas Columbia, Pembentukan Lubang Hitam Besar Besar Pertama . Juga menarik, makalah-makalah ini , dari tahun 2011 hingga sekarang, mengutip makalah seminal Ostriker.