Los agujeros negros son quizás los objetos más indescriptibles del Universo: la concentración de una masa tal que colapsa, como sigue de la relatividad general, a una singularidad en el centro. Los átomos, los núcleos e incluso las partículas fundamentales se comprimen en un punto infinitesimal en nuestro espacio tridimensional. Todo lo que cae en un agujero negro está condenado a permanecer en él hasta el fin de los tiempos, capturado por su gravedad, que ni siquiera la luz puede salir. ¿Cuál es el destino de la materia oscura cuando se encuentra con un agujero negro?
¿Será absorbido por la singularidad como materia normal y contribuirá a la masa del agujero negro? Si es así, cuando el agujero negro se evapore debido a la radiación de Hawking, ¿qué pasará con la materia oscura?
Deberíamos empezar por lo que son los agujeros negros.
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Aquí en la Tierra, si quieres enviar algo al espacio, necesitas superar la atracción gravitacional de la Tierra. Para nuestro planeta, la llamada velocidad de escape es de aproximadamente 11,2 km / s, se puede desarrollar utilizando un cohete suficientemente potente. Si estuviéramos en la superficie del Sol, la velocidad de escape sería mucho mayor, 55 veces: 617,5 km / s. Cuando nuestro Sol muera, se encogerá hasta convertirse en una enana blanca, que tendrá el tamaño de la Tierra, pero será la mitad de la masa del Sol actual. En él, la velocidad de escape será de unos 4570 km / s, que es aproximadamente el 1,5% de la velocidad de la luz.
Esto es importante porque estás concentrando cada vez más masa en una región particular del espacio, y la velocidad de escape de ese objeto se acerca cada vez más a la velocidad de la luz. Y tan pronto como su velocidad de escape en la superficie de un objeto alcance o exceda la velocidad de la luz, no solo la luz ya no podrá abandonarlo, hasta donde entendemos hoy la materia, la energía, el espacio y el tiempo, todo este objeto colapsará en una singularidad. La razón es simple: todas las fuerzas fundamentales, incluidas las fuerzas que mantienen unidos átomos, protones o incluso quarks, no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz. Por lo tanto, si se encuentra en un cierto punto de la singularidad central y está tratando de mantener un objeto distante del colapso gravitacional, no puede; el colapso es inevitable. Y todo lo que necesitas para superar esta barrera es una estrella 20-40 más masiva que el Sol.
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Cuando su núcleo se quede sin combustible, el centro explotará bajo su propia gravedad, creando una supernova catastrófica, explotando y destruyendo las capas externas, pero dejando un agujero negro en el centro. Estos agujeros negros crecen con el tiempo, absorbiendo cualquier materia y energía que se acerque demasiado. Incluso moviéndose a la velocidad de la luz, puede entrar y nunca abandonar el horizonte de eventos. Debido a la curvatura del propio espacio dentro del agujero negro, también caerás inevitablemente en una singularidad en el centro. Cuando esto sucede, simplemente agrega energía al agujero negro.
Fuera, no podemos decir en qué consistía originalmente el agujero negro: protones, electrones, neutrones, materia oscura o antimateria en general. Hay solo tres propiedades (hasta ahora) que podemos observar acerca de un agujero negro desde el exterior: su masa, su carga eléctrica y su momento angular, una medida del movimiento de rotación. La materia oscura, hasta donde sabemos, no tiene carga eléctrica, así como otras características cuánticas (carga de color, número bariónico, número leptónico, etc.), que pueden o no conservarse, o destruirse, basándose en la paradoja de la información de un agujero negro.
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Debido a cómo se forman los agujeros negros (a partir de explosiones de estrellas supermasivas) cuando se forman por primera vez, los agujeros negros son 100% materia regular (bariónica) y 0% materia oscura. No olvides que la materia oscura interactúa solo gravitacionalmente, a diferencia de la materia ordinaria, que interactúa a través de fuerzas gravitacionales, interacciones débiles, electromagnéticas y fuertes. Sí, las grandes galaxias y sus cúmulos tienen cinco veces más materia oscura que la materia ordinaria, pero se reúne en un gran halo. En una galaxia típica, este halo de materia oscura se extiende por varios millones de años luz, de forma esférica, en todas direcciones, mientras que la materia ordinaria se concentra en un disco que ocupa el 0,01% del volumen de materia oscura.
Los agujeros negros tienden a formarse dentro de las galaxias, donde la materia ordinaria domina por completo la materia oscura. Imagínese la región del espacio en la que nos encontramos: alrededor de nuestro sol. Si dibujamos una esfera de 100 AU. e. (a.u. es la distancia de la Tierra al Sol) alrededor de nuestro sistema solar, encerraremos todos los planetas, lunas, asteroides y todo el cinturón de Kuiper, pero la masa bariónica (materia ordinaria) encerrada en nuestra esfera estará representada principalmente Sol y pesa unos 2 x 1030 kg. Por otro lado, la cantidad total de materia oscura en la misma esfera será de solo 1 x 1019 kg, o 0,0000000005% de la masa de materia ordinaria en la misma región, igual a la masa de un modesto asteroide del tamaño de Juno, de unos 200 kilómetros de diámetro.
Con el tiempo, la materia oscura y la materia ordinaria chocarán con este agujero negro, serán absorbidas y aumentarán su masa. La mayor parte del crecimiento masivo provendrá de materia ordinaria, no de materia oscura, pero en algún momento, muchos billones de años en el futuro, la tasa de descomposición del agujero negro finalmente superará la tasa de crecimiento del agujero negro. El proceso de radiación de Hawking hará que las partículas y los fotones salgan del horizonte de eventos del agujero negro, conservando toda la energía, la carga y el momento angular del interior del agujero negro. Este proceso tomará de 1067 años (para un agujero negro con masa solar) a 10100 años (para los agujeros negros más masivos).
Esto significa que algo de materia oscura saldrá de los agujeros negros, pero será completamente diferente del volumen de materia oscura que entró inicialmente en el agujero negro. Todos los agujeros negros tienen una memoria de las cosas que entraron en ellos, en forma de un pequeño conjunto de números cuánticos, y esta cantidad de materia oscura no está incluida en ellos (recuerde, ¿no tiene todas las características cuánticas?). La salida será completamente diferente a la entrada.
Por lo tanto, la materia oscura es otra fuente de alimento para los agujeros negros, y está lejos de ser la mejor. Además, es una fuente de alimento completamente poco interesante. Tiene poco o ningún efecto sobre los agujeros negros.
ILYA KHEL
