Os buracos negros são talvez os objetos mais indescritíveis do universo: a concentração de uma massa que colapsa, como decorre da relatividade geral, para uma singularidade no centro. Átomos, núcleos e até partículas fundamentais são comprimidos em um ponto infinitesimal em nosso espaço tridimensional. Tudo que cai em um buraco negro está condenado a permanecer nele até o fim dos tempos, capturado por sua gravidade, que nem mesmo a luz pode sair. Qual é o destino da matéria escura quando ela encontra um buraco negro?
Será sugado pela singularidade como matéria normal e contribuirá para a massa do buraco negro? Nesse caso, quando o buraco negro evaporar devido à radiação de Hawking, o que acontecerá com a matéria escura?
Devemos começar com o que são os buracos negros.
Aqui na Terra, se você quiser enviar algo para o espaço, você precisa superar a atração gravitacional da Terra. Para o nosso planeta, a chamada velocidade de escape é de cerca de 11,2 km / s, ela pode ser desenvolvida usando um foguete suficientemente poderoso. Se estivéssemos na superfície do Sol, a velocidade de escape seria muito maior, 55 vezes: 617,5 km / s. Quando nosso Sol morrer, ele encolherá e se transformará em uma anã branca, que terá o tamanho da Terra, mas terá metade da massa do Sol atual. Nele, a velocidade de escape será de cerca de 4.570 km / s, que é cerca de 1,5% da velocidade da luz.
Isso é importante porque você está concentrando mais e mais massa em uma determinada região do espaço, e a velocidade de escape desse objeto está cada vez mais se aproximando da velocidade da luz. E assim que sua velocidade de escape na superfície de um objeto atingir ou ultrapassar a velocidade da luz, não apenas a luz não será mais capaz de deixá-la - pelo que entendemos de matéria, energia, espaço e tempo hoje - todo esse objeto entrará em colapso em uma singularidade. A razão é simples: todas as forças fundamentais, incluindo as forças que mantêm átomos, prótons ou mesmo quarks juntos, não podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz. Portanto, se você está em um certo ponto da singularidade central e está tentando manter um objeto distante do colapso gravitacional, você não pode; o colapso é inevitável. E tudo que você precisa para superar essa barreira é uma estrela 20-40 mais massiva que o sol.
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Quando seu núcleo ficar sem combustível, o centro explodirá sob sua própria gravidade, criando uma supernova catastrófica, inflando e destruindo as camadas externas, mas deixando um buraco negro no centro. Esses buracos negros crescem com o tempo, absorvendo qualquer matéria e energia que chegue perto demais. Mesmo se movendo na velocidade da luz, você pode entrar nele e nunca sair do horizonte de eventos. Devido à curvatura do próprio espaço dentro do buraco negro, você também irá inevitavelmente cair em uma singularidade no centro. Quando isso acontece, você simplesmente adiciona energia ao buraco negro.
Do lado de fora, não podemos dizer em que consistia originalmente o buraco negro - prótons, elétrons, nêutrons, matéria escura ou antimatéria em geral. Existem apenas três propriedades (até agora) que podemos observar sobre um buraco negro de fora: sua massa, sua carga elétrica e seu momento angular, uma medida do movimento rotacional. A matéria escura, até onde sabemos, não possui carga elétrica, assim como outras características quânticas (carga de cor, número bárion, número leptônico etc.), que podem ou não ser preservadas, ou destruídas, com base no paradoxo informacional de um buraco negro.
Por causa de como os buracos negros se formam (a partir de explosões de estrelas supermassivas) quando se formam pela primeira vez, os buracos negros são 100% matéria regular (bariônica) e 0% matéria escura. Não se esqueça que a matéria escura interage apenas gravitacionalmente, ao contrário da matéria comum, que interage por meio de forças gravitacionais, interações fracas, eletromagnéticas e fortes. Sim, grandes galáxias e seus aglomerados têm cinco vezes mais matéria escura do que matéria comum, mas se reúne em um grande halo. Em uma galáxia típica, esse halo de matéria escura se estende por vários milhões de anos-luz, esfericamente, em todas as direções, enquanto a matéria comum está concentrada em um disco que ocupa 0,01% do volume da matéria escura.
Os buracos negros tendem a se formar dentro das galáxias, onde a matéria comum domina completamente a matéria escura. Imagine a região do espaço em que estamos: em torno do nosso sol. Se desenharmos uma esfera de 100 UA. e. (a.u. é a distância da Terra ao Sol) em torno de nosso sistema solar, incluiremos todos os planetas, luas, asteróides e todo o cinturão de Kuiper, mas a massa bariônica - matéria comum - encerrada em nossa esfera, será principalmente representada Brilho do sol e pesa cerca de 2 x 1030 kg. Por outro lado, a quantidade total de matéria escura na mesma esfera será de apenas 1 x 1019 kg, ou 0,0000000005% da massa da matéria comum na mesma região, igual à massa de um modesto asteróide do tamanho de Juno, com cerca de 200 quilômetros de diâmetro.
Com o tempo, a matéria escura e a matéria comum colidirão com esse buraco negro, serão absorvidas e aumentarão sua massa. A maior parte do crescimento em massa virá da matéria comum, não da matéria escura, mas em algum ponto, muitos quatrilhões de anos no futuro, a taxa de decaimento do buraco negro finalmente excederá a taxa de crescimento do buraco negro. O processo de radiação de Hawking fará com que partículas e fótons saiam do horizonte de eventos do buraco negro, conservando toda a energia, carga e momento angular do interior do buraco negro. Este processo levará de 1067 anos (para um buraco negro com massa solar) a 10100 anos (para os buracos negros mais massivos).
Isso significa que alguma matéria escura sairá dos buracos negros, mas será completamente diferente do volume de matéria escura que entrou no buraco negro inicialmente. Todos os buracos negros têm uma memória das coisas que entraram neles, na forma de um pequeno conjunto de números quânticos, e essa quantidade de matéria escura não está incluída neles (lembra, ela não tem todas as características quânticas?). A saída será completamente diferente da entrada.
Assim, a matéria escura é outra fonte de alimento para os buracos negros, e está longe de ser a melhor. Além disso, é uma fonte de alimento totalmente desinteressante. Tem pouco ou nenhum efeito nos buracos negros.
ILYA KHEL
