Pourrait-il y avoir des trous noirs de matière noire?

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La matière noire pourrait-elle se comprimer et former des trous noirs? Puisque la matière noire est encore plus abondante que la matière normale, un trou noir de matière noire ne devrait pas être rare ... non?

Monsieur Cumference
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Une autre explication à la question si vous êtes intéressé, même si cela ne touche pas à la possibilité que la matière noire forme des trous noirs super massifs au centre des galaxies, ce qui, je pense, est plutôt cool. curious.astro.cornell.edu/the-universe/90-the-universe/…
userLTK
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Le terme trous noirs de matière noire n'a pas beaucoup de sens, voir aussi ma réponse.
Walter
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Une fois que c'est un trou noir, cela n'a plus d'importance (jeu de mots voulu).
Florin Andrei

Réponses:

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Le problème en essayant de former un trou noir avec de la matière noire est que la matière noire ne peut que faiblement interagir (le cas échéant) avec la matière normale et elle-même, autrement que par gravité.

Cela pose un problème. Pour que la matière noire soit suffisamment concentrée pour former un trou noir, elle doit augmenter son énergie de liaison gravitationnelle (négative) sans en même temps augmenter son énergie cinétique interne de la même quantité. Cela nécessite une sorte d'interaction dissipative entre la matière noire et la matière normale (ou elle-même).

Le scénario suivant devrait clarifier cela. Supposons que nous ayons un morceau de matière noire qui attire par gravitation un autre morceau de matière noire. À mesure que les deux se rapprochent, ils accélèrent et gagnent de l'énergie cinétique. L'énergie cinétique acquise sera exactement suffisante pour les séparer ensuite à un degré similaire à celui auquel ils ont commencé, à moins qu'un processus dissipatif n'ait lieu.

Un exemple est de supposer que la matière noire interagit faiblement avec les particules massives (WIMP). Les WIMP sont attirés par gravité vers les centres des étoiles. Si les interactions faibles se produisent suffisamment fréquemment, il pourrait être possible qu'elles s'accumulent dans les étoiles, plutôt que de traverser et de sortir de l'autre côté.

Il a été émis l'hypothèse que des trous noirs pourraient être faits comme ça près du centre d'une galaxie, ensemencés d'étoiles à neutrons denses. La densité de la matière des étoiles à neutrons, combinée à la densité accrue de la matière noire près des centres des galaxies, pourrait entraîner une accumulation de matière noire dans les étoiles à neutrons, conduisant à la formation de trous noirs.

Une fois qu'un trou noir est formé, aucune matière noire qui entre dans l'horizon des événements ne peut émerger quelle que soit l'énergie cinétique qu'elle acquiert au cours du processus. Cependant, il y a toujours un problème. Le matériau en orbite autour d'un trou noir a moins de moment angulaire plus il se rapproche. Pour passer à l'intérieur de l'horizon des événements, la matière noire doit perdre son élan angulaire. La matière normale le fait via un disque d'accrétion qui peut transporter l'élan angulaire vers l'extérieur par des couples visqueux, permettant à la matière de s'accumuler. La matière noire a une viscosité presque nulle, cela ne peut donc pas se produire.

Il serait donc difficile de construire un trou noir supermassif à partir d'une graine plus petite, mais la formation de petits trous noirs à partir d'étoiles à neutrons pourrait être plus facile. Il a été proposé qu'un manque relatif de pulsars observé vers notre propre centre galactique pourrait être dû à ce processus.

Rob Jeffries
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Je suis curieux. Je ne connais peut-être pas assez la matière noire. Nous savons qu'elle n'interagit avec la matière ordinaire que par gravité, et elle semble être associée de manière plus diffuse aux galaxies que la matière ordinaire. Savons-nous autre chose à ce sujet? Il peut très bien avoir des mécanismes dissapatifs. Il pourrait même avoir un analogue de la chimie.
Aabaakawad du
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Même si une certaine concentration fortuite de matière noire parvient à former une prise noire, vous êtes toujours susceptible d'avoir de vieux atomes d'hydrogène réguliers et autres sifflant et se faisant aspirer au-delà de l'horizon des événements. Je m'attends à ce qu'un trou hybride, sombre plus matière normale, mélangé, soit la forme la plus courante.
Wayfaring Stranger
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@Aabaakawad Nous ne savons vraiment rien sur la matière noire (ou l'énergie sombre), à ​​part que les observations indiquent qu'elles existent. Il existe certaines propositions selon lesquelles il existe un "secteur sombre", qui est la physique non gravitationnelle à peu près exclusivement entre la matière noire. Les simulations ont eu différents degrés de succès sans secteur sombre, donc l'existence du secteur est suggérée pour voir s'il peut conduire à des simulations plus précises: une section transversale d'interaction non nulle ("interactions sombres" peut-être?) Donnerait sombre importe un moyen de perdre l'énergie gravitationnelle de manière inobservable.
zibadawa timmy
@zibadawatimmy, voir les citations dans la note de bas de page de ma réponse.
Aabaakawad du
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Comme l'a souligné Rob Jeffries, la formation d' un trou noir (BH) à partir de la matière noire (DM) est impossible ( sauf s'il existe une interaction [hypothétique] par laquelle la matière noire peut perdre de l'énergie qui échappe à toute détection). L'accrétion de DM dans une BH existante est encore peu probable (car la DM ne peut pas perdre son excès d'énergie et sa quantité de mouvement angulaire aussi facilement que le gaz), mais pas impossible et une petite fraction de matière accrétée dans les BH supermassifs (SMBH) dans les centres galactiques était probablement sombre.

Cependant, une fois la matière accrétée dans un BH, les informations sur ses origines (matière noire ou baryonique) sont perdues. Par conséquent, cela n'a aucun sens de parler de trous noirs de matière noire : les trous noirs n'ont aucune propriété au-delà de leur masse, de leur rotation et de leur charge ( théorème sans cheveux ).

Cette propriété même rend les trous noirs primordiaux intéressants comme candidats pour la matière noire, car ils ne violeraient pas les contraintes (par exemple de la nucléosynthèse big-bang ) sur la quantité de matière baryonique. Cependant, AFAIK, les trous noirs primordiaux sont en disgrâce en tant que candidats DM (pour des raisons qui dépassent le cadre de cette réponse).

Walter
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Le DM contribue-t-il beaucoup à la croissance des houes noires centrales des galaxies?
questionhang
@questionhang Comme je l'ai dit, «une petite fraction de la matière accumulée dans les BH supermassifs (SMBH) des centres galactiques était probablement sombre », je serais surpris si son bien plus de 1%, probablement beaucoup moins.
Walter
Pourquoi? dm pourrait être difficile d'accréditer que la matière baryonique?
questionhang
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@questionhang Comme je l'ai dit, « car le DM ne peut pas perdre son excès d'énergie et sa quantité de mouvement angulaire aussi facilement que le gaz ». Il ne peut le perdre que par des interactions gravitationnelles (avec quoi que ce soit), mais c'est très inefficace.
Walter
@Walter, voir les citations dans ma note de bas de page dans ma réponse.
Aabaakawad
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Les trous noirs sont le résultat d'une masse si concentrée que la gravité ne laisse rien sortir, y compris la lumière. À peu près la seule chose que nous savons sur la matière noire, c'est qu'elle a une masse et semble n'interagir avec la matière ordinaire que par gravité. Puisque nous ne connaissons pas du tout la physique de la matière noire, il est impossible de dire quels processus pourraient concentrer suffisamment de matière noire pour former un trou noir, mais théoriquement un trou noir pourrait être formé de matière noire, ou même à la fois de matière ordinaire et d'obscurité. matière. Certains théoriciens [ note ] pensent même que c'est exactement ce que sont les trous noirs super-massifs.

note de bas de page : Jeremiah P. Ostriker de Princeton University, Collisional Dark Matter and the Origin of Massive Black Holes , et Zoltán Haiman de Columbia University, The Formation of the First Massive Black Holes . Également intéressants, ces articles , de 2011 à aujourd'hui, citant l'article fondateur d'Ostriker.

Aabaakawad
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@Aabaakaward Pouvez-vous donner plusieurs noms de "quelques théoriciens"?
questionhang
@questionhang, Jeremiah P. Ostriker de Princeton University, voir arxiv.org/pdf/astro-ph/9912548.pdf (2000) et Zoltán Haiman de Columbia University, voir arxiv.org/pdf/1203.6075.pdf (2012), etc. Également intéressants, ces articles, de 2011 à aujourd'hui, citant l'article fondateur d'Ostriker, _see scholar.google.com/…
Aabaakawad
C'est un matériau intéressant. Apparemment, les limites d'observation de l'auto-interaction ne sont pas encore assez basses pour l'exclure.
Rob Jeffries
Toute cette idée de matière noire collisionnelle ou auto-interactive n'est qu'un hareng rouge. Il n'y a aucune raison impérieuse de faire cette hypothèse, après tout, la matière noire froide (CDM) qui, au plus, interagit faiblement au-delà de la gravité est en excellent accord avec toutes les données. En cas de tensions, les prédictions (basées sur le MDP) ne sont pas très robustes, s'appuyant souvent sur des simulations numériques de résolution insuffisante. Bien sûr, il n'y a pas de détection directe (ou indirecte) du MDP jusqu'à présent, mais cela signifie seulement qu'il n'est probablement pas fabriqué à partir de WIMP (ou avec une section bien en deçà des attentes)
Walter