Mustad augud on võib-olla kõige kirjeldamatumad objektid universumis: sellise massi kontsentratsioon, mis see kokku kukub, tuleneb üldrelatiivsusteooriast kuni ainsuse keskmesse. Aatomid, tuumad ja isegi põhiosakesed surutakse meie kolmemõõtmelises ruumis lõpmatult väikeseks punktiks. Kõik, mis langeb musta auku, on määratud sinna jääma aegade lõpuni, haaratud selle raskusjõust, mida isegi valgus ei saa jätta. Milline on tumeaine saatus musta auku kohates?
Kas see imetakse ainulaadsusse nagu tavaline aine ja aitab kaasa musta augu massile? Kui jah, siis kui must auk aurustub Hawkingi kiirguse tõttu, mis saab tumeainest?
Alustada tuleks sellest, mis on mustad augud.
Siin Maal, kui soovite midagi kosmosesse saata, peate ületama Maa gravitatsioonilise tõmbe. Meie planeedi jaoks on nn põgenemiskiirus umbes 11,2 km / s, selle saab arendada piisavalt võimsa raketi abil. Kui oleksime Päikese pinnal, oleks põgenemiskiirus palju suurem, 55 korda: 617,5 km / s. Kui meie Päike sureb, kahaneb ta valgeks kääbuseks, mis on küll Maa suurune, kuid on pool praeguse Päikese massist. Sellel on põgenemiskiirus umbes 4570 km / s, mis on umbes 1,5% valguse kiirusest.
See on oluline, kuna kontsentreerite üha rohkem massi konkreetsesse ruumi piirkonda ja selle objekti põgenemiskiirus läheneb valguskiirusele üha lähemale. Ja niipea, kui teie põgenemiskiirus objekti pinnal jõuab või ületab valguse kiiruse, ei saa mitte ainult valgus enam sellest lahkuda - niipalju kui me täna mõistame ainet, energiat, ruumi ja aega - variseb kogu see objekt ainsusena. Põhjus on lihtne: kõik põhijõud, sealhulgas aatomeid, prootoneid või isegi kvarke koos hoidvad jõud, ei saa liikuda valguse kiirusest kiiremini. Seega, kui asute kesksest singulaarsusest teatud punktis ja proovite hoida kauget objekti gravitatsioonilise kokkuvarisemise eest, ei saa te seda teha; varing on paratamatu. Ja selle tõkke ületamiseks on vaja vaid Päikest 20–40 massiivsemat tähte.
Reklaamvideo:
Kui selle südamik kütus otsa saab, plahvatab keskus oma raskuse all, tekitades katastroofilise supernoova, täites ja hävitades välimised kihid, kuid jättes keskele musta augu. Sellised mustad augud kasvavad aja jooksul, neelates endasse kõik aine ja energia, mis liiga lähedale jõuab. Isegi valguskiirusel liikudes võite sellesse sattuda ja mitte kunagi sündmuse silmapiirilt lahkuda. Ruumi kõveruse tõttu musta augu sees langete paratamatult ka keskpunktis ainsuse hulka. Kui see juhtub, lisate mustale augule lihtsalt energiat.
Väljaspool ei saa me öelda, millest must auk algselt koosnes - prootonitest, elektronidest, neutronitest, tumeainest või antiainest üldiselt. On ainult kolm omadust (seni), mida võime jälgida musta augu kohta väljastpoolt: selle mass, elektrilaeng ja nurkkiirus, pöörlemisliikumise mõõt. Tumeainel pole teadaolevalt elektrilaengut, nagu ka muid kvantomadusi (värvilaeng, barüoni number, leptooni number jne), mis võivad musta augu infoparadoksi põhjal säilida või hävineda.
Selle tõttu, kuidas mustad augud tekivad (ülimassiivsete tähtede plahvatustest) nende esmakordsel tekkimisel, on mustad augud 100% korrapärane (barüoonne) aine ja 0% tumeaine. Ärge unustage, et tumeaine suhtleb erinevalt tavalisest ainest ainult gravitatsiooniliselt, mis toimib gravitatsioonijõudude, nõrkade, elektromagnetiliste ja tugevate koostoimete kaudu. Jah, suurtes galaktikates ja nende klastrites on tumeainet viis korda rohkem kui tavalises, kuid see koondub üheks suureks haloks. Tüüpilises galaktikas ulatub see tumeaine halo sfääriliselt igas suunas mitu miljonit valgusaastat, tavaline aine on aga koondunud kettale, mis hõivab 0,01% tumeaine mahust.
Mustad augud kipuvad tekkima galaktika sisse, kus tavaline aine on tumeaine suhtes täielikult ülekaalus. Kujutage ette kosmosepiirkonda, kus oleme: meie päikese ümber. Kui joonistada sfäär 100 AU. e. (a.u. on kaugus Maast Päikeseni) ümber meie päikesesüsteemi, sulgeme kõik planeedid, kuud, asteroidid ja kogu Kuiperi vöö, kuid meie sfääri suletud barüoonne mass - tavaline aine - on enamasti esindatud Päikesepaiste ja kaal umbes 2 x 1030 kg. Teisest küljest on tumeaine üldkogus selles samas sfääris ainult 1 x 1019 kg ehk 0,0000000005% sama piirkonna tavalise aine massist, mis võrdub umbes 200 kilomeetri kaugusel asuva tagasihoidliku Juno suuruse asteroidi massiga.
Aja jooksul põrkuvad tumeaine ja tavaline aine selle musta auguga kokku, neelduvad ja lisavad selle massile. Suurem osa massikasvust tuleb tavalisest ainest, mitte tumeainest, kuid ühel hetkel, palju kvadriljoneid aastaid hiljem, ületab musta augu lagunemiskiirus lõpuks musta augu kasvukiiruse. Hawkingi kiirgusprotsess põhjustab osakeste ja footonite väljumise musta augu sündmuste horisondist, säästes kogu musta augu sisemuse energiat, laengut ja nurkkiirust. See protsess võtab 1067 aastat (päikese massiga musta augu puhul) kuni 10100 aastat (kõige massilisemate mustade aukude puhul).
See tähendab, et osa tumeainet tuleb mustadest aukudest välja, kuid erineb algselt musta auku sisenenud tumeaine mahust. Kõigil mustadel aukudel on mälu asjadest, mis sinna sattusid, väikese kvantarvude hulga kujul ja seda tumeaine kogust ei ole nende hulgas (pidage meeles, et sellel pole kõiki kvantomadusi?). Väljund erineb sisendist täielikult.
Seega on tumeaine mustade aukude jaoks veel üks toiduallikas ja kaugeltki mitte parim. Pealegi on see täiesti ebahuvitav toiduallikas. See mõjutab musti auke vähe või üldse mitte.
ILYA KHEL
