الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر الأشياء تطرفًا في الكون: تركيز الكتلة ضخم جدًا لدرجة أنه ينهار إلى التفرد في مركزه ، بالاتفاق التام مع النظرية النسبية العامة. يتم سحق الذرات والأنوية وحتى الجسيمات الأساسية إلى سمك صغير تعسفي في مساحتنا ثلاثية الأبعاد. في الوقت نفسه ، كل شيء يقع فيه محكوم عليه بعدم الظهور مرة أخرى أبدًا ، ولكن ببساطة لاستكمال جاذبيته الجاذبية. ماذا يعني هذا للمادة المظلمة؟ يسأل قارئنا:
كيف تتفاعل المادة المظلمة مع الثقوب السوداء؟ هل تمتصه في شكل تفرد ، مثل المادة العادية ، وهل يكمل كتلة الثقب الأسود؟ إذا كان الأمر كذلك ، ماذا يحدث لها بعد أن يتبخر ثقب أسود من خلال إشعاع هوكينج؟
سؤال ممتاز ، وعليك أن تبدأ بما هي الثقوب السوداء.
في بلدنا ، من أجل إرسال شيء ما إلى الفضاء ، من الضروري التغلب على جاذبية الأرض. على كوكبنا ، ما نسميه السرعة الفضائية الثانية هو 11.2 كم / ثانية ، ويمكن تحقيقه بمساعدة إطلاق صاروخ قوي. إذا كنا على سطح الشمس ، فستكون هذه السرعة أعلى بنحو 55 مرة ، أي ما يعادل 617.5 كم / ثانية. بعد الموت ، ستتقلص شمسنا إلى قزم أبيض ، تساوي كتلته تقريبًا 50٪ من الكتلة الحالية للشمس ، وحجمها هو حجم الأرض. في هذه الحالة ، ستصبح السرعة الكونية الثانية على سطحها مساوية لـ 4570 كم / ثانية ، أو 1.5٪ من سرعة الضوء.
سيريوس أ و ب ، نجم عادي مثل الشمس وقزم أبيض. على الرغم من أن القزم الأبيض أصغر بكثير في الكتلة ، إلا أن حجمه الأرضي الصغير يجعل السرعة الكونية الثانية أكبر بكثير.
هذا أمر مهم ، لأنه كلما زادت الكتلة التي تجمعها في قطعة واحدة من الفضاء ، كلما اقتربت من سرعة الضوء التي تحتاجها للهروب من هذا الكائن. وعندما تصل هذه السرعة على سطح الجسم إلى سرعة الضوء أو تتجاوزها ، عندها لا يقتصر الضوء على ما لا يستطيع الهروب ، بل إنه ملزم بالفعل - استنادًا إلى فهمنا للمادة والطاقة والمكان والزمان - ينهار كل شيء داخل الجسم إلى تفرد. والسبب بسيط: جميع التفاعلات الأساسية ، بما في ذلك القوى التي تحمل الذرات والبروتونات وحتى الكواركات ، لا يمكن أن تتحرك بشكل أسرع من الضوء. لذلك إذا كنت في مكان ما خارج نقطة التفرد وتحاول إبقاء الكائن بعيدًا قليلاً ضد انهيار الجاذبية ، فلن يأتي شيء منه ؛ الانهيار أمر لا مفر منه. وللتغلب على هذا القيد ، بالنسبة للمبتدئين ، تحتاج إلى نجم أكبر من 20-40 كتلة شمسية.
نجم ضخم في نهاية حياته ، مع قلبه الحديدي ينهار إلى الداخل ويشكل ثقبًا أسودعندما ينفد الوقود في قلبها ، سيسقط المركز إلى الداخل تحت جاذبيته الخاصة ويخلق مستعر أعظم كارثيًا ، يسقط ويدمر الطبقات الخارجية ، ويترك ثقبًا أسود في المركز. هذه BHs من "الكتلة النجمية" ، التي تكون كتلتها في حدود 10 كتل شمسية ، تنمو مع مرور الوقت ، وتمتص أي مادة أو طاقة غامروا بأن تكون قريبة جدًا منها. حتى لو وقعت في BH بسرعة الضوء ، لا يمكنك الخروج. نظرًا للانحناء القوي للغاية للمساحة الموجودة في الداخل ، ستسقط حتمًا في التفرد في المركز. بعد ذلك ، يمكنك فقط إضافة طاقة BH.
الثقب الأسود يمتص قرص التناميمن الخارج لا يمكن القول ما إذا كان هذا BH مصنوع في الأصل من البروتونات والإلكترونات أو النيوترونات أو المادة المظلمة أو حتى المادة المضادة. في BH ، على حد علمنا ، يمكن قياس ثلاث خصائص فقط: الكتلة والشحنة الكهربائية والزخم الزاوي ، أي سرعة الدوران. المادة المظلمة ، على حد علمنا ، لا تحتوي على شحنة كهربائية ، ولا أرقام كمية (
شحنة ملونة ،
رقم باريون ،
رقم ليبتون ، إلخ) يمكن الحفاظ عليها أو تدميرها وفقًا لمفارقة اختفاء المعلومات في BH.
نظرًا لمبدأ تكوين BH (بسبب انفجارات النجوم الفائقة الكتلة) ، في المرة الأولى بعد حدوثها ، تتكون تقريبًا 100٪ من مادة (باريونية) طبيعية ، و 0٪ من المادة المظلمة. تذكر أن المادة المظلمة لا تتفاعل إلا من خلال الجاذبية ، على النقيض من المادة الطبيعية ، تتفاعل من خلال تفاعلات الجاذبية والضعف والكهرومغناطيسية والقوية. نعم ، بالطبع ، إن المادة المظلمة في المجرات الكبيرة والعناقيد أكبر بخمس مرات من المعتاد ، ولكن هذا إذا تم تلخيصه بهالة مجرية عملاقة. في المجرة العادية ، تمتد هذه الهالة لعدة ملايين من السنوات الضوئية ، كروية ، في جميع الاتجاهات ، وتتركز المادة الطبيعية في قرص بحجم 0.01 ٪ من المادة المظلمة.
مادة طبيعية في القرص المركزي والمادة المظلمة في الهالة الزرقاء لمجرة نموذجيةتتكون BHs عادة داخل المجرة ، حيث تهيمن المادة الطبيعية على الظلام. تأمل في قسم الفضاء حيث نحن وشمسنا. إذا أحاطت به دائرة نصف قطرها 100
AU حول النظام الشمسي ، سنشمل جميع الكواكب والأقمار والكويكبات وحزام كويبر بأكمله تقريبًا ، ولكن الكتلة الباريونية - المادة الطبيعية - لما سيكون في الداخل سيمثلها بشكل أساسي كتلة الشمس وستكون حوالي 2 * 10
30 كجم. من ناحية أخرى ، سيكون إجمالي كمية المادة المظلمة في هذا المجال 1 * 10
19 كجم ، أي حوالي 0.0000000005 ٪ من كتلة المادة الطبيعية في نفس المنطقة ، وهو ما يعادل تقريبًا كتلة كويكب متواضع مثل الكوكب الصغير جونو ، يبلغ عرضه حوالي 200 كم.
بمرور الوقت ، سوف تصطدم المادة المظلمة والمادة الطبيعية مع هذا الثقب الأسود ، وسوف يمتصها ، مما يزيد من كتلتها. سيكون معظم نمو كتلة BH بسبب المادة الطبيعية ، وليس المادة المظلمة ، على الرغم من أنه في مرحلة ما ، كوادريليون سنة بعد ذلك ، فإن معدل اضمحلال BH سيظل يتجاوز معدل نموه. سيؤدي إشعاع هوكينج إلى انبعاث الجسيمات والفوتونات خارج أفق حدث الثقب الأسود ، مما يحافظ على كل الطاقة والشحنة والزخم الزاوي للداخلية BH. يمكن أن تستغرق هذه العملية من 10
67 عامًا (لـ BH بكتلة من الشمس) إلى 10
100 سنة (لأكبر BHs ، التي تزيد كتلتها عن مليارات الطاقة الشمسية) ، ولكن النتيجة هي مزيج من كل شيء ممكن.
هذا يعني أن BH سوف تنبعث منها أيضًا مادة مظلمة ، ولكن هذا لا يعتمد على الإطلاق على ما إذا كان BH معينًا يمتص المادة المظلمة. يتذكر الثقب الأسود فقط مجموعة صغيرة من الأرقام الكمية التي سقطت فيه ، ولا يتم تضمين كمية المادة المظلمة التي سقطت فيها في هذه المجموعة. الخروج منه ليس على الإطلاق ما جاء!
مثال على إشعاع هوكينج الذي يغادر BH من المناطق القريبة من أفق الحدث (فقط توضيح نوعي!)لذا ، في النهاية ، المادة المظلمة هي مجرد مصدر غذائي آخر لـ BH ، وليست جيدة جدًا. إنها ليست حتى مصدر طعام مثير للاهتمام بشكل خاص. لن تختلف نتائج الدخول إلى BH للمادة المظلمة عن نتائج التجربة التي ستقوم فيها بتسليط مصباح يدوي في BH ، وستمتص الفوتونات الخاصة بك. يكفي أن تصب فيه ، وفقًا للمعادلة E = mc
2 ، حيث تسقط فيه طاقة مثل المادة المظلمة من حيث الكتلة. لا توجد شحنات أخرى في المادة المظلمة ، وبالتالي ، باستثناء الزخم الزاوي المكتسب بسبب السقوط خارج مركز BH (والذي ينطبق أيضًا على الفوتونات) ، فلن يكون له تأثير على BH.