อาจมีหลุมดำสสารมืดหรือไม่?

สสารมืดบีบอัดและก่อตัวเป็นหลุมดำได้หรือไม่? เนื่องจากสสารมืดนั้นมีมากมายมากกว่าสสารปกติหลุมดำสสารมืดจึงไม่ควรหายาก ... ใช่ไหม?

ปัญหาของการพยายามสร้างหลุมดำที่มีสสารมืดคือสสารมืดนั้นสามารถโต้ตอบได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น (ถ้าเป็นอย่างนั้น) กับสสารปกติและตัวมันเองนอกเหนือไปจากแรงดึงดูด

สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหา ในการที่จะได้สสารมืดที่เข้มข้นพอที่จะก่อตัวเป็นหลุมดำได้นั้นจะต้องเพิ่มพลังงานการจับความโน้มถ่วง (ลบ) โดยไม่เพิ่มพลังงานจลน์ภายในด้วยจำนวนเดียวกัน สิ่งนี้ต้องการการโต้ตอบแบบกระจายระหว่างสสารมืดและสสารปกติ (หรือตัวมันเอง)

สถานการณ์ต่อไปนี้ควรทำให้ชัดเจน สมมติว่าเรามีก้อนสสารมืดซึ่งดึงดูดแรงโน้มถ่วงของสสารมืดอีกก้อนหนึ่ง เมื่อทั้งสองเข้าหากันพวกมันจะเร่งและรับพลังงานจลน์ พลังงานจลน์ที่ได้รับจะเพียงพอแล้วจึงแยกพวกมันออกเป็นระดับเดียวกันกับที่พวกมันเริ่มต้นเว้นแต่จะมีกระบวนการสลายเกิดขึ้น

ตัวอย่างคือสมมติว่าสสารมืดนั้นมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคขนาดใหญ่อย่างอ่อนแอ (WIMPs) WIMPs ถูกดึงดูดด้วยแรงดึงดูดต่อศูนย์กลางของดวงดาว หากปฏิกิริยาที่อ่อนแอเกิดขึ้นบ่อยครั้งเพียงพอมันอาจเป็นไปได้ที่พวกมันจะสะสมอยู่ในดวงดาวแทนที่จะยิงทะลุออกไปอีกด้านหนึ่ง

มีการสันนิษฐานว่าหลุมดำสามารถสร้างเช่นนี้ได้ใกล้ใจกลางกาแล็กซี่โดยมีดาวนิวตรอนหนาแน่น ความหนาแน่นของสสารดาวนิวตรอนรวมกับความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นของสสารมืดใกล้ใจกลางกาแลคซีอาจส่งผลให้เกิดการสะสมสสารมืดในดาวนิวตรอนซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของหลุมดำ

เมื่อมีหลุมดำเกิดขึ้นสสารมืดใด ๆ ที่เข้าสู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่คำนึงถึงพลังงานจลน์ที่มันได้รับในกระบวนการ อย่างไรก็ตามยังมีปัญหาอยู่ วัสดุที่โคจรรอบหลุมดำนั้นมีโมเมนตัมเชิงมุมน้อยกว่า การผ่านเข้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ต้องใช้สสารมืดเพื่อลดโมเมนตัมเชิงมุม สสารปกติทำผ่านดิสก์สะสมมวลสารที่สามารถส่งโมเมนตัมเชิงมุมออกไปข้างนอกด้วยแรงบิดหนืดทำให้สสารเพิ่มขึ้น สสารมืดมีความหนืดเกือบเป็นศูนย์ดังนั้นจึงไม่เกิดขึ้น

ดังนั้นการสร้างหลุมดำมวลมหาศาลจากเมล็ดขนาดเล็กอาจเป็นเรื่องยาก แต่การสร้างหลุมดำขนาดเล็กจากดาวนิวตรอนอาจจะง่ายกว่า มันได้รับการเสนอว่าการขาดพัลซาร์ที่สัมพัทธ์ไปยังใจกลางกาแลคซีของเรานั้นอาจเนื่องมาจากกระบวนการนี้

ดังที่ Rob Jeffries กล่าวไว้การสร้างหลุมดำ (BH) จากสสารมืด (DM) นั้นเป็นไปไม่ได้ ( เว้นแต่จะมีปฏิสัมพันธ์ [สมมุติฐาน] ที่สสารมืดสามารถสูญเสียพลังงานที่ทำให้การตรวจจับทั้งหมดหายไป) เพิ่มทวี DM เป็น BH ที่มีอยู่ยังคงเป็นที่น่า (ตั้งแต่ DM ไม่สามารถสูญเสียพลังงานส่วนเกินและโมเมนตัมเชิงมุมได้อย่างง่ายดายเช่นก๊าซ) แต่ไม่ไปไม่ได้และเศษเล็ก ๆ ของเรื่องรับรู้เข้ามาใน BHS มวลมหาศาล (SMBHs) ที่ศูนย์กาแลคซีน่าจะมืด

อย่างไรก็ตามเมื่อสสารถูกทำให้กลายเป็น BH ข้อมูลเกี่ยวกับต้นกำเนิดของมัน (สสารมืดหรือแบริออน) จะหายไป ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะพูดถึงหลุมดำสสารมืด : หลุมดำไม่มีคุณสมบัติใด ๆ เลยนอกจากมวลการหมุนและการชาร์จ ( ทฤษฎีบทที่ไม่มีขน )

คุณสมบัตินี้ทำให้หลุมดำในยุคแรกน่าสนใจในฐานะผู้สมัครสสารมืดเนื่องจากพวกเขาจะไม่ละเมิดข้อ จำกัด (ตัวอย่างจากนิวคลีโอซินบิ๊กแบง ) เกี่ยวกับปริมาณของสสารแบริออน อย่างไรก็ตาม AFAIK หลุมดำในยุคแรกไม่ได้รับความนิยมในฐานะผู้สมัคร DM (ด้วยเหตุผลที่เกินขอบเขตของคำตอบนี้)

หลุมดำเป็นผลมาจากมวลที่มีความเข้มข้นสูงจนแรงโน้มถ่วงไม่ปล่อยอะไรรวมถึงแสง สิ่งเดียวที่เรารู้เกี่ยวกับสสารมืดคือมันมีมวลและดูเหมือนว่าจะโต้ตอบกับสสารปกติผ่านแรงโน้มถ่วงเท่านั้น เนื่องจากเราไม่รู้จักฟิสิกส์ของสสารมืดเลยมันเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่ากระบวนการใดที่จะรวมสสารมืดมากพอที่จะสร้างหลุมดำได้ แต่ในทางทฤษฎีแล้วหลุมดำอาจเกิดขึ้นจากสสารมืดหรือแม้แต่ทั้งสสารธรรมดาและมืด เรื่อง. นักทฤษฎีบางคน [ เชิงอรรถ ] ถึงแม้จะคิดว่าเป็นสิ่งที่หลุมดำขนาดใหญ่เป็นพิเศษ

เชิงอรรถ :ยิระมะยาพี. Ostriker แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน, Collageional Dark Matter และต้นกำเนิดของหลุมดำขนาดใหญ่ , และ Zoltan Haiman แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย,การก่อตัวของหลุมดำขนาดใหญ่แห่งแรก . ที่น่าสนใจอีกอย่างคือเอกสารเหล่านี้ตั้งแต่ปี 2011 ถึงปัจจุบันอ้างถึงเอกสารขั้นสุดท้ายของ Ostriker