Apakah lubang hitam diharapkan mengandung rasio materi gelap yang sama dengan materi biasa seperti seluruh alam semesta?

Apakah lubang hitam diharapkan mengandung rasio materi gelap yang sama dengan materi biasa seperti seluruh alam semesta? Saya pernah mendengar bahwa materi gelap didistribusikan dalam lingkaran cahaya di sekitar galaksi. Apakah itu membuatnya kecil kemungkinan tertelan ke dalam lubang hitam?

black-hole dark-matter joseph.hainline
sumber

Mungkin tidak, karena materi biasa membentuk disk akresi yang rapi dan materi gelap (setahu saya) tidak. Bimasakti adalah 88% materi gelap tetapi tata surya adalah 99.999999999% materi biasa. Satu rumpun, yang lain tidak. Tapi, saya akan membiarkan seseorang yang lebih pintar dari saya menjawab ini dengan referensi ke ilmuwan atau perkiraan ilmiah yang sebenarnya. Saya akan menambahkan bahwa mungkin ada beberapa ketidakpastian pada lubang hitam purba dan berapa banyak materi gelap masuk ke dalam formasi mereka. Lubang hitam Stellar pada dasarnya terdiri dari semua materi biasa

userLTK

@ penggunaLTK Saya mungkin memodifikasi komentar Anda untuk membaca "semua efek yang diamati saat ini menunjukkan bahwa darkmatter terdistribusi secara seragam" dan seterusnya, hanya untuk menekankan bahwa sekarang kita tahu benar-benar jongkok tentang materi gelap.

Carl Witthoft

Tapi kami pikir lubang hitam BISA menyimpan materi gelap, benar? Materi gelap masih dipengaruhi oleh gravitasi, jika tidak ada yang lain, kan?

joseph.hainline

@CarlWitthoft - itu poin yang bagus. Mungkin itu adalah komentar yang buruk karena itu adalah jawaban, tetapi saya berharap seseorang yang lebih pintar daripada saya akan memberikan jawaban resmi maka saya akan menghapus komentar. Dan, Jospeh - ya, kemungkinan materi gelap dimakan oleh dan tidak bisa lepas dari lubang hitam tetapi sampai kita tahu apa itu, saya tidak berpikir ada yang bisa mengatakan dengan pasti. Materi gelap dipengaruhi oleh gravitasi,

userLTK

Jawaban:

(Jawaban singkat: Tidak, gulir ke titik terakhir.)

Tidak relevan bagi pengamat eksternal apakah materi yang jatuh ke dalam lubang hitam adalah materi gelap atau baryonik, oleh teorema tanpa rambut. Satu-satunya properti lubang hitam dari sudut pandang kami adalah massa, muatan listrik, dan momentum sudut. (Tapi tentu saja kita tidak mengerti gravitasi kuantum.)
Dari sudut pandang materi yang telah jatuh ke dalam lubang hitam, tidak ada yang istimewa terjadi ketika melintasi cakrawala peristiwa. Ini berarti bahwa materi gelap tetap gelap dan materi baryonic tetap baryonic jika dilihat dari dalam lubang hitam.
Ada beberapa kontroversi tentang seberapa banyak materi gelap ada di alam semesta. Artikel terakhir ini , misalnya, menunjukkan secara abstrak bahwa pemodelan kurva rotasi galaksi yang lebih akurat dapat menghilangkan persentase besar materi gelap non-baryonic yang diharapkan. (Catat seperti @pela ditunjukkan dalam komentar, bahwa makalah penulis ini belum ditinjau oleh rekan sejawat dan dapat dicurigai.) Jelas, jumlah materi gelap di alam semesta akan sangat mempengaruhi jawaban pertanyaan. Saya harus mencatat bahwa kontroversi ini sebagian besar terdiri dari sejumlah kecil ilmuwan vokal yang muncul secara tidak proporsional di media. Mengikuti bagian-bagian utama sains berita, saya mendapat kesan bahwa kematian materi gelap tampaknya diumumkan sebulan sekali atau lebih.
Pembentukan lubang hitam supermasif kurang dipahami. Salah satu hipotesis adalah bahwa mereka dapat terbentuk dengan penggabungan lubang hitam masal bintang secara berurutan. Karena baru-baru ini ada pengamatan gelombang gravitasi dari merger tersebut , dan sebagai kandidat untuk lubang hitam massa menengah juga telah diamati baru-baru ini , saya akan mengasumsikan di sini bahwa ini adalah bagaimana mereka membentuk dan bahwa lubang hitam supermasif karena itu dibuat dari barang yang kira-kira sama dengan lubang hitam massal bintang.
Lubang hitam kehilangan sebagian besar massa mereka selama proses pembentukan. Penting untuk selalu mengingat apakah kita berbicara tentang massa inti bintang yang runtuh untuk membentuk lubang hitam (ini sering merupakan "massa" lubang hitam yang disebut ketika berbicara tentang misalnya ukuran minimum hitam lubang yang dapat terbentuk dari keruntuhan inti) atau massa lubang hitam seperti yang terlihat oleh pengamat yang jauh setelah supernova.
Partikel-partikel materi gelap tidak dapat kehilangan banyak energi orbital dengan berinteraksi dengan materi lain atau oleh radiasi, oleh karena itu akan tetap berada di orbit di sekitar lubang hitam daripada jatuh, kecuali mereka terjadi secara kebetulan karena menabraknya di dekat horizon peristiwa. Makalah ini menunjukkan bahwa lubang hitam supermasif tersimulasi berasal tidak lebih dari sekitar 10% dari massa mereka dari materi gelap.

Namun, harus dikatakan bahwa beberapa ilmuwan mencurigai bahwa materi gelap dibuat dari lubang hitam purba di tempat pertama. Ada juga teori MACHO ( Massive Compact Halo Objects ), bahwa materi gelap terdiri dari benda-benda padat besar seperti lubang hitam, tetapi diyakini oleh sebagian besar teori ini bahwa tidak dapat menjelaskan materi gelap di alam semesta.

pengguna25972
sumber

Hanya sebuah poin kecil, tetapi "terjadi secara kebetulan untuk memukul persegi", sementara secara umum benar, mungkin tidak 100% benar. Semua partikel masif yang terbang di dalam 3 jari-jari ditakdirkan untuk jatuh ke dalam lubang hitam kecuali jika kekuatan luar bertindak atas mereka. Mereka tidak harus menekan langsung hanya dalam 3 jari-jari atau 2 jari-jari dari cakrawala peristiwa. (Saya pikir ini 3x, kadang-kadang saya membaca 1,5x). Materi gelap harus diatur oleh efek relativistik, sehingga ada wilayah tangkapan di luar horizon peristiwa bahkan jika materi gelap tidak kehilangan energi orbital apa pun karena tabrakan.

userLTK

Jawaban yang bagus, tapi makalah pertama yang Anda tautkan (Xiaochun & Kuan 2009) saya agak curiga. Itu adalah non-referensi, seperti semua surat kabar Xiaochun lainnya. Tapi sejauh yang saya bisa lihat dari menjelajahinya dengan sangat cepat, sebenarnya tampaknya secara kasar mengkonfirmasi rasio materi gelap-baryonik yang diterima. Saya tidak berpikir ada banyak kontroversi tentang jumlah DM (kecuali Anda seorang MONDer). Juga, perhatikan bahwa komentar terakhir Anda adalah tentang black hole primordial , yaitu apa pun yang mereka buat adalah bagian yang dapat diabaikan dari BH dewasa. Tapi mungkin itu yang Anda maksud dengan "di tempat pertama". Pokoknya, +1.

pela

Juga, untuk sedikit memperluas komentar @ userLTK: Radii 1,5 Schwarzschild ( ) adalah "bola foton", di mana semua benda yang masuk akan berputar ke dalam lubang hitam (mereka masih bisa melarikan diri sebelum mencapai 1) jika aktif "berusaha"; misal lampu senter yang melintasi akan berputar, tetapi masih bisa menyinari cahaya dari BH yang bisa melarikan diri). The adalah "terdalam stabil orbit", di dalam yang merupakan gangguan sewenang-wenang kecil akan menyebabkan objek untuk spiral di.

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

Saya setuju sepenuhnya dengan @userLTK. Dengan menekan "lubang di" lubang hitam, saya tidak bermaksud merujuk pada memukul cakrawala peristiwa secara tepat, melainkan saya maksudkan itu dilihat dari jauh; bahwa ada daerah target kecil di dekat pusat yang harus mereka pukul. Saya akan mencoba membuat jawabannya sedikit lebih jelas.

user25972

@pela Terima kasih atas umpan balik Anda pada kertas Xiaochun & Kuan. Saya harus mengakui bahwa saya tidak memeriksanya dengan cukup detail. Saya juga akan memperbarui jawaban berdasarkan umpan balik Anda.

user25972

Materi gelap (dianggap) dalam lingkaran cahaya yang meluas ke pusat galaksi dan di luar sebagian besar materi normal di galaksi (gas, bintang, debu). Jadi lubang hitam di dalam galaksi bisa dan tidak diragukan lagi akan menelan beberapa materi gelap. Namun:

Lubang hitam bermassa bintang terbentuk dari keruntuhan inti bintang masif. Karena bintang hampir seluruhnya merupakan materi biasa, sisa-sisa BH yang awalnya terbentuk itu sendiri akan dibuat hampir seluruhnya dari materi biasa. BHs seperti itu kemudian dapat tumbuh dengan mengumpulkan gas (misalnya, dari bintang biner dekat), dalam hal ini mereka mendapatkan massa dalam bentuk materi biasa. Pasti akan ada beberapa materi gelap yang ditelan oleh BH karena mengorbit di dalam galaksi induknya - seperti halnya BH akan menelan debu antarbintang, misalnya. Tapi itu masih akan terbentuk dari masalah biasa.

Lubang hitam supermasif di pusat galaksi mungkin akan bermula dari semacam keruntuhan awal-semesta dari awan gas atau bintang yang sangat masif, yang lagi-lagi sebagian besar merupakan materi biasa. Pertumbuhan selanjutnya dari BH supermasif terutama berasal dari gas antarbintang yang mengumpankan disk akresi di sekitar BH, ditambah bintang sesekali yang berkeliaran terlalu dekat - jadi sekali lagi sebagian besar materi reguler yang jatuh di lubang hitam. (Daerah pusat galaksi memang memiliki beberapa materi gelap, tetapi mereka didominasi oleh materi biasa. Ditambah lagi, materi reguler dalam bentuk awan gas dapat dengan mudah kehilangan energi melalui tabrakan awan-awan dan tenggelam ke pusat galaksi, di mana itu bisa memberi makan BH supermasif; materi gelap tidak bisa melakukan ini.)

(Tentu saja, seperti yang ditunjukkan oleh pengguna25972, itu sebagian besar tidak relevan bagi orang luar seperti kita masalah apa yang terjadi dalam membuat BH. Sebuah lubang hitam yang terbentuk dari materi gelap akan berperilaku identik dengan yang terbentuk dari materi biasa.)

Peter Erwin
sumber

Apakah kita tahu mengapa ketika galaksi terbentuk materi gelap tidak terdistribusi serupa dengan materi biasa? Kenapa ada di luar sana di lingkaran cahaya? Bukankah seharusnya gravitasi menariknya seperti materi normal ke rumpun dan bintang, dll?

joseph.hainline

Materi biasa dalam bentuk misalnya awan gas dapat bertabrakan dan kehilangan energi dan momentum sudut, sehingga gas akan berakhir pada orbit yang lebih kecil lebih dekat ke pusat galaksi (proto-). Awan gas juga didukung terhadap gravitasi-diri oleh tekanan internal, yang tergantung pada (antara lain) suhu; karena gas dapat mendingin oleh radiasi, awan gas dapat berakhir dengan tekanan yang lebih rendah dan karenanya runtuh untuk membentuk rumpun dan bintang.

Peter Erwin

Jadi jawabannya adalah: materi gelap dan materi biasa dimulai dengan distribusi yang sama (dan runtuh untuk membentuk lingkaran cahaya di alam semesta awal); tetapi materi biasa dalam bentuk gas dapat kehilangan energi orbital dan karenanya runtuh lebih lanjut dalam cara materi gelap tidak bisa.

Peter Erwin