Agujeros negros de materia oscura

Question

Siempre que la materia oscura se coaligue en halos alrededor y dentro de una galaxia y que la gravedad parece afectar a la materia oscura de forma similar a la materia regular, ¿sería posible que la materia oscura se coaligara en un agujero negro y que la masa de un agujero negro no incluyera materia regular y materia oscura?

Answer 1

Puede ser posible. Están tratando de ver si los datos pueden encajar. Creo que es poco probable, pero aquí hay pros y contras.

En http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-scientist-suggests-possible-link-between-primordial-black-holes-and-dark-matter están probando la hipótesis de que la materia oscura son agujeros negros formados en el primer segundo después del Big Bang. Han calculado que si las masas son típicamente cercanas a la de los agujeros negros detectados fusionándose por LIGO en 2015, unas 30 masas solares, reproduce los datos astrofísicos vistos para la radiación cósmica de rayos X e IR. No he seguido sus cálculos.

Hay restricciones significativas sobre el número de agujeros negros que pueden existir en diferentes tamaños de masa, y los más grandes no se ven favorecidos por esas restricciones. Las restricciones provienen del CMB, las lentes gravitacionales, etc. Los tamaños posibles dependen de lo tarde que se hayan formado, cuanto más tarde, más grandes. Aun así, se están buscando más datos. El Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma está buscando rayos X de agujeros negros más pequeños que estarían terminando de evaporarse a través de la radiación Hawking en estos momentos. Véase https://en.m.wikipedia.org/wiki/Primordial_black_hole .

Me gusta el argumento de @Crowell de que no sería fácil que la materia oscura disipara energía al formar agujeros negros primordiales. Tiende a decir que no es probable que los agujeros negros estén hechos de materia oscura. Sin embargo, véase más abajo, si la materia oscura es fría (es decir, lenta) podría ser posible. Aún así, los agujeros negros primordiales a los que me refiero en las búsquedas anteriores son materia normal, no formada por colapso estelar, sino por la suficiente compresión de burbujas de presión de radiación que se hacen lo suficientemente pequeñas en una masa lo suficientemente grande como para colapsar directamente. Eso es lo que busca la referencia de la NASA sobre la búsqueda de agujeros negros primordiales.

En el lado negativo he visto reseñas en otros lugares que describían los límites de MACHOS, como las fuentes de la materia oscura, siendo los agujeros negros incluso primordiales pero no demasiado pequeños. En https://en.m.wikipedia.org/wiki/Dark_matter_halo se describen los límites de la materia oscura en MACHOS y se muestra que se descartan en su mayoría. La hipótesis preferida actualmente es que probablemente se trate de WIMPS. Véase también un resumen en http://curious.astro.cornell.edu/about-us/88-the-universe/black-holes-and-quasars/observation-of-black-holes/421-could-the-universe-s-dark-matter-be-made-up-of-black-holes-advanced . Se presume que los WIMPS son materia oscura fría, pero partículas masivas más pequeñas en lugar de cuerpos más grandes.

Answer 2

Un agujero negro en una nube de materia oscura puede absorber estas partículas al igual que cualquier otra forma de materia. Sin embargo, es poco probable que la materia oscura pueda formar agujeros negros a menos que estas partículas interactúen mediante otras fuerzas no medidas que disipen energía. Si son de naturaleza puramente gravitatoria, entonces una nube de materia oscura se describe mediante el teorema de Virial con una magnitud de energía cinética que es la mitad de la magnitud de energía potencial.

Un agujero negro se forma porque la materia disipa mucha energía. Una estrella agota su fuente de fusión nuclear en el núcleo y la gravitación la implosiona. Las estrellas se forman, para empezar, por las interacciones disipativas. El sistema pierde mucho calor para que se produzca la implosión del núcleo. Si la materia oscura es puramente gravitacional, o tal vez de interacción débil, entonces no se puede disipar suficiente energía para forzar a esta materia a una configuración colapsada, primero una estrella y luego, en última instancia, la implosión del núcleo estelar.