Первичные черные дыры - расстановка точек
Apr. 7th, 2022 09:15 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
vashu11За 7 последних лет LIGO обнаружил 22 слияния с высокой степенью достоверностью и зарегестрировал множество возможных слияний на грани чувствительности. Эти данные заставили теоретиков выбросить старые наработки и снова взяться за карандаши.
Дело в том что черная дыра может появиться различными способами.
1. Из-за колебаний плотности в ранней Вселенной - такая дыра может иметь практически любую массу и околонулевую скорость вращения.
2. За счет коллапса звезды - масса от нескольких масс Солнца до десятков и высокую скорость вращения (сжатие звезды увеличит скорость).
3. За счет слияния нескольких черных дыр - такая дыра будет иметь очень высокую скорость вращения (орбитальный момент, за исключением маловероятного случая лобового столкновения).
Затем она может подрасти за счет аккреции газа - при этом скорость вращения дыры остается достаточно высокой.
Данные LIGO показывают странно большие массы дыр с подозрительно низкими начальными скоростями вращения. Любой желающий может сам открыть таблицу слияний и посмотреть типичные значения спинов.
Старые модели не предсказывали такого распределения масс и скоростей вращения. Это резко увеличило популярность моделей с первичными черными дырами. ПЧД заодно обещают решить множество других проблем, вроде проблемы достаточно быстрого собирания практически однородной материи в галактики.
В ЖЖ об этой революции в основном рассказывает Горькавый, рекламируя свою теорию:
- темная материя состоит из черных дыр, с главной ЧД весом порядка тысячной от массы обозримой Вселенной, гравитационные волны не имеют массы;
- ЧД поглощают гравитационные волны, увеличивают массу Вселенной и начинают фазу сжатия - Вселенная оказывается внутри главной ЧД;
- при сжатии обычной вещество от нагрева распадается в однородную плазму, ЧД сливаются, обнуляя большую часть своей массы за счет излучения гравитационных волн;
- Вселенная опять начинает расширяться.
К возможности нулевой гравитационной массы гравитационных волн возникло много вопросов, но, насколько я понимаю, с современным уровнем теории гравитации окончательно исключить такую возможность нельзя (хотя текущие достижения и указывают на обратное).
Горькавый хвастается объяснением темной материи без привлечения непонятных ВИМПов, тяжелыми ЧД, возможностью отбросить инфляцию и тп тд. Отсутствие интереса к гениальной теории объясняется обычным РЛО (русских людей обижают).
Между тем внимательный читатель уже заметил первую проблему - тяжелые ЧД Горькавого образуются за счет слияний, так что они должны иметь высокую скорость вращения, что противоречит данным LIGO. Так что сейчас любую теорию о множественных слияниях ЧД отправляют в мусорное ведро безотносительно национальности автора.
Вторая проблема - распределение масс ЧД. Теоретики предсказывают что логнормальное распределение должно хорошо описывать распределение масс ЧД с широким диапазоном. Это распределение описывается двумя параметрами - мю и сигма, сигма отвечает за то как быстро распределение стремится к нулю. Данные LIGO позволяют ограничить сигму интервалом 0.5-1. Проблема в том что с такой сигмой логнормальное распределение очень быстро стремится к нулю - для существования большой черной дыры нужна сигма раз в 20 больше. С такой сигмой мы бы постоянно видели слияния ЧД в сотни-тысячи и даже десятки тысяч солнечных масс. В любом случае данные наблюдений и модели аккреции на ЧД в ранней вселенной сильно ограничивают число и массу больших дыр (в сотни и тысячи масс солнца), что вызывает дополнительные проблемы.
Разумеется это не приговор - возможно получится оказаться от большой черной дыры или за счет нескольких механизмов дать нужное распределение масс, как-то понизить скорость вращения (у теоретиков не бывает поражений - бывают только перерывы на установку новых костылей). Конечно о претензиях на предсказательную силу теории в любом случае пока придется забыть - до новых данных.
Только от автора об этих проблемах и планах их решения мы ничего не слышим. Слышим упоминания других интересных моментов. Скажем, для примирения моделей с данными гравитационного лензирования ЧД надо собрать в тесные кластеры. Многие теоретики сомневаются в возможности тесных кластеров нужной массы. Авторы "Formation and Evolution of Primordial Black Hole Binaries" напоминают про закон Heggie-Hills'а - в шаровых скоплениях слабо связанные тела обычно отрываются внешними силами, сильно связанные - увеличивают силу связи. Это значит что в скоплении ЧД тесно связанные пары быстро сольются и со временем число слияний будет быстро падать.
Горькавый с удовольствием дает пару цитат из статьи, забывая процитировать конкретные цифры - по мнению авторов модели черные дыры объясняют порядка 0.002 массы темной материи и имеют логнормальное распределение масс с сигмой порядка 0.6 - то есть никаких гигантских ЧД у них нет.
Ну или просто рассказывает что его теория правильная, а проблем у правильных теорий не бывает. Особо умиляют россиянские тихнари, тихо поддакивающие подобной ереси.
В общем не зацикливайтесь на не-имеющих-мировых-аналогов теориях русских самородков и возвращайтесь в мейнстрим.
Дело в том что черная дыра может появиться различными способами.
1. Из-за колебаний плотности в ранней Вселенной - такая дыра может иметь практически любую массу и околонулевую скорость вращения.
2. За счет коллапса звезды - масса от нескольких масс Солнца до десятков и высокую скорость вращения (сжатие звезды увеличит скорость).
3. За счет слияния нескольких черных дыр - такая дыра будет иметь очень высокую скорость вращения (орбитальный момент, за исключением маловероятного случая лобового столкновения).
Затем она может подрасти за счет аккреции газа - при этом скорость вращения дыры остается достаточно высокой.
Данные LIGO показывают странно большие массы дыр с подозрительно низкими начальными скоростями вращения. Любой желающий может сам открыть таблицу слияний и посмотреть типичные значения спинов.
Старые модели не предсказывали такого распределения масс и скоростей вращения. Это резко увеличило популярность моделей с первичными черными дырами. ПЧД заодно обещают решить множество других проблем, вроде проблемы достаточно быстрого собирания практически однородной материи в галактики.
В ЖЖ об этой революции в основном рассказывает Горькавый, рекламируя свою теорию:
- темная материя состоит из черных дыр, с главной ЧД весом порядка тысячной от массы обозримой Вселенной, гравитационные волны не имеют массы;
- ЧД поглощают гравитационные волны, увеличивают массу Вселенной и начинают фазу сжатия - Вселенная оказывается внутри главной ЧД;
- при сжатии обычной вещество от нагрева распадается в однородную плазму, ЧД сливаются, обнуляя большую часть своей массы за счет излучения гравитационных волн;
- Вселенная опять начинает расширяться.
К возможности нулевой гравитационной массы гравитационных волн возникло много вопросов, но, насколько я понимаю, с современным уровнем теории гравитации окончательно исключить такую возможность нельзя (хотя текущие достижения и указывают на обратное).
Горькавый хвастается объяснением темной материи без привлечения непонятных ВИМПов, тяжелыми ЧД, возможностью отбросить инфляцию и тп тд. Отсутствие интереса к гениальной теории объясняется обычным РЛО (русских людей обижают).
Между тем внимательный читатель уже заметил первую проблему - тяжелые ЧД Горькавого образуются за счет слияний, так что они должны иметь высокую скорость вращения, что противоречит данным LIGO. Так что сейчас любую теорию о множественных слияниях ЧД отправляют в мусорное ведро безотносительно национальности автора.
Вторая проблема - распределение масс ЧД. Теоретики предсказывают что логнормальное распределение должно хорошо описывать распределение масс ЧД с широким диапазоном. Это распределение описывается двумя параметрами - мю и сигма, сигма отвечает за то как быстро распределение стремится к нулю. Данные LIGO позволяют ограничить сигму интервалом 0.5-1. Проблема в том что с такой сигмой логнормальное распределение очень быстро стремится к нулю - для существования большой черной дыры нужна сигма раз в 20 больше. С такой сигмой мы бы постоянно видели слияния ЧД в сотни-тысячи и даже десятки тысяч солнечных масс. В любом случае данные наблюдений и модели аккреции на ЧД в ранней вселенной сильно ограничивают число и массу больших дыр (в сотни и тысячи масс солнца), что вызывает дополнительные проблемы.
Разумеется это не приговор - возможно получится оказаться от большой черной дыры или за счет нескольких механизмов дать нужное распределение масс, как-то понизить скорость вращения (у теоретиков не бывает поражений - бывают только перерывы на установку новых костылей). Конечно о претензиях на предсказательную силу теории в любом случае пока придется забыть - до новых данных.
Только от автора об этих проблемах и планах их решения мы ничего не слышим. Слышим упоминания других интересных моментов. Скажем, для примирения моделей с данными гравитационного лензирования ЧД надо собрать в тесные кластеры. Многие теоретики сомневаются в возможности тесных кластеров нужной массы. Авторы "Formation and Evolution of Primordial Black Hole Binaries" напоминают про закон Heggie-Hills'а - в шаровых скоплениях слабо связанные тела обычно отрываются внешними силами, сильно связанные - увеличивают силу связи. Это значит что в скоплении ЧД тесно связанные пары быстро сольются и со временем число слияний будет быстро падать.
Горькавый с удовольствием дает пару цитат из статьи, забывая процитировать конкретные цифры - по мнению авторов модели черные дыры объясняют порядка 0.002 массы темной материи и имеют логнормальное распределение масс с сигмой порядка 0.6 - то есть никаких гигантских ЧД у них нет.
Ну или просто рассказывает что его теория правильная, а проблем у правильных теорий не бывает. Особо умиляют россиянские тихнари, тихо поддакивающие подобной ереси.
В общем не зацикливайтесь на не-имеющих-мировых-аналогов теориях русских самородков и возвращайтесь в мейнстрим.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2022-04-07 11:33 am (UTC)"On mass distribution of coalescing black holes" — тут сигму данных ЛИГО оценивают в 0.9
"The clustering of massive Primordial Black Holes as Dark Matter: Measuring their mass distribution with advanced LIGO"
A possible mass distribution of primordial black holes implied by LIGO-Virgo
Bayesian analysis of the spin distribution of LIGO/Virgo black holes
Formation and Evolution of Primordial Black Hole Binaries
A Trend in the Effective Spin Distribution of LIGO Binary Black Holes with Mass
Primordial black holes with an accurate QCD equation of state
no subject
Date: 2022-07-04 09:47 am (UTC)Дальше вступают в силу ограничения из наблюдений реликтового излучения. Если изначально существовало много черных дыр с массой больше десятков солнечных, то они в период примерно с 50 до сотен тысяч лет с начала расширения Вселенной активно стягивали на себя вещество (аккреция), что привело бы к изменению температуры и степени ионизации ранней Вселенной. Это противоречило бы данным «Планка». Ограничение по F достигает уровня 10–8 при М ~3·104 Mʘ, для более тяжелых черных дыр предел не вычислен из-за сложностей в оценке темпа аккреции, зато там вступают в силу другие, более сильные ограничения.
...
Первичные черные дыры меньшей массы в настоящее время достаточно интенсивно бы испарялись, и тогда они дали бы либо избыточный гамма-фон, либо слишком большое количество позитронов в космосе, что противоречило бы прямым измерениям «Вояджеров». Кроме того, аннигиляционных гамма-квантов 511 кэВ из центра Галактики было бы больше, чем наблюдается.
Почему для ограничения числа позитронов используются данные именно «Вояджеров», когда есть гораздо более точные данные более близких космических аппаратов? Дело в том, что испаряющиеся черные дыры массой ~1017 г испускают частицы энергии сотни МэВ — позитроны такой энергии неспособны преодолеть солнечное магнитное поле и добраться до детекторов частиц в районе орбиты Земли.
...
Другое важное замечание: масса черных дыр, образующихся в некий момент, не может превышать массу, содержащуюся в объеме горизонта Вселенной на тот же момент. Такая масса росла со временем: от планковской массы до килограмма во время инфляции, затем до массы Земли в одну наносекунду, далее до массы Солнца в десять микросекунд и т. д. (см. рис. 1).
...
Если амплитуда возмущений распределена по Гауссу (что подтверждается данными «Планка» и теоретическими соображениями для моделей инфляции без «выкрутасов»), то заскок на 10 000 сигма абсолютно невозможен. Но мы имеем данные об амплитуде неоднородностей среды ранней Вселенной лишь в интервале трех порядков по их размеру. А если у более мелких неоднородностей, следы которых совершенно замыты, дисперсия плотности гораздо выше? Естественный вариант инфляции такое исключает — там все возмущения возникают как квантовый эффект, с одинаковой дисперсией. Сама инфляция делает возмущения масштабно-инвариантными, и их распределение лишь немного деформируется, когда инфляция подходит к концу. Но нельзя ли придумать такую модель, чтобы резко усилить возмущения в той области, которая не поддается наблюдениям? Над этим работает много космологов, и, конечно, им приходится применять различные ухищрения типа акустических резонансов, усиливающих возмущения определенного размера.
...
Можно ли получить первичные дыры иным путем, без связи с первичными возмущениями плотности? Тут есть несколько довольно экзотических возможностей, связанных с интересными моментами в эволюции ранней Вселенной. Это прежде всего фазовые переходы, в частности переход Вайнберга — Салама (расщепление электрослабых взаимодействий на электромагнитные и слабые), а также превращение кварк-глюонной плазмы в протоны и нейтроны.
...
Пожалуй, самое насущное приложение первичных черных дыр — ранние квазары (сверхмассивные черные дыры). Проблема ранних квазаров уже рассматривалась в публикации ТрВ-Наука
no subject
Date: 2022-07-04 09:47 am (UTC)Итак, есть факт: в первые 600 с небольшим миллионов лет во Вселенной появились черные дыры массой порядка миллиарда масс Солнца.
...
На рис. 1 показаны кривые роста черных дыр, от возраста Вселенной 100 млн лет, когда только образовывались первые звезды, до момента, когда были обнаружены самые далекие квазары: для каждого конкретного квазара — своя кривая. Эти кривые предполагают, что темп аккреции и светимость всё время были эддингтоновскими при постоянной эффективности высвечивания 0,1 Мс2.
В таком случае увеличение массы черной дыры в е раз происходит примерно за 50 млн лет (а в 10 раз — за 120 млн лет).
Парадокс заключается в том, что рост должен был начаться с зародышевых черных дыр массой порядка десяти тысяч масс Солнца (для рекордного квазара — как минимум 20 000 Мʘ), иначе им не успеть вырасти к z ~ 7 до наблюдаемых величин.
...
Эддингтоновский предел светимости далеко не абсолютен и вполне преодолим, особенно на некоторое время. Строго говоря, он относится только к оптически тонкой плазме. Если же на тяготеющий центр падает, например, звезда, то светимость может подпрыгивать до любой величины.
...
Есть другой вариант — низкая эффективность высвечивания, то есть вещества падает много, а излучения от него мало — и никаких проблем.
Есть вариант аккреции под названием ADAF (advection dominated accretion flow) — геометрически толстый, но оптически тонкий диск. В нем не успевает установиться температурное равновесие: ионы горячие, но они не светят, а электроны, которые должны бы светить, — холодные. Вся энергия ионов уносится в черную дыру. Такое, судя по всему, имеет место в центре нашей Галактики и знаменитой галактики М87. Правда, этот вариант работает только при относительно малых темпах аккреции и вряд ли подходит для сверхкритического режима.
Более подходящий вариант — так называемый стройный (slim) аккреционный диск. Собственно, именно в него и должен превращаться канонический тонкий диск Шакуры — Сюняева при околокритическом темпе аккреции. Выделяемое тепло не успевает излучиться наружу и уносится в черную дыру. Диск распухает, но умеренно.
...
«но». Дело в том, что радиационная эффективность в таком режиме сильно зависит от вращения черной дыры. Если вращение слабое, диск излучает мало и на черную дыру может падать много вещества при умеренной светимости. Если же момент вращения черной дыры близок к предельному (что вполне вероятно), то внутренняя часть аккреционного диска близ последней стабильной орбиты высвечивает большую часть выделившейся в диске энергии — эффективность оказывается такой же, как в случае тонкого диска. Поэтому подобный режим не панацея.
...
feedback, обратная связь, влияние яркого источника на окружающую среду. Допустим, на черную дыру падает нечто оптически толстое — звезды, плотные облака газа и т. п. Светимость огромная, причем это как раз тот случай, когда эддингтоновский предел не работает. Но появляется другая засада: квазар ионизирует и разогревает окружающую среду вокруг себя настолько, что прекращается образование звезд, а выросшее давление горячего газа намного превосходит тяготение черной дыры. Как показывает моделирование, быстрый рост черной дыры при такой «гиперэддингтоновской» аккреции прекращается на уровне всего лишь 108 Мʘ.
...
был использован гибридный метод (мягкие частицы + сетка), уменьшающий числовой шум и различные артефакты типа численной вязкости. Всё равно возможности численного счета далеки от того, чтобы честно проследить всё, что происходит на всей лестнице масштабов, охватывающей много порядков величин. Поэтому авторам пришлось прибегнуть к ряду ухищрений: счет в два приема, сначала грубая прикидка эволюции в кубическом гигапарсеке, потом выбор самого тяжелого облака 1013 Мʘ, образовавшегося в этом гигапарсеке, и затем дальнейшая работа с ним одним
no subject
Date: 2023-11-05 02:46 am (UTC)Ограничения на массу реликтовых дыр из публикации 2022 года. doi:10.21468/SSciPostPhysLectNotes.48
Видно что массы 1-1000 Солнца исключаются сразу 4 доводами
микролензированием — довод против что их скопления занимают небольшую долю неба, но понятно что наблюдения постоянно увеличивают ограничение,
динамическими эффектами — например разрушение дальних двойных систем и шаровых кластеров
аккрецией
искажениями реликтового излучения
+исключены любые логнормальные распределения с реликтовыми дырами больше массы солнца составляющими большую часть темной материи
Кластеры рассматриваются
> Most constraints assume the PBHs have a homogeneous distribution but the constraints could be weakened if they are clustered. ... Clustering particularly affects ML constraints, which typically assume a homogeneous PBH distribution and use a limited patch of the sky,
no subject
Date: 2024-04-12 04:35 am (UTC)По моделям и наблюдениям за stellar-mass black hole в тесных парах (20 штук на 2011 год) массу меньше 4 солнц имеют порядка процента звездных черных дыр 10.1088/0004-637X/741/2/103
Забавно что Горькавый помещает в эту массу основное число своих дыр, при том что у него они имеют звездное происхождение и продолжают расти в плотной среде горячей вселенной.
В этом свете интересны наблюдения более легких ЧД ЛИГО и обычными средствами, продолжающие намекать на их незвездное происхождение.
no subject
Date: 2024-05-03 01:50 am (UTC)Наблюдения за лензированием квазаров тоже ограничивает число черных дыр — в лучшем случае до 0.4 масс Солнца, возможно и меньше
New evidence for a cosmological distribution of stellar mass primordial black holes
https://arxiv.org/pdf/2204.09143
...
Our analysis is based on the lightcurves of a sample of over
1000 quasars, photometrically monitored over a period of 26 year
...
For a lens mass of 1𝑀 the
distant source will be split into two or more images with a separa-
tion of the order of 106 arcsec, resulting in a change of observed
integrated brightness.
...
1993
The amplitude distribution for each
model was then compared with the observed amplitudes for a sample
of 117 quasar lightcurves covering a period of 10 years (Hawkins &
Véron 1993). The results of this study were that in almost all cases the
expected microlensing amplitudes from the simulations were greater
than those observed in the quasar sample
...
source radius, which Schneider set to 1015 cm or 0.4 lt-day. imply values
an order of magnitude larger than this, with a characteristic radius of around 4 lt-day.
...
with the dark matter
made up of 0•3𝑀 compact bodies.
...
This provides a consistent explanation for the difference between the
Palomar-Green lack of correlation of amplitude with luminosity, and
the well-known anti-correlation seen in other samples
...
The unidentified population
of compact bodies detected by Alcock et al. (2000) were found to have
a characteristic mass of around 0•3𝑀 , which is the the same as the
mass used to account for the observed microlensing in galaxy halos
(Mediavilla et al. 2009; Pooley et al. 2012) and clusters (Hawkins
2020b). It is also close to the preferred mass of 0•7𝑀 from
theoretical studies of primordial black hole formation during the
QCD phase transition
-
Probing compact dark matter objects with microlensing
in gravitationally lensed quasars
https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2023/05/aa45615-22.pdf
Given our current sample, we show that the standard scenario cannot be rejected, in contrast with previous results by
Hawkins (2020a, A&A, 633, A107), claiming that a population of stellar mass primordial black holes (PBHs) is necessary to explain
the observed amplitude of the microlensing signal in lensed quasar light curves.
...
900 microlensing curves from the Rubin Observatory will be sufficient to discriminate between the two extreme scenarios at a 95%
confidence level.
no subject
Date: 2024-11-04 12:35 pm (UTC)Пересечение горизонта событий черной дыры не обнаружимо локальным экспериментом, но при этом горизонт черной дыры магически избавляет содержимое от энтропии.
Ах да, постулирование того что гравитация "не подчиняется" энтропии потому что она собирает материю в комки, а не размазывает ее. Вообщето увеличение энтропии происходит при переходе к более вероятному состоянию, а является ли это наиболее вероятное равномерным или комковатым зависит от условий.