Espera-se que os buracos negros contenham a mesma proporção de matéria escura e matéria regular que o resto do universo?

Espera-se que os buracos negros contenham a mesma proporção de matéria escura e matéria regular que o resto do universo? Ouvi dizer que a matéria escura é distribuída em halos em torno das galáxias. Isso torna menos provável a ingestão em um buraco negro?

black-hole dark-matter

— joseph.hainline
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Provavelmente não, porque a matéria regular forma um disco de acréscimo e a matéria escura (que eu saiba) não. A Via Láctea é 88% de matéria escura, mas o sistema solar é 99.999999999% de matéria regular. Um aglomerado, o outro não. Mas deixarei que alguém mais esperto do que eu responda a este com uma referência a um estudo ou estimativa científica real. Acrescentarei que pode haver alguma incerteza sobre os buracos negros primordiais e quanta matéria escura entrou em sua formação. Os buracos negros estelares são compostos basicamente de toda a matéria regular

— userLTK

@userLTK Eu posso modificar o seu comentário para ler "todos os efeitos observados atualmente indicam que o material escuro é distribuído uniformemente" e assim por diante, apenas para enfatizar que agora sabemos agachamento sobre matéria escura.

— Carl Carl Witthoft

Mas pensamos que os buracos negros PODEM conter matéria escura, correto? A matéria escura ainda é afetada pela gravidade, se nada mais estiver certo?

— Joseph.hainline

@CarlWitthoft - esse é um bom ponto. De qualquer forma, provavelmente foi um comentário ruim, porque é uma resposta, mas eu esperava que alguém mais esperto do que eu desse uma resposta oficial, depois eu excluirei o comentário. Jospeh - sim, é provável que a matéria escura seja comida e não possa escapar dos buracos negros, mas até sabermos o que é, acho que ninguém pode dizer com certeza. A matéria escura é afetada pela gravidade,

— userLTK

Respostas:

(Resposta curta: não, vá até o último ponto.)

É irrelevante para um observador externo se a matéria que caiu no buraco negro era matéria escura ou bariônica, pelo teorema do não cabelo. As únicas propriedades de um buraco negro do nosso ponto de vista são massa, carga elétrica e momento angular. (Mas é claro que não entendemos a gravidade quântica.)
Do ponto de vista da matéria que caiu no buraco negro, nada de especial acontece ao cruzar o horizonte de eventos. Isso significa que a matéria escura permanece escura e a matéria bariônica permanece bariônica quando vista de dentro do buraco negro.
Existe alguma controvérsia sobre quanta matéria escura existe no universo. Este artigo recente , por exemplo, indica em resumo que a modelagem mais precisa das curvas de rotação galáctica poderia eliminar uma grande porcentagem da matéria escura não-bariônica esperada. (Observe que @pela indicou nos comentários, que os trabalhos deste autor não foram revisados por pares e podem ser suspeitos.) Obviamente, a quantidade de matéria escura no universo afetaria bastante a resposta da pergunta. Devo observar que a controvérsia é composta principalmente por um pequeno número de cientistas vocais que aparecem desproporcionalmente na mídia. Seguindo as principais seções de notícias científicas, tenho a impressão de que a morte da matéria escura parece ser anunciada uma vez por mês ou mais.
A formação de buracos negros supermassivos é pouco conhecida. Uma hipótese é que eles podem se formar por fusão sucessiva de buracos negros de massa estelar. Como recentemente ocorreram observações de ondas gravitacionais de tais fusões , e como candidatos a buracos negros de massa intermediária também foram observados recentemente , assumirei aqui que é assim que eles se formam e que buracos negros supermassivos são, portanto, feitos aproximadamente do mesmo material que buracos negros de massa estelar.
Buracos negros perdem a maior parte de sua massa durante o processo de formação. É importante ter sempre em mente se estamos falando sobre a massa do núcleo estelar que entrou em colapso para formar o buraco negro (geralmente é a "massa" de um buraco negro mencionada quando se fala, por exemplo, do tamanho mínimo de preto buraco que pode se formar a partir do colapso do núcleo) ou a massa do buraco negro, vista por um observador distante após a supernova.
As partículas de matéria escura não podem perder muita energia orbital interagindo com outra matéria nem com radiação; portanto, permanecerão em órbita ao redor de um buraco negro em vez de cair, a menos que ocorram por chance improvável de atingi-lo perto do horizonte de eventos. Este artigo indica que os buracos negros supermassivos simulados não derivam mais que 10% de sua massa da matéria escura.

No entanto, é preciso dizer que alguns cientistas suspeitam que a matéria escura seja feita de buracos negros primordiais. Há também a teoria dos MACHOs ( Objetos Massivos Compactos de Halo ), de que a matéria escura é composta por grandes corpos compactos, como buracos negros, mas acredita-se pela maioria que essa teoria não pode explicar a matéria escura no universo.

— user25972
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Apenas um pequeno ponto, mas "acontecer por acaso", embora geralmente correto, provavelmente não é 100% certo. Todas as partículas maciças que voam dentro de 3 raios estão destinadas a cair no buraco negro, a menos que uma força externa atue sobre elas. Eles não precisam atingir diretamente apenas dentro de 3 ou 2 raios do horizonte de eventos. (Eu acho que é 3x, às vezes eu leio 1,5x). A matéria escura deve ser governada por efeitos relativísticos, para que exista uma região de captura fora do horizonte de eventos, mesmo que a matéria escura não perca energia orbital por colisão.

— userLTK

Boa resposta, mas desconfio do primeiro artigo ao qual você vincula (Xiaochun & Kuan 2009). Não é arbitrado, como todos os outros trabalhos de Xiaochun. Mas, tanto quanto posso ver navegando muito rapidamente, parece confirmar de fato a proporção de matéria escura / bariônica aceita. Eu não acho que haja muita controvérsia sobre a quantidade de DM (a menos que você seja um MONDer). Observe também que seu último comentário é sobre buracos negros primordiais , ou seja, o que quer que eles sejam feitos é uma parte insignificante da BH adulta. Mas talvez seja isso que você quer dizer com "em primeiro lugar". Enfim, +1.

— Pela

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

1.5 R_{S}

$1.5R_\mathrm{S}$

3 R_{S}

$3R_\mathrm{S}$

Concordo absolutamente com o @userLTK. Ao atingir o buraco negro "quadrado", não pretendia me referir a atingir exatamente o horizonte de eventos, mas pretendia que fosse visto de longe; que existe uma pequena região alvo perto do centro que eles devem atingir. Vou tentar deixar a resposta um pouco mais clara.

— user25972

@pela Obrigado pelo seu feedback no artigo de Xiaochun & Kuan. Devo admitir que não o verifiquei em detalhes suficientes. Também atualizamos a resposta com base nos seus comentários.

— user25972

A matéria escura é (acredita-se) em halos que se estendem tanto aos centros das galáxias quanto fora da maior parte da matéria normal nas galáxias (gás, estrelas, poeira). Portanto, um buraco negro dentro de uma galáxia poderia, sem dúvida, ingerir um pouco de matéria escura. Contudo:

Buracos negros de massa estelar se formam a partir do colapso de uma estrela massiva. Como as estrelas são quase inteiramente de matéria regular, o remanescente de BH inicialmente formado teria sido feito quase inteiramente de matéria regular. Tais BHs podem crescer mais tarde acumulando gás (por exemplo, de uma estrela binária próxima), caso em que estão ganhando massa na forma de matéria regular. Inevitavelmente, haveria alguma matéria escura engolida pelo BH enquanto ele orbitava dentro de sua galáxia-mãe - assim como o BH engoliria alguma poeira interestelar, por exemplo. Mas ainda assim seria formado a partir da matéria regular.

Os buracos negros supermassivos nos centros das galáxias provavelmente partiriam de algum tipo de colapso do universo primitivo de uma nuvem de gás ou estrela muito massiva, que novamente seria principalmente matéria regular. O crescimento subsequente de BHs supermassivas vem principalmente do gás interestelar alimentando um disco de acreção ao redor da BH, além de uma estrela ocasional que se aproxima demais - então, mais uma vez, a maioria é matéria regular que cai no buraco negro. (As regiões centrais de galáxias fazer alguma matéria escura, mas eles estão dominado pela matéria regular. Além disso, a matéria normal em forma de nuvens de gás pode facilmente perder energia através de colisões nuvem-nuvem e pia para o centro da galáxia, onde poderia alimentar uma BH supermassiva; a matéria escura não pode fazer isso.)

(É claro que, como aponta o usuário25972, é amplamente irrelevante para pessoas de fora como nós que tipo de matéria é necessária para criar uma BH. Um buraco negro formado a partir da matéria escura se comportaria de forma idêntica a um formado a partir da matéria comum.)

— Peter Erwin
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Sabemos por que, quando a galáxia formada, a matéria escura não se distribuiu da mesma forma que a matéria regular? Por que está lá fora em halos? A gravidade não deveria atraí-lo como matéria normal para aglomerados e estrelas, etc.?

— Joseph.hainline

A matéria regular na forma de, por exemplo, nuvens de gás pode colidir e perder energia e momento angular, de modo que o gás acabe em órbitas menores, mais próximas do centro da (proto-) galáxia. As nuvens de gás também são suportadas contra a gravidade pela pressão interna, que depende (entre outras coisas) da temperatura; uma vez que o gás pode esfriar pela radiação, as nuvens de gás podem acabar com uma pressão mais baixa e, assim, entrar em colapso para formar aglomerados e estrelas.

— 22617 Peter Erwin

Portanto, a resposta, em certo sentido, é: matéria escura e matéria regular começaram com distribuições semelhantes (e entraram em colapso para formar halos no universo primitivo); mas a matéria regular na forma de gás pode perder energia orbital e, assim, entrar em colapso ainda mais na matéria maneiras escura não pode.

— 22417 Peter Erwin