¿Se espera que los agujeros negros contengan la misma proporción de materia oscura a materia regular que el resto del universo?

¿Se espera que los agujeros negros contengan la misma proporción de materia oscura a materia regular que el resto del universo? He oído que la materia oscura se distribuye en halos alrededor de las galaxias. ¿Eso hace que sea menos probable que se ingiera en un agujero negro?

black-hole dark-matter

— joseph.hainline
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Probablemente no, porque la materia regular forma un disco de acreción limpio y la materia oscura (que yo sepa) no lo hace. La Vía Láctea es 88% de materia oscura, pero el sistema solar es 99,999999999% de materia regular. Uno se agrupa, el otro no. Pero, dejaré que alguien más inteligente que yo responda a este con una referencia a un estudio o estimación científica real. Agregaré que puede haber cierta incertidumbre sobre los agujeros negros primordiales y cuánta materia oscura entró en su formación. Los agujeros negros estelares están compuestos esencialmente de toda materia regular

— userLTK

@userLTK Podría modificar su comentario para que lea "todos los efectos observados actuales indican que la materia oscura se distribuye de manera uniforme" y así sucesivamente, solo para enfatizar que en este momento sabemos que estamos en cuclillas sobre la materia oscura.

— Carl Witthoft

Pero creemos que los agujeros negros PUEDEN contener materia oscura, ¿correcto? La materia oscura todavía se ve afectada por la gravedad, si nada más ¿verdad?

— joseph.hainline

@CarlWitthoft: ese es un buen punto. Probablemente fue un mal comentario de todos modos porque es una respuesta, pero esperaba que alguien más inteligente que yo diera una respuesta oficial y luego eliminaría el comentario. Y, Jospeh, sí, es probable que la materia oscura se coma y no pueda escapar de los agujeros negros, pero hasta que sepamos qué es, no creo que nadie pueda decirlo con certeza. La materia oscura se ve afectada por la gravedad,

— userLTK

Respuestas:

(Respuesta corta: No, desplácese hasta el último punto).

Es irrelevante para un observador externo si la materia que cayó en el agujero negro era materia oscura o bariónica, por el teorema del no cabello. Las únicas propiedades de un agujero negro desde nuestro punto de vista son la masa, la carga eléctrica y el momento angular. (Pero, por supuesto, no entendemos la gravedad cuántica).
Desde el punto de vista de la materia que ha caído en el agujero negro, no pasa nada especial al cruzar el horizonte de eventos. Esto significa que la materia oscura permanece oscura y la materia bariónica permanece bariónica cuando se ve desde el interior del agujero negro.
Existe cierta controversia sobre cuánta materia oscura existe en el universo. Este artículo reciente , por ejemplo, indica en el resumen que un modelado más preciso de las curvas de rotación galáctica podría eliminar un gran porcentaje de la materia oscura no bariónica esperada. (Tenga en cuenta que, como indicó @pela en los comentarios, que los documentos de este autor no han sido revisados por pares y podrían ser sospechosos). Obviamente, la cantidad de materia oscura en el universo afectaría en gran medida la respuesta de la pregunta. Debo señalar que la controversia está compuesta principalmente por un pequeño número de científicos vocales que aparecen de manera desproporcionada en los medios. Siguiendo las principales secciones de ciencia de noticias, tengo la impresión de que la muerte de la materia oscura parece anunciarse una vez al mes más o menos.
La formación de agujeros negros supermasivos es poco conocida. Una hipótesis es que pueden formarse por fusión sucesiva de agujeros negros de masa estelar. Como recientemente se han observado observaciones de ondas gravitacionales de tales fusiones , y como candidatos para agujeros negros de masa intermedia también se han observado recientemente , asumiré aquí que así es como se forman y que los agujeros negros supermasivos están hechos de aproximadamente las mismas cosas que masa estelar agujeros negros.
Los agujeros negros pierden la mayor parte de su masa durante el proceso de formación. Es importante tener siempre en cuenta si estamos hablando de la masa del núcleo estelar que colapsó para formar el agujero negro (esta es a menudo la "masa" de un agujero negro al que se hace referencia cuando se habla, por ejemplo, del tamaño mínimo negro agujero que puede formarse por el colapso del núcleo) o la masa del agujero negro visto por un observador distante después de la supernova.
Las partículas de materia oscura no pueden perder mucha energía orbital al interactuar con otra materia ni por radiación, por lo tanto, permanecerán en órbita alrededor de un agujero negro en lugar de caerse, a menos que ocurran por una improbable posibilidad de golpearlo cerca del horizonte de eventos. Este artículo indica que los agujeros negros supermasivos simulados no obtienen más del 10% de su masa de la materia oscura.

Sin embargo, hay que decir que algunos científicos sospechan que la materia oscura está hecha de agujeros negros primordiales en primer lugar. También existe la teoría de los MACHO ( Massive Compact Halo Objects ), que la materia oscura está compuesta de grandes cuerpos compactos como los agujeros negros, pero la mayoría cree que esta teoría no puede explicar la materia oscura en el universo.

— usuario25972
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Solo un pequeño punto, pero "sucede por casualidad para acertar", aunque generalmente es correcto, probablemente no sea 100% correcto. Todas las partículas masivas que vuelan dentro de 3 radios están destinadas a caer en el agujero negro a menos que una fuerza externa actúe sobre ellas. No tienen que golpear directamente dentro de 3 radios o 2 radios desde el horizonte de eventos. (Creo que es 3x, a veces leo 1.5x). La materia oscura debe regirse por los efectos relativistas, por lo que hay una región de captura fuera del horizonte de eventos, incluso si la materia oscura no pierde energía orbital por colisión.

— userLTK

Buena respuesta, pero el primer documento al que se vincula (Xiaochun y Kuan 2009) es un poco sospechoso. No tiene arbitraje, como todos los demás documentos de Xiaochun. Pero por lo que puedo ver al navegar muy rápido a través de él, en realidad parece confirmar aproximadamente la proporción de materia oscura a bariónica aceptada. No creo que haya mucha controversia sobre la cantidad de DM (a menos que seas un MONDer). Además, tenga en cuenta que su último comentario es sobre los agujeros negros primordiales , es decir, lo que sea que estén hechos es una parte insignificante del BH adulto. Pero tal vez eso es lo que quieres decir con "en primer lugar". De todos modos, +1.

— pela

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

1.5 R_{S}

$1.5R_\mathrm{S}$

3 R_{S}

$3R_\mathrm{S}$

Estoy totalmente de acuerdo con @userLTK. Al golpear el agujero negro "en cuadrado", no tenía la intención de referirme a golpear el horizonte de eventos exactamente, sino que lo pretendía como se ve desde lejos; que hay una pequeña región objetivo cerca del centro que deben golpear. Trataré de aclarar un poco la respuesta.

— user25972

@pela Gracias por sus comentarios sobre el documento de Xiaochun y Kuan. Debo admitir que no lo revisé con suficiente detalle. También actualizaré la respuesta en función de sus comentarios.

— user25972

La materia oscura está (se cree que está) en halos que se extienden tanto al centro de las galaxias como a la mayoría de la materia normal en las galaxias (gas, estrellas, polvo). Por lo tanto, un agujero negro dentro de una galaxia podría, e indudablemente, ingerir algo de materia oscura. Sin embargo:

Los agujeros negros de masa estelar se forman a partir del colapso del núcleo de una estrella masiva. Dado que las estrellas son casi en su totalidad de materia regular, el remanente de BH inicialmente formado se habría hecho casi por completo de materia regular. Tales BH podrían crecer más tarde acumulando gas (por ejemplo, de una estrella compañera binaria cercana), en cuyo caso están ganando masa en forma de materia regular. Inevitablemente habría alguna materia oscura tragado por el BH, ya que estuvo en órbita dentro de su galaxia madre - al igual que la BH se tragaba un poco de polvo interestelar, por ejemplo. Pero todavía se formaría abrumadoramente a partir de la materia regular.

Los agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias probablemente comenzarían por algún tipo de colapso del universo temprano de una nube de gas o una estrella muy masiva, que nuevamente sería en su mayoría materia regular. El crecimiento posterior de BH supermasivos proviene principalmente del gas interestelar que alimenta un disco de acreción alrededor del BH, además de la estrella ocasional que se acerca demasiado, por lo que una vez más, es principalmente materia regular que cae en el agujero negro. (Las regiones centrales de las galaxias hacer pasar un buen materia oscura, pero están dominados por la materia normal. Además, la materia ordinaria en forma de nubes de gas puede perder fácilmente la energía a través de colisiones nube-nube y se hunden hasta el centro de la galaxia, donde podría alimentar a un BH supermasivo; la materia oscura no puede hacer esto).

(Por supuesto, como señala el usuario 25972, es muy irrelevante para los extraños como nosotros qué tipo de materia se necesita para formar un BH. Un agujero negro formado a partir de materia oscura se comportaría de manera idéntica a uno formado a partir de materia regular).

— Peter Erwin
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¿Sabemos por qué cuando la galaxia se formó, la materia oscura no se distribuyó de manera similar a la materia normal? ¿Por qué está ahí afuera en halos? ¿No debería la gravedad arrastrarlo como materia normal hacia grupos y estrellas, etc.?

— joseph.hainline

La materia regular en forma de, por ejemplo, nubes de gas puede colisionar y perder energía y momento angular, por lo que el gas terminará en órbitas más pequeñas más cerca del centro de la (proto-) galaxia. Las nubes de gas también son compatibles con la gravedad interna mediante presión interna, que depende (entre otras cosas) de la temperatura; Como el gas puede enfriarse por radiación, las nubes de gas pueden terminar con una presión más baja y colapsarse para formar grupos y estrellas.

— Peter Erwin

Entonces, la respuesta en cierto sentido es: la materia oscura y la materia regular comenzaron con distribuciones similares (y colapsaron para formar halos en el universo primitivo); pero la materia regular en forma de gas puede perder energía orbital y, por lo tanto, colapsar aún más de una manera que la materia oscura no puede.

— Peter Erwin