🎋 🚵🏿 🐰 Tanyakan Ethan No. 100: Mengapa materi gelap tidak membentuk lubang hitam? 🎯 🚾 🚴🏽

Jika materi gelap di alam semesta adalah massa terbanyak, dan memiliki gravitasi, di mana struktur yang terdiri darinya?

Semua perusahaan dimulai dengan semangat yang tidak terkendali, pada awalnya dapat direalisasikan dengan kekuatan besar, tetapi pada akhirnya mereka gagal.
- Tacitus

Saya tidak percaya bahwa 100 masalah "Tanya Ethan" telah dirilis. Setiap minggu Anda mengirim pertanyaan, dan saya memilih yang paling saya sukai untuk menjawabnya di depan umum. Minggu ini memiliki beberapa pertanyaan yang cukup sulit, tetapi saya tidak bisa mengatakan tidak kepada salah satu dari mereka, dari Jerry Mason:

Jika materi gelap memiliki gravitasi, mengapa ia tidak membentuk lubang hitam atau struktur lainnya?

Materi gelap (TM) benar-benar memiliki gravitasi, dan ia benar-benar tidak membentuk lubang hitam (BH), bintang, planet, atau atom "gelap". Kenapa begitu?

Bayangkan Semesta pada tahap awal pengembangan, sebelum lubang hitam, bintang, planet, dan atom muncul. Ini adalah "laut" materi yang panas, padat, mengembang dan radiasi dari semua jenis yang diizinkan. Di alam semesta, yang berusia beberapa menit, sudah ada inti atom dan elektron, neutrino dan foton, dan semua materi gelap.

Semua ini tidak hanya terbang dengan kecepatan luar biasa, tetapi juga berinteraksi satu sama lain. Semua ini terpapar gravitasi (bahkan foton, berkat kesetaraan massa dan energi Einstein), tetapi gravitasi bukan satu-satunya faktor.

Foton dan elektron adalah yang terburuk: mereka sangat sering berinteraksi karena elektromagnetisme, hamburan dan "terpental" satu sama lain, bertukar energi dan momen.

Nuklir hanya sedikit lebih ringan: mereka lebih masif, oleh karena itu mereka lebih jarang berinteraksi, dan dengan setiap tabrakan mereka kehilangan atau mendapatkan lebih sedikit momentum.

Neutrino beruntung: mereka tidak memiliki muatan, mereka tidak mengalami interaksi elektromagnetik. Mereka tunduk (kecuali gravitasi) hanya interaksi lemah, sehingga tabrakan sangat jarang.

Tetapi materi gelap umumnya baik: ia tampaknya hanya berinteraksi melalui gravitasi. Tidak ada tabrakan yang terjadi, hanya tertarik ke sumber materi lain.

Tetapi Anda mungkin khawatir bahwa ini hanya akan memperburuk situasi. Dalam masalah biasa, benturan dan interaksi terjadi yang mengganggu keruntuhan gravitasi dan pembentukan benjolan padat. Dan materi gelap di daerah ruang yang lebih padat akan terakumulasi dalam gumpalan. Tetapi ini tidak terjadi persis seperti yang Anda bayangkan. Misalnya, apa yang terjadi ketika awan gas runtuh dan membentuk bintang?

Gas, ketika terkena gravitasi, menjadi lebih padat, tetapi zat yang terkandung di dalamnya disatukan, yang memungkinkan gas mencapai keadaan yang lebih padat. Dan bersama-sama dia tetap hanya karena elektromagnetisme! Itulah mengapa materi dapat runtuh dan membuat objek terkait seperti bintang, planet, dan atom.

Dan tanpa ini, Anda hanya akan mendapatkan struktur "longgar" yang tersebar yang hanya bisa disatukan gravitasi dengan kesulitan. Oleh karena itu, orang dapat mendengar halo dari TM, atau utas dari TM dalam skala besar, tetapi tidak tentang struktur lain yang terdiri darinya.

Halo longgar yang jarang ini sangat penting - mereka adalah benih dari semua struktur yang terhubung di Semesta. Ini adalah galaksi kerdil, galaksi normal, kelompok galaksi, kelompok, superkluster dan benang, serta semua substruktur dari objek-objek ini. Tetapi tanpa kekuatan tambahan, tanpa efek “saling menempel” yang menyatukan semuanya untuk pertukaran energi dan momentum, TM ditakdirkan untuk tetap berada dalam keadaan longgar dan langka. Substansi biasa dapat membentuk struktur padat, tetapi HM tidak dapat bertabrakan secara tidak elastis, kehilangan momentum dan momentum sudut, dan, oleh karena itu, terpaksa ada dalam bentuk halo.

Agak aneh untuk berpikir bahwa planet, bintang, lubang hitam, dan yang lainnya tidak disatukan karena gravitasi - tetapi gravitasi hanyalah bagian dari persamaan. Bayangkan Anda meluncurkan bola atom. Apa yang akan terjadi padanya?

Secara alami, ia akan bergerak di sepanjang parabola (jika hambatan udara tidak diperhitungkan), akan naik ke ketinggian maksimum dan akan jatuh hingga menyentuh Bumi. Dalam skala besar, ia akan bergerak dalam orbit elips, salah satu fokusnya akan menjadi pusat massa Bumi, tetapi karena permukaannya muncul di jalurnya, bagian dari lintasannya terlihat seperti parabola.

Tetapi jika bola ini secara ajaib berubah menjadi sepotong TM, maka hasilnya akan sangat mengejutkan Anda.

Tanpa kekuatan elektromagnetik, banyak hal buruk akan terjadi:
• Selain gravitasi, tidak ada interaksi lain antara partikel-partikel bola dan atom-atom Bumi. Alih-alih parabola, bola TM akan melewati semua lapisan Bumi, akan mengelilingi pusat di elips yang hampir sempurna (tetapi tidak cukup ideal karena kepadatan Bumi yang tidak merata), akan pergi ke luar dekat titik masuk ke permukaan, akan kembali menggambarkan parabola, dan akan terus terbang tanpa henti.
• Benjolan itu sendiri juga tidak menyatukan! Meskipun atom-atom dari bola biasa juga bergerak secara acak, mereka disatukan oleh interaksi elektromagnetik, sebagai akibatnya bola mempertahankan bentuknya. Ketika interaksi ini dihilangkan, gerakan acak partikel TM akan merobek benjolan ini, karena gravitasi saja tidak cukup untuk menahannya.
• Sebagai akibatnya, seiring waktu, TM akan meregang menjadi elips, yang secara bertahap akan dijernihkan, seperti pecahan komet (tetapi akan semakin langka)!

TM tidak dapat membentuk lubang hitam dan benda padat lainnya, karena gravitasi saja tidak cukup untuk mengikat benda-benda ini. Karena gravitasi sangat lemah, ia dapat mengikat partikel dengan sangat lemah - yang mengarah pada penampilan struktur besar yang jarang. Untuk mendapatkan sesuatu yang padat - dalam bentuk bintang, planet, atom - Anda membutuhkan interaksi yang lebih kuat daripada gravitasi.

Dan sangat mungkin bahwa TM berinteraksi dengan dirinya sendiri (atau dengan materi dan radiasi pada tingkat tertentu), tetapi jika demikian, kita dapat mengatakan betapa lemahnya interaksi ini. Ini sangat, sangat lemah, jika tidak nol sama sekali.

Dan meskipun kita membayangkan bahwa dalam skala besar hanya gravitasi yang penting, pada kenyataannya, struktur yang terlihat - yang bercahaya, yang mengandung molekul dan atom, yang runtuh menjadi lubang hitam - memungkinkan interaksi lainnya. Sayangnya, TM tidak dapat membentuk struktur seperti itu, karena gravitasi saja tidak cukup untuk ini.

Tentang ini, edisi ke-100 "Ask Ethan" sudah berakhir!

Tanyakan Ethan No. 100: Mengapa materi gelap tidak membentuk lubang hitam?

Jika materi gelap di alam semesta adalah massa terbanyak, dan memiliki gravitasi, di mana struktur yang terdiri darinya?

More articles: