Могут ли быть черные дыры темной материи?

Может ли темная материя сжиматься и образовывать черные дыры? Поскольку темная материя еще более распространена, чем обычная материя, черная дыра в темной материи не должна быть редкой ... верно?

Проблема с попыткой сформировать черную дыру с темной материей состоит в том, что темная материя может только слабо взаимодействовать (если вообще вообще) с нормальной материей и самой собой, кроме гравитации.

Это создает проблему. Для того чтобы темная материя была достаточно сконцентрирована для образования черной дыры, требуется, чтобы она увеличила свою (отрицательную) гравитационную энергию связи, не увеличивая при этом свою внутреннюю кинетическую энергию на ту же величину. Это требует некоторого диссипативного взаимодействия между темной материей и нормальной материей (или самой собой).

Следующий сценарий должен прояснить это. Предположим, у нас есть кусок темной материи, который гравитационно притягивает другой кусок темной материи. Когда они приближаются друг к другу, они ускоряются и получают кинетическую энергию. Полученной кинетической энергии будет достаточно, чтобы затем разделить их в той же степени, в которой они начали, если только не произойдет диссипативный процесс.

Например, предположим, что темная материя - это слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP). WIMP гравитационно тянутся к центрам звезд. Если слабые взаимодействия случаются достаточно часто, они могут накапливаться в звездах, а не пролетать сквозь другую сторону.

Было выдвинуто предположение, что черные дыры могут быть созданы таким образом вблизи центра Галактики, засеянного плотными нейтронными звездами. Плотность вещества нейтронной звезды в сочетании с повышенной плотностью темной материи вблизи центров галактики может привести к накоплению темной материи в нейтронных звездах, что приведет к образованию черных дыр.

После образования черной дыры любая темная материя, попадающая в горизонт событий, не может появиться независимо от того, какую кинетическую энергию она получает в процессе. Тем не менее, проблема все еще существует. Материал на орбите вокруг черной дыры имеет меньший момент импульса, чем ближе он вращается. Чтобы пройти внутри горизонта событий, темная материя должна потерять момент импульса. Обычная материя делает это через аккреционный диск, который может передавать угловой момент наружу под действием вязких моментов, позволяя материи нарастать. Темная материя имеет почти нулевую вязкость, поэтому этого не может быть.

Поэтому было бы сложно создать сверхмассивную черную дыру из более мелкого семени, но было бы проще сформировать маленькие черные дыры из нейтронных звезд. Было высказано предположение, что относительный недостаток пульсаров, наблюдаемый в направлении нашего собственного Галактического центра, может быть связан с этим процессом.

Как указал Роб Джеффрис, формирование черной дыры (ЧД) из темной материи (ДМ) невозможно ( если нет [гипотетического] взаимодействия, при котором темная материя может терять энергию, которая уклоняется от любого обнаружения). Аккорд DM в существующую ЧД по-прежнему маловероятен (так как DM не может потерять свою избыточную энергию и угловой момент так же легко, как газ), но не невозможен, и небольшая часть вещества, скопившегося в сверхмассивных ЧД (SMBH) в центрах галактики, вероятно, была темной.

Однако, как только материя переросла в ЧД, информация о ее происхождении (темная материя или барионная) теряется. Поэтому не имеет смысла говорить о черных дырах темной материи : черные дыры не имеют никаких свойств, кроме их массы, спина и заряда ( теорема об отсутствии волос ).

Это свойство делает изначальные черные дыры интересными в качестве кандидатов на темную материю, поскольку они не нарушают ограничений (например, из нуклеосинтеза большого взрыва ) относительно количества барионной материи. Тем не менее, AFAIK, исконные черные дыры не одобряются как кандидаты в DM (по причинам, выходящим за рамки этого ответа).

Черные дыры - результат массы, настолько сконцентрированной, что гравитация не испускает ничего, включая свет. Единственное, что мы знаем о темной материи, это то, что она имеет массу и, кажется, взаимодействует с обычной материей только через гравитацию. Поскольку мы вообще не знаем физику темной материи, невозможно сказать, какие процессы могут сконцентрировать темную материю настолько, чтобы образовалась черная дыра, но теоретически черная дыра может образоваться из темной материи или даже из обычной материи и темной. иметь значение. Некоторые теоретики [ сноска ] даже считают, что это именно то, что представляют собой сверхмассивные черные дыры.

сноска : Иеремия П. Острикер из Принстонского университета, Столкновение с темной материей и происхождение массивных черных дыр , и Золтан Хайман из Колумбийского университета, Формирование первых массивных черных дыр . Также интересны эти документы , с 2011 года по настоящее время, со ссылкой на оригинальную статью Острикера.