Có phải các lỗ đen dự kiến ​​sẽ chứa cùng một tỷ lệ vật chất tối so với vật chất thông thường như phần còn lại của vũ trụ?

Có phải các lỗ đen dự kiến ​​sẽ chứa cùng một tỷ lệ vật chất tối so với vật chất thông thường như phần còn lại của vũ trụ? Tôi đã nghe nói rằng vật chất tối được phân phối trong halos quanh các thiên hà. Điều đó có làm cho nó ít có khả năng bị ăn sâu vào một lỗ đen?

(Câu trả lời ngắn: Không, cuộn đến điểm cuối cùng.)

• Nó không liên quan đến một nhà quan sát bên ngoài cho dù vật chất rơi vào lỗ đen là vật chất tối hay baryonic, bởi định lý không có tóc. Các tính chất duy nhất của lỗ đen theo quan điểm của chúng tôi là khối lượng, điện tích và động lượng góc. (Nhưng tất nhiên chúng ta không hiểu lực hấp dẫn lượng tử.)
• Từ quan điểm của vật chất rơi vào lỗ đen, không có gì đặc biệt xảy ra khi băng qua chân trời sự kiện. Điều này có nghĩa là vật chất tối vẫn ở trong bóng tối và vật chất baryonic vẫn tồn tại khi nhìn từ bên trong lỗ đen.
• Có một số tranh cãi về việc có bao nhiêu vật chất tối tồn tại trong vũ trụ. Bài báo gần đây , ví dụ, chỉ ra trong bản tóm tắt rằng mô hình chính xác hơn về các đường cong xoay thiên hà có thể loại bỏ một tỷ lệ lớn vật chất tối không phải baryonic dự kiến. (Lưu ý như @pela đã chỉ ra trong các bình luận, rằng các bài viết của tác giả này chưa được xem xét ngang hàng và có thể bị nghi ngờ.) Rõ ràng, lượng vật chất tối trong vũ trụ sẽ ảnh hưởng lớn đến câu trả lời của câu hỏi. Tôi nên lưu ý rằng tranh cãi chủ yếu bao gồm một số ít các nhà khoa học thanh nhạc xuất hiện không tương xứng trên các phương tiện truyền thông. Theo các mục khoa học tin tức chính thống, tôi có ấn tượng rằng cái chết của vật chất tối dường như được công bố mỗi tháng một lần hoặc lâu hơn.
• Sự hình thành của các lỗ đen siêu lớn chưa được hiểu rõ. Một giả thuyết cho rằng chúng có thể hình thành bằng cách sáp nhập liên tiếp các lỗ đen khối sao. Vì gần đây đã có các quan sát sóng hấp dẫn của các vụ sáp nhập đó và vì các ứng cử viên cho các lỗ đen khối lượng trung gian cũng đã được quan sát gần đây , tôi sẽ giả sử ở đây rằng đây là cách chúng hình thành và do đó các lỗ đen siêu lớn được tạo ra từ những thứ tương tự như lỗ đen khối sao.
• Lỗ đen mất phần lớn khối lượng của chúng trong quá trình hình thành. Điều quan trọng là luôn luôn ghi nhớ liệu chúng ta đang nói về khối lượng của lõi sao đã sụp đổ để tạo thành lỗ đen (đây thường là "khối lượng" của lỗ đen được nhắc đến khi nói về ví dụ: kích thước tối thiểu màu đen lỗ có thể hình thành từ sự sụp đổ lõi) hoặc khối lượng của lỗ đen mà một người quan sát ở xa nhìn thấy sau siêu tân tinh.
• Các hạt vật chất tối không thể mất nhiều năng lượng quỹ đạo bằng cách tương tác với vật chất khác cũng như bức xạ, do đó sẽ vẫn ở trên quỹ đạo quanh một lỗ đen thay vì rơi vào, trừ khi chúng không có khả năng chạm vào nó gần chân trời sự kiện. Bài viết này chỉ ra rằng các lỗ đen siêu lớn mô phỏng lấy được không quá 10% khối lượng của chúng từ vật chất tối.

Tuy nhiên, phải nói rằng một số nhà khoa học nghi ngờ rằng vật chất tối được tạo ra từ các lỗ đen nguyên thủy ngay từ đầu. Ngoài ra còn có lý thuyết về MACHO ( Massive Compact Halo Object ), rằng vật chất tối bao gồm các vật thể nhỏ gọn như lỗ đen, nhưng hầu hết người ta tin rằng lý thuyết này không thể giải thích được vật chất tối trong vũ trụ.

Vật chất tối là (được cho là) ​​trong halos kéo dài cả đến trung tâm của các thiên hà và bên ngoài hầu hết các vật chất bình thường trong các thiên hà (khí, sao, bụi). Vì vậy, một lỗ đen bên trong một thiên hà có thể và chắc chắn sẽ ăn một số vật chất tối. Tuy nhiên:

Các lỗ đen khối lượng lớn hình thành từ sự sụp đổ lõi của một ngôi sao lớn. Vì các ngôi sao gần như hoàn toàn là vật chất thông thường, phần còn lại của BH được hình thành ban đầu sẽ được tạo ra gần như hoàn toàn từ vật chất thông thường. Những BH như vậy sau này có thể phát triển bằng cách tích tụ khí (ví dụ, từ một ngôi sao đồng hành nhị phân gần gũi), trong trường hợp chúng tăng khối lượng dưới dạng vật chất thông thường. Chắc chắn sẽ có một số vật chất tối bị BH nuốt chửng khi nó quay quanh thiên hà mẹ của nó - giống như BH sẽ nuốt một số bụi liên sao, chẳng hạn. Nhưng nó vẫn sẽ được hình thành quá mức từ vật chất thông thường.

Các lỗ đen siêu lớn ở các trung tâm thiên hà có thể sẽ bắt đầu từ một dạng sụp đổ vũ trụ đầu tiên của một đám mây khí hoặc ngôi sao rất lớn, một lần nữa sẽ trở thành vấn đề thường xuyên. Sự tăng trưởng sau đó của các BH siêu lớn chủ yếu đến từ khí đốt giữa các vì sao cung cấp một đĩa bồi tụ xung quanh BH, cộng với ngôi sao thỉnh thoảng đi lang thang quá gần - vì vậy một lần nữa, đó lại là vật chất thường xuyên rơi vào lỗ đen. (Vùng trung tâm của các thiên hà làm có một số vật chất tối, nhưng họ đang bị chi phối bởi vật chất thông thường. Thêm vào đó, vấn đề thường xuyên trong các hình thức của đám mây khí có thể năng lượng dễ dàng mất qua va chạm đám mây điện toán đám mây và bồn rửa đến trung tâm của thiên hà, nơi nó có thể nuôi một BH siêu lớn, vật chất tối không thể làm được điều này.)

(Tất nhiên, như user25972 điểm ra, nó chủ yếu liên quan đến người ngoài như chúng ta những gì loại vật chất đi vào thực hiện một BH. Một lỗ đen hình thành từ vật chất tối sẽ hành xử y hệt một hình thành ra của vật chất thông thường.)