Pimeä aine voi kyllä imeytyä mustiin aukkoihin, mutta ei samalla tavalla kuin tavallinen aine. Syynä on pimeän aineen erityisluonne ja se, miten se käyttäytyy verrattuna tavalliseen aineeseen.
Pimeän aineen ja mustien aukkojen vuorovaikutus
Pimeä aine vaikuttaa maailmankaikkeuteen pääasiassa gravitaation kautta, ja siksi se tuntee myös mustan aukon vetovoiman. Jos pimeän aineen hiukkanen kulkee riittävän lähellä mustaa aukkoa, se voi joutua sen gravitaatiokenttään ja imeytyä mustaan aukkoon, aivan kuten mikä tahansa muu aine.
Kuitenkin toisin kuin tavallinen aine, pimeä aine ei vuorovaikuta sähkömagneettisesti, eli se ei synnytä säteilyä, törmää tai hankaa toisia hiukkasia vasten. Tämä tarkoittaa, että pimeä aine ei menettä liike-energiaansa samalla tavalla kuin tavallinen aine, joka hidastuu ja kertyy mustan aukon läheisyyteen, muodostaen usein kaasukiekkoja tai muuta tiheää materiaalia ennen joutumistaan aukkoon. Pimeän aineen hiukkaset liikkuvat lähellä mustaa aukkoa hyvin suurilla nopeuksilla ja ne voivat vain “ohittaa” mustan aukon, jos ne eivät kulje aivan sen tapahtumahorisontin kautta.
Miksi pimeää ainetta ei keräänny mustiin aukkoihin?
Pimeän aineen taipumus liikkua suurilla nopeuksilla ja sen heikko vuorovaikutus tekee siitä huonosti kasaantuvaa, vaikka mustat aukot houkuttelevatkin massaa puoleensa. Tässä muutamia syitä, miksi pimeä aine ei juuri keräänny mustiin aukkoihin:
- Nopea liike: Pimeän aineen hiukkaset liikkuvat galaksien haloissa suurilla nopeuksilla, eikä niillä ole samanlaista mahdollisuutta menettää nopeutta ja liike-energiaa kuin tavallisella aineella. Tämä vähentää todennäköisyyttä, että ne imeytyisivät mustiin aukkoihin.
- Vuorovaikutusten puute: Tavallinen aine voi muodostaa kiekkoja ja pilviä mustien aukkojen ympärille, koska se törmää muihin hiukkasiin ja menettää energiaa. Pimeä aine ei vuorovaikuta tällä tavalla, joten se ei keräänny tiheisiin rakenteisiin mustien aukkojen läheisyydessä.
- Harvinaiset kohtaamiset: Mustat aukot imevät pimeää ainetta ainoastaan silloin, kun pimeän aineen hiukkanen päätyy tarkalleen mustan aukon tapahtumahorisonttiin. Tämä tekee prosessista hyvin harvinaisen verrattuna siihen, miten tavallinen aine kertyy mustan aukon läheisyyteen.
Voisiko mustat aukot silti kerätä pimeää ainetta?
Kyllä, pitkällä aikavälillä mustat aukot voivat kerätä pimeää ainetta. Teoriassa, jos pimeän aineen hiukkanen kulkee riittävän lähelle mustaa aukkoa, se imeytyy mustan aukon sisään. Tämä prosessi on kuitenkin hyvin hidas ja tapahtuu paljon harvemmin kuin tavallisen aineen kohdalla.
Jotkut tutkimukset ovat jopa ehdottaneet, että hyvin massiivisten mustien aukkojen kasvu voisi osittain selittyä niiden kyvyllä kerätä pimeää ainetta pitkien aikojen kuluessa. Tämä voisi auttaa selittämään, miksi jotkin galaksien keskustoissa sijaitsevat supermassiiviset mustat aukot ovat niin valtavia.
Yhteenveto
Vaikka pimeä aine voi periaatteessa imeytyä mustiin aukkoihin, se ei tee sitä samassa mittakaavassa kuin tavallinen aine. Pimeän aineen vuorovaikutuksettomuus, nopeus ja liike-energian säilyminen tekevät siitä paljon vähemmän todennäköisesti mustaan aukkoon päätyvää materiaalia. Toisin kuin tavallinen aine, pimeä aine ei muodosta tiiviitä kiekkoja tai pilviä mustien aukkojen ympärille, vaan se jatkaa liikkumistaan galaktisissa haloissa.
Taipuuko pimeän aineen liikerata mustan aukon läheisyydessä kuten valo?
Kyllä, pimeän aineen liikerata voi taipua mustan aukon läheisyydessä samalla tavalla kuin valon, mutta periaate on hieman erilainen. Tämä johtuu siitä, että sekä valo että pimeä aine ovat alttiita gravitaatiolle, mutta ne käyttäytyvät eri tavoin.
Gravitaatiolinssi-ilmiö ja valon taipuminen
Valo taipuu mustan aukon läheisyydessä gravitaatiolinssi-ilmiön kautta. Tämä johtuu Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan siitä, että massiiviset kappaleet, kuten mustat aukot, kaareuttavat aika-avaruutta. Valo, joka normaalisti kulkee suoraviivaisesti, seuraa tätä kaareutunutta reittiä ja näyttää taipuvan. Tämä taipuminen on selkeästi havaittavissa esimerkiksi silloin, kun galaksien valoa kulkee massiivisten galaksijoukkojen tai mustien aukkojen läheltä.
Pimeän aineen käyttäytyminen
Pimeä aine ei ole valoa, mutta sillä on massa, ja siksi se tuntee gravitaation vaikutuksen. Kun pimeän aineen hiukkanen kulkee massiivisen kappaleen, kuten mustan aukon, läheltä, sen liikerata taipuu samalla tavalla kuin minkä tahansa massallisen kappaleen, koska mustan aukon gravitaatiokenttä vaikuttaa siihen.
Tässä on keskeistä se, että pimeä aine liikkuu kohti mustan aukon painovoimakuoppaa, mikä tarkoittaa, että sen liikerata voi muuttua, kun se ohittaa mustan aukon. Tämä on sama ilmiö, joka vaikuttaa myös tavallisen aineen ja muiden massallisten kappaleiden liikeratoihin mustan aukon läheisyydessä.
Erot valon ja pimeän aineen välillä
Vaikka sekä valo että pimeä aine ovat alttiita mustan aukon gravitaatiolle, ne käyttäytyvät hieman eri tavoin:
- Valo: Vaikka valo ei omaa massaa, se seuraa aika-avaruuden kaareutumista ja sen liikerata muuttuu mustan aukon lähellä. Jos valo päätyy liian lähelle mustaa aukkoa (tapahtumahorisontin sisälle), se ei voi paeta.
- Pimeä aine: Pimeä aineella on massa, ja se seuraa mustan aukon gravitaatiota aivan kuten mikä tahansa massallinen hiukkanen. Jos pimeän aineen hiukkanen tulee riittävän lähelle mustaa aukkoa, se voi imeytyä siihen. Kuitenkin, koska pimeä aine ei vuorovaikuta sähkömagneettisesti, se ei muodosta kiertäviä kiekkoja tai rakenteita samalla tavalla kuin tavallinen aine.
Yhteenveto
Pimeän aineen liikerata voi taipua mustan aukon läheisyydessä, koska gravitaatio vaikuttaa siihen samalla tavalla kuin valoon tai mihin tahansa massalliseen kappaleeseen. Tämä taipuminen tapahtuu gravitaation vaikutuksesta, ja vaikka pimeä aine käyttäytyy eri tavoin kuin valo (esimerkiksi se ei säteile), sen reittiä ohjaa mustan aukon aiheuttama aika-avaruuden kaareutuminen.