Les trous noirs devraient-ils contenir le même rapport de matière noire à matière régulière que le reste de l'univers?

Les trous noirs devraient-ils contenir le même rapport de matière noire à matière régulière que le reste de l'univers? J'ai entendu dire que la matière noire est distribuée en halos autour des galaxies. Est-ce que cela le rend moins susceptible d'être ingéré dans un trou noir?

black-hole dark-matter

— joseph.hainline
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Probablement pas, car la matière régulière forme un disque d'accrétion soigné et pas la matière noire (à ma connaissance). La voie lactée est composée à 88% de matière noire mais le système solaire est composé à 99,999999999% de matière régulière. L'un s'agglutine, l'autre non. Mais, je vais laisser quelqu'un plus intelligent que moi répondre à celui-ci en faisant référence à un véritable étalon ou estimation scientifique. J'ajouterai qu'il pourrait y avoir une certaine incertitude sur les trous noirs primordiaux et la quantité de matière noire entrée dans leur formation. Les trous noirs stellaires sont constitués essentiellement de toute matière régulière

— userLTK

@userLTK Je pourrais modifier votre commentaire pour lire "tous les effets observés actuels indiquent que la matière noire est uniformément distribuée" et ainsi de suite, pour souligner que nous connaissons actuellement le diddly-squat sur la matière noire.

— Carl Witthoft

Mais nous pensons que les trous noirs PEUVENT contenir de la matière noire, n'est-ce pas? La matière noire est toujours affectée par la gravité, si rien d'autre n'est vrai?

— joseph.hainline

@CarlWitthoft - c'est un bon point. C'était probablement un mauvais commentaire de toute façon car c'est une réponse, mais j'espérais que quelqu'un plus intelligent que moi donnerait une réponse officielle, alors je supprimerai le commentaire. Et, Jospeh - oui, il est probable que la matière noire soit mangée et ne puisse pas s'échapper des trous noirs, mais tant que nous ne saurons pas ce que c'est, je ne pense pas que quiconque puisse dire avec certitude. La matière noire est affectée par la gravité,

— userLTK

Réponses:

(Réponse courte: Non, faites défiler jusqu'au dernier point.)

Il n'est pas pertinent pour un observateur externe de savoir si la matière tombée dans le trou noir était de la matière noire ou baryonique, selon le théorème sans cheveux. Les seules propriétés d'un trou noir de notre point de vue sont la masse, la charge électrique et le moment angulaire. (Mais bien sûr, nous ne comprenons pas la gravité quantique.)
Du point de vue de la matière tombée dans le trou noir, rien de spécial ne se produit lors du franchissement de l'horizon des événements. Cela signifie que la matière noire reste sombre et que la matière baryonique reste baryonique lorsqu'elle est vue de l'intérieur du trou noir.
Il y a une certaine controverse sur la quantité de matière noire qui existe dans l'univers. Cet article récent , par exemple, indique dans l'abstrait qu'une modélisation plus précise des courbes de rotation galactique pourrait éliminer un grand pourcentage de la matière noire non baryonique attendue. (Notez que @pela a indiqué dans les commentaires que les articles de cet auteur n'ont pas été évalués par des pairs et pourraient être suspects.) De toute évidence, la quantité de matière noire dans l'univers affecterait grandement la réponse à la question. Je dois noter que la controverse est principalement composée d'un petit nombre de chanteurs qui apparaissent de manière disproportionnée dans les médias. En suivant les sections de l'actualité scientifique, j'ai l'impression que la mort de la matière noire semble être annoncée une fois par mois environ.
La formation de trous noirs supermassifs est mal connue. Une hypothèse est qu'ils peuvent se former par fusion successive de trous noirs de masse stellaire. Comme il y a eu récemment des observations d'ondes gravitationnelles de telles fusions , et comme des candidats à des trous noirs de masse intermédiaire ont également été observés récemment , je suppose ici que c'est ainsi qu'ils se forment et que les trous noirs supermassifs sont donc constitués à peu près de la même substance que trous noirs de masse stellaire.
Les trous noirs perdent la majeure partie de leur masse pendant le processus de formation. Il est important de toujours garder à l'esprit si nous parlons de la masse du noyau stellaire qui s'est effondré pour former le trou noir (il s'agit souvent de la "masse" d'un trou noir à laquelle on fait référence lorsque l'on parle par exemple de la taille minimale noire trou qui peut se former par effondrement du noyau) ou la masse du trou noir vue par un observateur distant après la supernova.
Les particules de matière noire ne peuvent pas perdre beaucoup d'énergie orbitale en interagissant avec d'autres matières ni par rayonnement, elles resteront donc en orbite autour d'un trou noir plutôt que de tomber, à moins qu'elles n'arrivent par une chance improbable de la toucher près de l'horizon des événements. Cet article indique que les trous noirs supermassifs simulés ne tirent pas plus d'environ 10% de leur masse de matière noire.

Cependant, il faut dire que certains scientifiques soupçonnent que la matière noire est constituée de trous noirs primordiaux en premier lieu. Il y a aussi la théorie des MACHO ( Massive Compact Halo Objects ), selon laquelle la matière noire est composée de grands corps compacts tels que les trous noirs, mais la plupart pensent que cette théorie ne peut pas rendre compte de la matière noire dans l'univers.

— user25972
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Juste un petit point, mais "arrive par hasard pour toucher la case", bien que généralement correct, ce n'est probablement pas vrai à 100%. Toutes les particules massives qui volent à l'intérieur de 3 rayons sont destinées à tomber dans le trou noir à moins qu'une force extérieure n'agisse sur elles. Ils n'ont pas à frapper directement juste à moins de 3 rayons ou 2 rayons de l'horizon des événements. (Je pense que c'est 3x, parfois je lis 1,5x). La matière noire doit être régie par des effets relativistes, il existe donc une région de capture en dehors de l'horizon des événements, même si la matière noire ne perd pas d'énergie orbitale par collision.

— userLTK

Belle réponse, mais je suis un peu méfiant à propos du premier document auquel vous vous connectez (Xiaochun & Kuan 2009). Il n'est pas arbitré, comme tous les autres papiers de Xiaochun. Mais pour autant que je puisse le voir en le parcourant très rapidement, il semble en réalité confirmer grossièrement le rapport de matière sombre sur baryonique accepté. Je ne pense pas qu'il y ait beaucoup de controverse sur la quantité de DM (sauf si vous êtes MONDer). Notez également que votre dernier commentaire concerne les trous noirs primordiaux , c'est-à-dire que tout ce dont ils sont constitués est une partie négligeable du BH adulte. Mais c'est peut-être ce que vous entendez par "en premier lieu". Quoi qu'il en soit, +1.

— pela

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

R_{S}

$R_\mathrm{S}$

1.5 R_{S}

$1.5R_\mathrm{S}$

3 R_{S}

$3R_\mathrm{S}$

Je suis absolument d'accord avec @userLTK. En frappant le trou noir "carré", je n'avais pas l'intention de faire référence à frapper l'horizon des événements exactement, je le voulais plutôt vu de loin; qu'il y a une petite région cible près du centre qu'ils doivent toucher. Je vais essayer de clarifier un peu la réponse.

— user25972

@pela Merci pour vos commentaires sur le papier de Xiaochun & Kuan. Je dois admettre que je ne l'ai pas vérifié suffisamment en détail. Je mettrai également à jour la réponse en fonction de vos commentaires.

— user25972

La matière noire est (supposée être) dans des halos qui s'étendent à la fois au centre des galaxies et à l' extérieur de la plupart des matières normales des galaxies (gaz, étoiles, poussière). Ainsi, un trou noir à l'intérieur d'une galaxie pourrait et sans aucun doute ingérera de la matière noire. Pourtant:

Des trous noirs de masse stellaire se forment à partir de l'effondrement du noyau d'une étoile massive. Puisque les étoiles sont presque entièrement constituées de matière régulière, le résidu BH initialement formé aurait lui-même été presque entièrement constitué de matière régulière. De tels BH pourraient croître plus tard en accrétant du gaz (par exemple, à partir d'une étoile compagnon binaire proche), auquel cas ils gagnent de la masse sous forme de matière régulière. Il y aurait inévitablement une matière noire avalé par la BH qu'elle a mis en orbite au sein de sa galaxie mère - tout comme le BH avalerait un peu de poussière interstellaire, par exemple. Mais il serait encore massivement formé à partir de matière régulière.

Les trous noirs supermassifs dans les centres des galaxies commenceraient probablement par une sorte d'effondrement au début de l'univers d'un nuage de gaz ou d'une étoile très massive, qui serait encore une fois principalement une matière régulière. La croissance subséquente de BH supermassifs provient principalement du gaz interstellaire alimentant un disque d'accrétion autour de la BH, ainsi que de l'étoile occasionnelle qui se promène trop près - donc encore une fois, c'est principalement de la matière régulière qui tombe dans le trou noir. (Les régions centrales des galaxies contiennent de la matière noire, mais elles sont dominées par de la matière régulière. De plus, la matière régulière sous forme de nuages de gaz peut facilement perdre de l'énergie via des collisions nuage-nuage et couler au centre de la galaxie, où il pourrait nourrir un BH supermassif; la matière noire ne peut pas faire cela.)

(Bien sûr, comme le souligne user25972, il est largement hors de propos pour des étrangers comme nous quel type de matière entre dans la fabrication d'un BH. Un trou noir formé de matière noire se comporterait de manière identique à un trou formé de matière régulière.)

— Peter Erwin
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Savons-nous pourquoi, lorsque la galaxie s'est formée, la matière noire n'a pas été distribuée de la même manière que la matière régulière? Pourquoi est-il là-bas dans des halos? La gravité ne devrait-elle pas l'entraîner comme de la matière normale dans des amas et des étoiles, etc.?

— joseph.hainline

La matière régulière sous la forme, par exemple, de nuages de gaz peut entrer en collision et perdre de l'énergie et de l'élan angulaire, de sorte que le gaz se retrouvera sur de plus petites orbites plus près du centre de la (proto-) galaxie. Les nuages de gaz sont également soutenus contre l'auto-gravité par la pression interne, qui dépend (entre autres) de la température; comme le gaz peut se refroidir par rayonnement, les nuages de gaz peuvent se retrouver avec une pression plus basse et ainsi s'effondrer pour former des amas et des étoiles.

— Peter Erwin

Donc, la réponse dans un sens est: la matière noire et la matière régulière ont commencé avec des distributions similaires (et se sont effondrées pour former des halos dans le premier univers); mais la matière régulière sous forme de gaz peut perdre de l'énergie orbitale et ainsi s'effondrer davantage de manière impossible à la matière noire.

— Peter Erwin