Les trous noirs sont peut-être les objets les plus indescriptibles de l'univers: la concentration d'une masse telle qu'elle s'effondre, comme suit de la relativité générale, à une singularité au centre. Les atomes, les noyaux et même les particules fondamentales sont compressés en un point infinitésimal dans notre espace tridimensionnel. Tout ce qui tombe dans un trou noir est voué à y rester jusqu'à la fin des temps, capturé par sa gravité, que même la lumière ne peut quitter. Quel est le sort de la matière noire lorsqu'elle rencontre un trou noir?
Sera-t-il aspiré dans la singularité comme la matière normale et contribuera-t-il à la masse du trou noir? Si tel est le cas, lorsque le trou noir s'évapore à cause du rayonnement Hawking, qu'arrivera-t-il à la matière noire?
Nous devrions commencer par ce que sont les trous noirs.
Ici sur Terre, si vous voulez envoyer quelque chose dans l'espace, vous devez surmonter l'attraction gravitationnelle de la Terre. Pour notre planète, la vitesse dite d'échappement est d'environ 11,2 km / s, elle peut être développée à l'aide d'une fusée suffisamment puissante. Si nous étions à la surface du Soleil, la vitesse de fuite serait beaucoup plus élevée, 55 fois: 617,5 km / s. Lorsque notre Soleil mourra, il se rétrécira en une naine blanche, qui aura la taille de la Terre, mais sera la moitié de la masse du Soleil actuel. Sur celui-ci, la vitesse de fuite sera d'environ 4570 km / s, soit environ 1,5% de la vitesse de la lumière.
Ceci est important car vous concentrez de plus en plus de masse dans une région particulière de l'espace, et la vitesse de fuite de cet objet se rapproche de plus en plus de la vitesse de la lumière. Et dès que votre vitesse de fuite à la surface d'un objet atteint ou dépasse la vitesse de la lumière, non seulement la lumière ne pourra plus la quitter - pour autant que nous comprenions la matière, l'énergie, l'espace et le temps aujourd'hui - cet objet entier s'effondrera en une singularité. La raison est simple: toutes les forces fondamentales, y compris les forces qui maintiennent les atomes, les protons ou même les quarks ensemble, ne peuvent pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Par conséquent, si vous êtes à un certain point de la singularité centrale et essayez de garder un objet éloigné de l'effondrement gravitationnel, vous ne pouvez pas; l'effondrement est inévitable. Et tout ce dont vous avez besoin pour surmonter cette barrière est une étoile 20-40 plus massive que le Soleil.
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Lorsque son noyau sera à court de carburant, le centre explosera sous sa propre gravité, créant une supernova catastrophique, faisant exploser et détruisant les couches extérieures, mais laissant un trou noir au centre. Ces trous noirs se développent avec le temps, absorbant toute matière et énergie qui se rapprochent trop. Même en bougeant à la vitesse de la lumière, vous pouvez y entrer et ne jamais quitter l'horizon des événements. En raison de la courbure de l'espace lui-même à l'intérieur du trou noir, vous tomberez également inévitablement dans une singularité au centre. Lorsque cela se produit, vous ajoutez simplement de l'énergie au trou noir.
À l'extérieur, nous ne pouvons pas dire en quoi consistait à l'origine le trou noir - protons, électrons, neutrons, matière noire ou antimatière en général. Il n'y a que trois propriétés (jusqu'à présent) que nous pouvons observer à propos d'un trou noir de l'extérieur: sa masse, sa charge électrique et son moment cinétique, une mesure du mouvement de rotation. La matière noire, à notre connaissance, n'a pas de charge électrique, ainsi que d'autres caractéristiques quantiques (charge de couleur, nombre de baryons, nombre de leptons, etc.), qui peuvent ou non être préservées, ou détruites, sur la base du paradoxe informationnel d'un trou noir.
En raison de la façon dont les trous noirs se forment (à partir d'explosions d'étoiles supermassives) lors de leur formation initiale, les trous noirs sont 100% de matière régulière (baryonique) et 0% de matière noire. N'oubliez pas que la matière noire n'interagit que gravitationnellement, contrairement à la matière ordinaire, qui interagit par des forces gravitationnelles, des interactions faibles, électromagnétiques et fortes. Oui, les grandes galaxies et leurs amas ont cinq fois plus de matière noire que de matière ordinaire, mais ils se rassemblent en un seul grand halo. Dans une galaxie typique, ce halo de matière noire s'étend sur plusieurs millions d'années-lumière, de manière sphérique, dans toutes les directions, tandis que la matière ordinaire est concentrée dans un disque qui occupe 0,01% du volume de matière noire.
Les trous noirs ont tendance à se former à l'intérieur de la galaxie, où la matière ordinaire prédomine complètement sur la matière noire. Imaginez la région de l'espace dans laquelle nous nous trouvons: autour de notre soleil. Si nous dessinons une sphère de 100 UA. e. (a.u. est la distance de la Terre au Soleil) autour de notre système solaire, nous engloberons toutes les planètes, les lunes, les astéroïdes et toute la ceinture de Kuiper, mais la masse baryonique - matière ordinaire - enfermée dans notre sphère sera principalement représentée Soleil et pèse environ 2 x 1030 kg. En revanche, la quantité totale de matière noire dans la même sphère ne sera que de 1 x 1019 kg, soit 0,000000000005% de la masse de matière ordinaire dans la même région, égale à la masse d'un astéroïde modeste de la taille de Junon, d'environ 200 kilomètres de diamètre.
Au fil du temps, la matière noire et la matière ordinaire entreront en collision avec ce trou noir, seront absorbées et s'ajouteront à sa masse. La majeure partie de la croissance de masse proviendra de la matière ordinaire, et non de la matière noire, mais à un moment donné, plusieurs quadrillions d'années dans le futur, le taux de désintégration du trou noir dépassera finalement le taux de croissance du trou noir. Le processus de rayonnement de Hawking fera sortir les particules et les photons de l'horizon des événements du trou noir, conservant toute l'énergie, la charge et le moment angulaire de l'intérieur du trou noir. Ce processus prendra de 1067 ans (pour un trou noir avec masse solaire) à 10100 ans (pour les trous noirs les plus massifs).
Cela signifie qu'une partie de la matière noire sortira des trous noirs, mais sera complètement différente du volume de matière noire qui est entrée dans le trou noir au départ. Tous les trous noirs ont une mémoire des choses qui y sont entrées, sous la forme d'un petit ensemble de nombres quantiques, et cette quantité de matière noire n'y est pas incluse (rappelez-vous, elle n'a pas toutes les caractéristiques quantiques?). La sortie sera complètement différente de l'entrée.
Ainsi, la matière noire est une autre source de nourriture pour les trous noirs, et loin d'être la meilleure. De plus, c'est une source de nourriture totalement inintéressante. Cela a peu ou pas d'effet sur les trous noirs.
ILYA KHEL
