Có thể có lỗ đen vật chất tối?

Vật chất tối có thể nén và hình thành các lỗ đen? Vì vật chất tối thậm chí còn phong phú hơn vật chất bình thường, nên một lỗ đen vật chất tối không phải là hiếm ... phải không?

Vấn đề với việc cố gắng tạo thành một lỗ đen với vật chất tối là vật chất tối chỉ có thể tương tác yếu (nếu có) với vật chất bình thường và chính nó, ngoại trừ trọng lực.

Điều này đặt ra một vấn đề. Để có được vật chất tối tập trung đủ để tạo thành lỗ đen đòi hỏi nó phải tăng năng lượng liên kết hấp dẫn (âm) mà không đồng thời tăng động năng bên trong của nó bằng cùng một lượng. Điều này đòi hỏi một số loại tương tác tiêu tan giữa vật chất tối và vật chất bình thường (hoặc chính nó).

Kịch bản sau đây sẽ làm rõ điều này. Giả sử chúng ta có một khối vật chất tối thu hút một khối vật chất tối khác. Khi hai người tiếp cận nhau, họ tăng tốc và có được động năng. Động năng thu được sẽ đủ chính xác để sau đó phân tách chúng đến một mức độ tương tự mà chúng bắt đầu, trừ khi một quá trình tiêu tan diễn ra.

Một ví dụ là giả sử rằng vật chất tối tương tác yếu với các hạt lớn (WIMP). WIMP được thu hút về phía trung tâm của các ngôi sao. Nếu các tương tác yếu xảy ra đủ thường xuyên thì có thể chúng sẽ tích lũy thành các ngôi sao, thay vì bắn xuyên qua bên kia.

Người ta đã đưa ra giả thuyết rằng các lỗ đen có thể được tạo ra như thế này gần trung tâm của một thiên hà, được gieo mầm bởi các ngôi sao neutron dày đặc. Mật độ của vật chất sao neutron, kết hợp với mật độ vật chất tối tăng cường gần các trung tâm thiên hà có thể dẫn đến sự tích tụ vật chất tối trong các sao neutron, dẫn đến sự hình thành các lỗ đen.

Khi một lỗ đen được hình thành thì bất kỳ vật chất tối nào đi vào chân trời sự kiện đều không thể xuất hiện bất kể động năng mà nó đạt được trong quá trình. Tuy nhiên, vẫn còn một vấn đề. Vật chất trên quỹ đạo quanh một lỗ đen có động lượng góc càng ít thì quỹ đạo càng gần. Để vượt qua bên trong chân trời sự kiện đòi hỏi vật chất tối phải mất động lượng góc. Vật chất bình thường thực hiện điều này thông qua một đĩa bồi tụ có thể vận chuyển động lượng góc ra ngoài bằng các mô men nhớt, cho phép vật chất tích tụ. Vật chất tối có độ nhớt gần như bằng không nên điều này không thể xảy ra.

Vì vậy, việc xây dựng một lỗ đen siêu lớn từ một hạt nhỏ hơn sẽ khó khăn, nhưng hình thành các lỗ đen nhỏ từ các sao neutron có thể dễ dàng hơn. Nó đã được đề xuất rằng việc thiếu các pulsar tương đối quan sát được đối với trung tâm Thiên hà của chúng ta có thể là do quá trình này.

Như Rob Jeffries đã chỉ ra, hình thành lỗ đen (BH) từ vật chất tối (DM) là không thể ( trừ khi có tương tác [giả thuyết] mà vật chất tối có thể mất năng lượng trốn tránh mọi phát hiện). Việc tích lũy DM vào BH hiện tại vẫn chưa thể xảy ra (vì DM không thể mất năng lượng dư thừa và động lượng góc dễ như khí), nhưng không phải là không thể và một phần nhỏ vật chất được tích lũy vào các BH siêu khối (SMBH) tại các trung tâm thiên hà có khả năng tối.

Tuy nhiên, một khi vật chất đã được tích lũy vào BH, thông tin về nguồn gốc của nó (vật chất tối hoặc baryonic) sẽ bị mất. Do đó, thật vô nghĩa khi nói về các lỗ đen vật chất tối : các lỗ đen không có bất kỳ tính chất nào vượt quá khối lượng, độ xoáy và điện tích của chúng ( định lý không có lông ).

Chính tài sản này làm các lỗ đen nguyên thủythú vị khi trở thành ứng cử viên cho vật chất tối, vì chúng sẽ không vi phạm các ràng buộc (ví dụ từ tổng hợp hạt nhân vụ nổ lớn ) về lượng vật chất baryonic. Tuy nhiên, AFAIK, các lỗ đen nguyên thủy không được ưa chuộng như các ứng cử viên DM (vì những lý do nằm ngoài phạm vi của câu trả lời này).

Lỗ đen là kết quả của khối lượng tập trung đến mức trọng lực không cho phép bất cứ thứ gì ra ngoài, kể cả ánh sáng. Chỉ về những điều duy nhất chúng ta biết về vật chất tối là nó có khối lượng và dường như chỉ tương tác với vật chất thông thường thông qua trọng lực. Vì chúng ta hoàn toàn không biết vật lý của vật chất tối, không thể nói quá trình nào có thể tập trung vật chất tối đủ để tạo thành lỗ đen, nhưng về mặt lý thuyết, lỗ đen có thể được hình thành từ vật chất tối, hoặc thậm chí cả vật chất thông thường và bóng tối vấn đề. Một số nhà lý thuyết [ chú thích ] thậm chí nghĩ rằng đó chính xác là những lỗ đen siêu lớn.

chú thích : Jeremiah P. Ostriker của Đại học Princeton, Collisional Dark Matter và Nguồn gốc của các lỗ đen khổng lồ và Zoltán Haiman của Đại học Columbia, Sự hình thành của các lỗ đen khổng lồ đầu tiên . Cũng thú vị, những bài báo này , từ năm 2011 đến nay, trích dẫn bài báo bán nguyệt của Ostriker.