Materie „căzând” într-o gaură neagră (reprezentare grafică)
Cea mai mare parte a ceea ce compune universul constituie un mister pentru noi, căci materia „normală” reprezintă doar 5% din ceea ce există. Materia întunecată, în schimb, ar reprezenta 27% din compoziția universului, deci de 5 ori mai mult. Cum materia întunecată este mult mai prezentă decât cea normală, am putea avea și găuri negre formate exclusiv din acest tip de materie?
Despre găurile negre am scris mai multe articole pe scientia.ro. Pentru o scurtă incursiune în istoria conceptului și „mecanismului” de funcționare, puteți citi articolul: Istoria găurilor negre - de la calculele lui Schwarzschild la descoperirea undelor gravitaționale.
Întrebarea este, așadar: dacă găurile negre sunt rezultatul acțiunii gravitației, iar materia întunecată este afectată de gravitație ca și materia normală, formează sau nu găuri negre materia întunecată?
Pe scurt, răspunsul este: cel mai probabil, materia întunecată nu formează găuri negre. Iată de ce.
Cum se formează găurile negre?
Cea mai comună cale de a forma o gaură neagră constă în colapsarea unei stele masive. O stea, pentru o bună perioadă a ciclului său de viață, există un echilibru relativ între gravitația exercitată de materia care o formează și energia generată în interiorul stelei ca urmare a fuziunii nucleare. Atunci când steaua „își epuizează combustibilul” (rămâne fără suficient hidrogen), nucleul începe să se contracte sub propria gravitație. Această contractare este însoțită de încălzire, iar creșterea temperaturii înseamnă capacitatea de a fuziona elemente chimice mai grele. Odată ce s-a ajuns la elemente precum siliciul, nu se mai poate înainte în tabelul periodic (nu sunt disponibile energii pentru fuzionarea unor atomi mai grei), iar nucleul colapsează într-o supernovă de tip II. Dacă nucleul este suficient de masiv, se va forma o gaură neagră; dacă nu, o stea neutronică.
Mai există și posibilitatea unei colapsări directe a unui nor de gaz de masă mare ori a unei stele devenite prea densă.
Formarea unei găuri negre prin colapsarea directă a unei stele.
În imaginea din stânga observați o stea care nu se mai regăsește în cea din dreapta, ipoteza fiind aceea că steaua a colapsat direct într-o gaură neagră.
Credit: NASA/ESA/C. Kochanek (OSU)
Găurile negre se pot forma și din coliziunea a două stele neutronice, căci din unirea acestora masa nouă a obiectului cosmic poate trece limita necesară formării unei găuri negre.
Coliziune stele neutronice
Credit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
De ce nu se pot forma găuri negre din materie întunecată?
Cum spuneam, atât materia normală, cât și cea întunecată reacționează la gravitație, „respectând” ecuațiile gravitației ale lui Einstein.
În orice zonă din univers unde avem aglomerări de materie normală, materia întunecată este prezentă într-o cantitate mult mai mare, într-o proporție de 5:1.
Și cu toate acestea, cel mai probabil, materia întunecată nu formează găuri negre. Explicația nu include gravitația, ci interacțiunea electromagnetică. Materia normală implică interacțiuni de natură electromagnetică. Materia întunecată, nu.
Atunci când se formează, de exemplu, o nouă galaxie, materia întunecată și cea normală se deplasează în același raport sub influența gravitației, 5:1. Dar nu există frecare, coliziuni, încălzire și interacțiuni de natură electromagnetică în cazul materiei întunecate. Nu există, așadar, nicio cale de a schimba energie ori impuls cu alte particule. În schimb, materia normală este caracterizată de coliziuni între particule, care schimbă energie și impuls. Particulele se pot aglutina, au loc între ele frecări și se încălzesc în urma coliziunilor.
Pe cale de consecință, dacă particulele de materie normală se acumulează către centrul galaxiei în formare, cele de materie întunecată rămânând distribuite în mod difuz, într-un halou enorm în jurul galaxiei. Materia întunecată poate forma doar aglomerări difuze, pe distanțe mult mai mare decât în cazul materiei normale.
Materia întunecată nu dispune, așadar, de un mecanism pentru a forma densitățile necesare creării unor găuri negre. Nu există stele formate din materie întunecată și nici găuri negre din această materie misterioasă. Nu există obiecte cosmice dense formate din materie întunecată, deci nicio posibilitate de a avea loc coliziuni între astfel de obiecte, care să ducă la formarea de găuri negre.
Pe de altă parte, materia întunecată face parte din găurile negre formate din materia normală, căci odată trecută granița orizontului evenimentelor, nu mai există nicio cale pentru materia întunecată să iasă din gaura neagră. Dar luând în calcul natura difuză a materiei întunecate, se apreciază că cel mult 1% din masa unei găuri negre este formată din materie întunecată.
Textul are bază acest articol din BigThink
