Fragen Sie Ethan Nr. 100: Warum bildet dunkle Materie keine schwarzen Löcher?
Wenn dunkle Materie im Universum die größte Masse ist und Schwerkraft hat, wo bestehen dann die Strukturen daraus?
Alle Unternehmen, die mit ungezügeltem Eifer beginnen, können zunächst mit großer Kraft verwirklicht werden, scheitern aber am Ende.
- Tacitus
Ich kann nicht glauben, dass bereits 100 Ausgaben von "Ask Ethan" veröffentlicht wurden. Jede Woche senden Sie Ihre Fragen, und ich wähle die aus, die mir am besten gefällt, um sie öffentlich zu beantworten. Diese Woche hatte einige ziemlich schwierige Fragen, aber ich kann zu keiner von Jerry Mason nein sagen:Wenn dunkle Materie Schwerkraft hat, warum bildet sie dann keine Schwarzen Löcher oder andere Strukturen?Dunkle Materie (TM) hat wirklich Schwerkraft und bildet wirklich keine Schwarzen Löcher (BHs), "dunklen" Sterne, Planeten oder Atome. Warum so?
Stellen Sie sich das Universum in einem sehr frühen Entwicklungsstadium vor, bevor Schwarze Löcher, Sterne, Planeten und Atome auftauchten. Dies ist ein heißes, dichtes, expandierendes "Meer" aus Materie und Strahlung aller zulässigen Arten. Im wenigen Minuten alten Universum gibt es bereits Atomkerne und Elektronen, Neutrinos und Photonen und alle dunkle Materie.All dies fliegt nicht nur mit enormen Geschwindigkeiten, sondern interagiert auch miteinander. All dies ist der Schwerkraft ausgesetzt (sogar Photonen dank Einsteins Äquivalenz von Masse und Energie), aber die Schwerkraft ist nicht der einzige Faktor.
Photonen und Elektronen sind am schlimmsten: Sie interagieren sehr oft aufgrund von Elektromagnetismus, Streuung und „Abprallen“ voneinander und tauschen Energien und Impulse aus.Kerne sind nur wenig leichter: Sie sind massiver, interagieren daher weniger häufig und verlieren oder gewinnen mit jeder Kollision weniger an Dynamik.Das Neutrino hat Glück: Sie haben keine Ladung, sie sind keinen elektromagnetischen Wechselwirkungen ausgesetzt. Sie unterliegen (außer der Schwerkraft) nur schwachen Wechselwirkungen, so dass Kollisionen sehr selten sind.Aber dunkle Materie ist im Allgemeinen gut: Sie scheint nur durch die Schwerkraft zu interagieren. Es treten keine Kollisionen auf, es wird nur von anderen Materiequellen angezogen.Sie könnten jedoch befürchten, dass dies die Situation nur verschlechtern wird. In gewöhnlicher Materie treten Kollisionen und Wechselwirkungen auf, die den Gravitationskollaps und die Bildung dichter Klumpen stören. Und dunkle Materie in dichteren Regionen des Weltraums wird sich in Gerinnseln ansammeln. Dies geschieht jedoch nicht genau so, wie Sie es sich vorstellen. Was passiert zum Beispiel, wenn eine Gaswolke zusammenbricht und einen Stern bildet?
Wenn das Gas der Schwerkraft ausgesetzt wird, wird es dichter, aber die Substanz, aus der es besteht, wird zusammengehalten, wodurch das Gas einen dichteren Zustand erreichen kann. Und zusammen hält sie nur wegen Elektromagnetismus! Deshalb kann Materie zusammenbrechen und verwandte Objekte wie Sterne, Planeten und Atome erzeugen.Und ohne dies erhalten Sie nur eine verstreute, „lose“ Struktur, die nur die Schwerkraft nur schwer zusammenhält. Daher kann man einen Halo von TM oder Fäden von TM in großem Maßstab hören, aber nicht über andere Strukturen, die daraus bestehen.
Diese spärlichen losen Lichthöfe sind sehr wichtig - sie sind die Keime aller verbundenen Strukturen des Universums. Dies sind Zwerggalaxien, normale Galaxien, Galaxiengruppen, Cluster, Supercluster und Fäden sowie alle Unterstrukturen dieser Objekte. Aber ohne zusätzliche Kraft, ohne einen „Zusammenkleben“ -Effekt, der alles für den Austausch von Energie und Impuls zusammenhält, ist TM dazu verdammt, in einem so lockeren und verdünnten Zustand zu bleiben. Eine gewöhnliche Substanz kann dichte Strukturen bilden, aber HM kann nicht unelastisch kollidieren, Impuls und Drehimpuls verlieren und ist daher gezwungen, in Form eines Halos zu existieren.
Es ist etwas umständlich zu glauben, dass Planeten, Sterne, Schwarze Löcher und alles andere aufgrund der Schwerkraft nicht zusammengehalten werden - aber die Schwerkraft ist nur ein Teil der Gleichung. Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Kugel aus Atomen gestartet. Was wird mit ihm passieren?
Natürlich bewegt es sich entlang einer Parabel (wenn der Luftwiderstand nicht berücksichtigt wird), steigt auf seine maximale Höhe und fällt, bis es auf die Erde trifft. In großem Maßstab bewegt es sich in einer elliptischen Umlaufbahn, von der einer der Massenschwerpunkte der Erde sein wird. Da jedoch seine Oberfläche auf seinem Weg erscheint, sieht ein Teil seiner Flugbahn wie eine Parabel aus.Aber wenn sich dieser Ball auf magische Weise in ein Stück TM verwandelt, wird Sie das Ergebnis sehr überraschen.
Ohne elektromagnetische Kräfte werden viele schreckliche Dinge passieren:• Neben der Schwerkraft gibt es keine weiteren Wechselwirkungen zwischen den Teilchen der Kugel und den Atomen der Erde. Anstelle einer Parabel wird die TM-Kugel alle Schichten der Erde passieren, sich in einer nahezu perfekten Ellipse um das Zentrum bewegen (aber aufgrund der ungleichmäßigen Dichte der Erde nicht ganz ideal), sich nahe dem Eintrittspunkt in die Oberfläche nach draußen bewegen, die Parabel erneut beschreiben und endlos weiterfliegen.• Der Klumpen selbst hält auch nichts zusammen! Obwohl sich die Atome einer gewöhnlichen Kugel auch zufällig bewegen, werden sie durch elektromagnetische Wechselwirkung zusammengehalten, wodurch die Kugel ihre Form behält. Wenn diese Wechselwirkung beseitigt wird, reißen zufällige Bewegungen von TM-Partikeln diesen Klumpen auf, da die Schwerkraft allein nicht ausreicht, um ihn zu halten.• Infolgedessen wird sich das TM im Laufe der Zeit zu einer Ellipse ausdehnen, die sich allmählich wie Fragmente eines Kometen verdünnt (aber noch verdünnter wird)!
TM kann keine Schwarzen Löcher und andere dichte Objekte bilden, da die Schwerkraft allein nicht ausreicht, um diese Objekte zu binden. Da die Schwerkraft sehr schwach ist, kann sie Partikel sehr schwach binden - was zum Auftreten großer, spärlicher massiver Strukturen führt. Um einen engen Klumpen von etwas zu bekommen - in Form eines Sterns, Planeten, Atoms - brauchen Sie eine Interaktion, die stärker ist als die Schwerkraft.Und es ist durchaus möglich, dass das TM mit sich selbst (oder auf einer bestimmten Ebene mit Materie und Strahlung) interagiert, aber wenn ja, können wir sagen, wie schwach diese Interaktion ist. Es ist sehr, sehr schwach, wenn nicht gar Null.
Und obwohl wir uns vorstellen, dass im großen Maßstab nur die Schwerkraft eine Rolle spielt, ermöglichen sichtbare Strukturen - solche, die leuchten, solche, die Moleküle und Atome enthalten, solche, die in Schwarze Löcher kollabieren - andere Wechselwirkungen. TM kann solche Strukturen leider nicht bilden, da die Schwerkraft allein dafür nicht ausreicht.Damit ist die 100. Ausgabe von „Ask Ethan“ vorbei!Source: https://habr.com/ru/post/de398661/
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