Чи є зв’язок між темною матерією і чорними дірами?

0
220

Однією з найбільших загадок сучасної науки є темна матерія. Якщо ви не знайомі з цією темою, темна матерія і темна енергія являють собою дві «відсутніх частини» нашої Всесвіту. Вони необхідні, щоб пояснити геометрію космосу і загальна кількість спостережуваній матерії, що існує в космосі. Вони пояснюють великомасштабну структуру Всесвіту і спостерігається розширення нашого Всесвіту.

У нас є докази існування темної матерії, оскільки ми можемо спостерігати, як вона взаємодіє гравітаційно з видимою матерією і електромагнітним випромінюванням; за фактом ж ми ніколи її не бачили.

Завдяки ряду спостережень, ми знаємо, що темна матерія існує і що вона становить близько 26,8% від загальної густини енергії в спостережуваної Всесвіту… але ми поняття не маємо, що це таке. Тому ніщо не заважає вченим створювати цікаві гіпотези на тему складу темної матерії. Одна з найбільш цікавих включає всіма улюблені космологічні об’єкти — чорні діри.

Що ховається в чорних дірах?

Чорні діри — це самі масивні і потужні об’єкти у відомої нам Всесвіту. Вони настільки величезні і так сильно викривляють простір-час, що навіть світло не може покинути їх околиці. Оскільки світло не може покинути чорну діру, ці гігантські структури є воістину темними — ми просто не можемо побачити їх безпосередньо. І темна матерія, по суті, є великим скупченням речовини, яке ми не бачимо.

Можуть чорні діри відповісти на питання темної матерії? Не зовсім.

Ми вже знаємо, що чорні діри — найпотужніші об’єкти у відомої Всесвіту. Їх присутність говорить сама за себе. По-перше, з допомогою сили тяжіння. Ми можемо «бачити» чорні діри (або принаймні ефект, який видає їх присутність), вимірюючи вплив, який вони чинять на речовину навколо них.

Яскравим прикладом цього є надмасивні чорні діри, які живуть в центрі галактики. Дивлячись на центр, приміром, нашої галактики, ми бачимо, як прискорюються зірки навколо нього. Енн Мартін з Корнелльського університету зазначає, що єдине, що пояснить це прискорення, це надмасивна чорна діра. Мартін відзначає, що «використовуючи це рівняння, що описують орбіти таких зірок, ми можемо за фактом розрахувати масу чорної діри».

І це не єдиний спосіб виявлення чорної діри по гравітації. Як і всі масивні об’єкти, вони викривляють світ, змінюючи його напрям у міру руху через космос. Цей ефект відомий як «гравітаційне лінзування» і дозволяє нам спостерігати за чорними дірами.

По-друге, є аккреційний диск. Що це? Диск аккреції — це, по суті, жахливо гаряче кільце вогню, що оточує чорну діру. Утворюється воно тому, що матерія, що потрапляє в чорну діру, не падає прямо в яблучко, а закручується навколо неї по мірі наближення до краю (як у вирі). По мірі обертання матерія треться, з’являється тертя, а тертя виробляє багато тепла. Ця вогненна маса матерії нагрівається до сотень тисяч градусів.

Якщо чорна діра буде їсти, ми однозначно це побачимо.

Коротше кажучи, малоймовірно, що в космосі може залишитися непоміченою ціла орда чорних дір, оскільки ми можемо їх виявити і виявимо.

По-третє, ми знаємо, що темна матерія існує завдяки математичним викладкам того, як швидко матеріал в галактиці обертається відносно центру галактики (де розташована велика частина галактичного матеріалу). З цих графіків нам відомо, що темна матерія оточує галактики. Ми точно знаємо, що темна матерія — це не просто пара чорних дір в центрі міжгалактичного простору, оскільки галактики обертаються і еволюціонують з часом.

І ще одне…

Найцікавіше в темної матерії не те, що ми її не бачимо, а те, що темна матерія не складається з звичайного речовини, як звичайна барионная матерія. Тому-то ми її і не бачимо — баріони взаємодіють між собою через гравітацію, ядерні сили і електростатику. Ці взаємодії і дозволяють баріонної матерії (на кшталт зірок) випромінювати світло і не дають вашій руці пройти крізь стіл — частинки у вашій руці будуть електростатично відштовхуватися від частинок столу. Темна матерія, однак, взаємодіє лише гравітаційно. Тому ми спостерігаємо її ефекти в русі галактик і зірок, але не бачимо її безпосередньо; вона не випромінює і не абсорбує світло. Частинки темної матерії також можуть проходити через звичайну матерію майже повністю непоміченими, оскільки не взаємодіють електростатично, а значить, ми не зможемо доторкнутися її або відчути безпосередньо.

Таким чином, основні проблеми, пов’язані з допущенням зв’язку між чорними дірами і темної матерії, полягають у тому, що темна матерія може бути баріонної. Але це не так. Або що чорні діри — це дивні об’єкти, які будуть взаємодіяти із звичайною матерією не так, як інші космічні об’єкти (на кшталт зірок). Але це теж далеко від правди. Чорні діри — це просто масивні згустки звичайної звичної матерії.