Может ли тёмная материя сколлапсировать в чёрную дыру?

[Denis Russkih]

Недавно в мою башку постучались вопросы:
1. Может ли в принципе тёмная материя сколлапсировать в чёрную дыру?
2. Поглощается ли она чёрными дырами, расположенными в центре галактики? И если да, то почему ещё не вся съедена ими?

Поскольку я нигде не учусь, и спрашиваю чисто для себя, из простого любопытства, то прошу не мучить меня "наводящими вопросами", а просто сразу сказать, как есть. :)

Собственные "попытки решения", если это можно так назвать:

• На первые вопроса, вероятно, ответ "да", поскольку тёмная материя участвует в гравитационных взаимодействиях — а значит, по идее, должна иметь все соответствующие права и обязанности. :)
• Возможно, вся тёмная материя, которая могла быть быстро съедена чёрными дырами, уже давно ими съедена. Все оставшиеся частицы тёмной материи летают по таким траекториям, что обычно "промахиваются" мимо чёрных дыр, и лишь в редких случаях попадают туда. То есть, невидимое массивное облако тёмной материи в галактике — это своего рода продукт "естественного отбора" среди частиц тёмной материи.

Дела обстоят именно так, или есть какие-то тонкости, которые всё меняют?

[Dmitriy40]

Denis Russkih в сообщении #1224311 писал(а):

Возможно, вся тёмная материя, которая могла быть быстро съедена чёрными дырами, уже давно ими съедена. Все оставшиеся частицы тёмной материи летают по таким траекториям, что обычно "промахиваются" мимо чёрных дыр, и лишь в редких случаях попадают туда.

Вот это явно неверно, насколько мне помнится, тёмная материя и была открыта как огромное облако не пойми чего, выравнивающее гравитационный потенциал по радиусу галактик. Т.е. облако тёмной материи как бы даже не больше видимой части галактик. А не съедено всё в центре как Вы подразумеваете.

Насчёт может ли образоваться чёрная дыра из тёмной материи на форуме уже спрашивалось, поищите. Пока же скажу что точно неизвестно, т.к. мы не знаем функции давления тёмной материи, а без неё может не найтись физического механизма сжатия её до гравитационного радиуса (например давление при сжатии растёт слишком быстро). Соответственно существовать может, а образовываться нет.

Denis Russkih в сообщении #1224311 писал(а):

Поглощается ли она чёрными дырами, расположенными в центре галактики? И если да, то почему ещё не вся съедена ими?

Поглощается, почему нет. А не съедена потому же почему остались видимые звёзды - летает вокруг по орбитам не касаясь горизонта.

PS. Надеюсь нигде сильно не наврал.

[Dmitriy40]

Приведу одну цитату ровно про коллапс тёмной материи в чёрную дыру:

Munin в сообщении #715573 писал(а):

Lexey в сообщении #715498 писал(а):

Почему бы тёмной материи не коллапсировать с образованием тёмных звезд?

Для коллапса нужно, чтобы частицы вели себя как газ, то есть в каждой точке можно выбрать некоторую одну скорость, которая будет скоростью течения газа. Любая частица, оказавшаяся в этой точке, начинает двигаться с этой средней скоростью, плюс скорость теплового движения. Тогда может развиться гравитационная неустойчивость Джинса. Но это происходит за счёт постоянных столкновений в газе: все частицы релаксируют к общему распределению Максвелла-Больцмана по скоростям и энергиям. А тёмная материя - бесстолкновительный "газ", у неё длина свободного пробега по оценкам невероятно огромна - не меньше поперечника скопления галактик. Частицы такого газа просто не успевают тормозить, чтобы куда-то начать коллапсировать. В каждой точке пространства летят одновременно множество независимых и невзаимодействующих потоков частиц во все стороны - и не успев почувствовать гравитации, несутся дальше.

[Denis Russkih]

Dmitriy40

Огромное спасибо за информацию!

[pda]

Дело не только в том, что она не тормозиться, дело в том, что существующие модели показывают её довольно равномерное распределение. Т.е. частицы тёмной материи (если она существует) не взаимодействуют или очень плохо взаимодействуют друг с другом. Это не даёт им возможности слипаться, образуя тёмные планеты, звёзды и т.д. :) По этому самостоятельно тёмная материя чёрных дыр не образует. Выпадать на существующие - может, но её в несколько раз больше барионной материи, так что выпадать она будет ооочень долго.

[epros]

pda в сообщении #1225722 писал(а):

Т.е. частицы тёмной материи (если она существует) не взаимодействуют или очень плохо взаимодействуют друг с другом. Это не даёт им возможности слипаться, образуя тёмные планеты, звёзды и т.д.

Но гравитационно-то она ведь взаимодействует? Напомню, что "слипание в планеты, звёзды и т.п." происходит именно в результате гравитационного взаимодействия. Так что поищите другое объяснение причин, по которым с тёмной материей этого не происходит.

[wrest]

epros в сообщении #1226161 писал(а):

Напомню, что "слипание в планеты, звёзды и т.п." происходит именно в результате гравитационного взаимодействия.

Ну вот представьте, что будет, если допустим вам удалось собрать, скажем, в момент времени $t=t_0=0$ тонкостенную сферу из неподвижных частиц темной материи. При запуске времени, частицы начнут падать к центру и там все одновременно сойдутся в маленький шарик (по порядку радиуса соответствующий толщине стенки изначальной сферы), но поскольку они не взаимодействуют никак кроме как гравитационно (не сталкиваются между собой и т.п.), то погасить кинетическую энергию им будет нечем, и они вновь разлетятся и в какой-то момент времени $t=t_1>0$ сформируют изначальную тонкостенную сферу. И эти колебания будут продолжаться и продолжаться с периодом равным $t_1$... Тут бы пригодились уносящие энергию гравитационные волны, но в такой конфигурации они не излучаются.

P.S. Если, конечно, удастся собрать такую изначальную сферу, что в какой-то фазе падения её радиус станет равен гравитационному, тогда наверное сможет образоваться черная дыра и обратно частицы не разлетятся, но до тех пор закон сохранения механической энергии и импульса не даст им "слипнуться".

[epros]

wrest в сообщении #1226182 писал(а):

но поскольку они не взаимодействуют никак кроме как гравитационно (не сталкиваются между собой и т.п.), то погасить кинетическую энергию им будет нечем, и они вновь разлетятся

Тут-то Вы и ошибаетесь. Ежели бы удалось собрать тонкостенную сферу "из неподвижных частиц тёмной материи" (которые, напоминаю, по условию задачи не взаимодействуют иначе как гравитационно), то сия конструкция сколлапсировала бы в чёрную дыру в соответствии с уравнением коллапса пылевой серы. А стало быть ничто бы уже никуда вновь не разлетелось.

[Geen]

epros в сообщении #1226192 писал(а):

wrest в сообщении #1226182 писал(а):

но поскольку они не взаимодействуют никак кроме как гравитационно (не сталкиваются между собой и т.п.), то погасить кинетическую энергию им будет нечем, и они вновь разлетятся

Тут-то Вы и ошибаетесь. Ежели бы удалось собрать тонкостенную сферу "из неподвижных частиц тёмной материи" (которые, напоминаю, по условию задачи не взаимодействуют иначе как гравитационно), то сия конструкция сколлапсировала бы в чёрную дыру в соответствии с уравнением коллапса пылевой серы. А стало быть ничто бы уже никуда вновь не разлетелось.

Это если сфера тонкая. А если толстая, то будет долго пульсировать...

[epros]

Geen в сообщении #1226250 писал(а):

Это если сфера тонкая

Я, вроде, видел там слово "тонкостенная". Соответственно, "маленький шарик (по порядку радиуса соответствующий толщине стенки изначальной сферы)" изначально предполагается менее чем гравитационного радиуса.