VRAAG: Waarom valt donkere materie niet in een zwart gat?

Ik kreeg laatst een waanzinnig goede vraag, namelijk hoe het kan dat donkere materie niet in een zwart gat valt en of ons zonnestelsel ooit zou kunnen worden opgeslokt door het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg. In deze blog probeer ik deze vraag zo goed mogelijk te beantwoorden.

Donkere materie is een vorm van materie waarvan gedacht wordt dat deze verantwoordelijk is voor ongeveer 85% van de materie in het heelal. Daarmee bepaalt het ongeveer een kwart van de totale energiedichtheid. Van de meeste donkere materie wordt verondersteld dat het niet-baryonisch van aard is en dat het mogelijk is samengesteld uit nog niet ontdekte subatomaire deeltjes.

Onze Melkweg kan niet worden opgeslokt door Sagittarius A* (het grote zwarte gat in het midden) vanwege de grote afstand tussen het zwarte gat en de dichtstbijzijnde materie. Als 95% van het heelal bestaat uit “donkere materie” en dus ook onze Melkweg, waarom verdwijnt een deel van deze materie dan niet in het zwarte gat, met als gevolg dat de waarnemingshorizon wordt vergroot? En waardoor het dan uiteindelijk “ooit” onze hele Melkweg gaat opslokken?

Het klopt dat het zwarte gat in het centrum van de Melkweg in massa toeneemt naarmate er materiaal op valt. Hierdoor neemt ook de zogenaamde schwarzschildstraal een beetje toe. Donkere materie valt echter zelden in zwarte gaten. Dat blijkt eigenlijk samen te hangen met het feit dat we het niet zien: het gaat dus (bijna) geen interacties aan met zichzelf en met gewone materie. En dat is een probleem, want deeltjes verliezen hun zogenaamde impulsmoment (wat weer evenredig is met de snelheid waarmee ze rond het centrum van de Melkweg cirkelen en hun afstand tot dat centrum) doordat ze met andere deeltjes interacties hebben.

Nu zeggen de natuurkundewetten dat deeltjes in een baan om een ​​zwart gat pas in het zwarte gat kunnen vallen als ze een groot deel van hun impulsmoment verloren hebben. Omdat deze zwarte gaten ten opzichte van het sterrenstelsels relatief klein zijn, moeten sterrenstelsels behoorlijk wat impulsmoment verliezen om ook maar in de buurt van de waarnemingshorizon te komen. En om in het zwarte gat te kunnen vallen, moeten de deeltjes heel dicht bij het centrum van de Melkweg komen, wat weer betekent dat ze heel snel moeten gaan ronddraaien als het impulsmoment behouden blijft. Voor gewone deeltjes is dit geen probleem: naarmate ze dichter bij het zwarte gat komen, botsen en wrijven ze tegen elkaar, waardoor ze rotatie-energie en impulsmoment verliezen. Ze zullen dan spiraalsgewijs in het zwarte gat gaan verdwijnen (mits ze dicht genoeg bij het zwarte gat in de buurt komen, natuurlijk). Maar deeltjes van donkere materie hebben geen interacties. Dit betekent dat ze hun impulsmoment niet kunnen verliezen, zodat ze in principe nooit dicht genoeg bij zwarte gaten komen om te worden opgeslokt. Dus ongeacht de hoeveelheid donkere materie in de Melkweg, donkere materie zal Sagittarius A* niet van brandstof kunnen voorzien.