Czy istnieje maksymalny rozmiar czarnej dziury?

O ile rozumiem, czarne dziury promieniują promieniowaniem Hawkinga i prawdopodobnie falami grawitacyjnymi , co z czasem powoduje, że tracą one masę i ostatecznie odparowują po niemal niezgłębionym czasie. Czytałem również, że czarne dziury w końcu mają trudności z uzyskaniem rozmiaru po pewnym punkcie, ponieważ siły grawitacyjne działające na dysku akredytacyjnym czarnej dziury mogą ostatecznie zacząć wyrzucać spadającą materię, zanim zostanie ona wchłonięta.

Chociaż wiem, że czarne dziury mogą stać się dość masywne, prowadzi mnie to do zastanowienia się, czy czarne dziury mają maksymalny możliwy rozmiar, w którym zaczną natychmiast promieniować każdą dodaną do nich dodatkową masę. Czy też czarna dziura może skutecznie rozszerzać się na zawsze, o ile podaż materii jest większa niż skutki promieniowania i wyrzutu?

Czy faktycznie istnieje ograniczenie rozmiaru czarnych dziur?

Jak zauważył David Hammen, moc emitowana przez promieniowanie Hawkinga jest proporcjonalna do . Zatem skala czasu parowania czarnej dziury jest proporcjonalna do . Oznacza to, że bardziej masywna czarna dziura jest znacznie bardziej odporna na parowanie niż czarna dziura o mniejszej masie.$M^{-2}$$M^3$

Innym wspomnianym problemem jest ograniczona szybkość, z jaką można „nakarmić” czarną dziurę. Nieuchronnie pojawia się informacja zwrotna; gaz sprężany w kierunku horyzontu zdarzenia staje się gorący i emituje promieniowanie. Ciśnienie tego promieniowania może ostatecznie zrównoważyć wewnętrzny infall grawitacyjny. Dla sferycznie symetrycznego narastania prowadzi do granicy Eddington , który określa maksymalną szybkość narostu kulisty, w którym . Oznacza to, że maksymalna szybkość akrecji jest proporcjonalna do masy czarnej dziury.$\dot{M}_{\rm max}\propto M$

Jeśli akrecja zachodzi na granicy Eddingtona, masa czarnej dziury rośnie wykładniczo z czasem i z charakterystyczną podwojoną skalą czasową około 50 milionów lat (niezależnie od pierwotnej masy - patrz strona Physics SE, aby uzyskać szczegółowe informacje matematyczne).

Jeśli czarne dziury byłyby ograniczone do tego wskaźnika akrecji (chociaż istnieją pewne dowody z obecności bardzo świetlistych kwazarów przy dużym przesunięciu ku czerwieni, że mogą one go przekroczyć), wówczas maksymalna masa czarnej dziury będzie zależeć od wieku wszechświata i wielkości początkowe czarne dziury „zarodkowe”. Jeśli przyjmiemy, że początkowa masa wynosi 100 mas Słońca, podwojona skala czasu wynosi 50 milionów lat, a czarne dziury powstały 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu (wszystkie możliwe, ale możliwe do zakwestionowania), to od tego czasu było 266 podwojeń czarna dziura mogła wzrosnąć !$10^{80}$

Najwyraźniej w obserwowalnym wszechświecie nie ma czarnych dziur w pobliżu tej masy - największe wydają się być rzędu mas Słońca. Ich wzrost jest ograniczony przez ich zapasy żywności. Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach galaktyk. Istnieje słabo poznany związek między masą czarnej dziury a masą wybrzuszenia galaktyki, w której się znajduje. Stosunek osiąga wartość około 1 procent dla najbardziej masywnych wybrzuszeń (np. Patrz Hu 2009 ; McConnell i Ma 2013 ). Ponieważ większość masywne masywne galaktyki eliptyczne są rzędu masy słoneczne, to pojawia się, aby ustawić maksymalną masę czarnej otwór w chwili obecnej na świata.$10^{10}$$10^{12}$

Przyszłość to spekulacja. Jeśli kosmiczne tempo ekspansji będzie nadal przyspieszać, wówczas połączenia galaktyk będą coraz rzadsze, a możliwości dalszego wzrostu czarnej dziury będą ograniczone.

Czy istnieje maksymalny rozmiar czarnej dziury?

Nie.

O ile rozumiem, czarne dziury promieniują promieniowaniem Hawkinga

Tak mówią ludzie, ale nie mamy faktycznych dowodów na promieniowanie Hawkinga. Jednak nawet jeśli Hawking był w 100% poprawny, jak powiedział Rob, promieniowanie Hawkinga ma coraz mniejszy wpływ, gdy czarna dziura staje się coraz większa.

i prawdopodobnie fale grawitacyjne

Sama czarna dziura nie wyemituje żadnych.

co z czasem powoduje, że tracą masę i ostatecznie odparowują po niemal niezgłębionych ilościach czasu.

Nie ma naukowych dowodów na to, że czarna dziura zniknie. Istnieją jednak naukowe dowody na istnienie czarnych dziur. W centrum naszej galaktyki jest zdecydowanie coś bardzo małego i bardzo masywnego :

Czytałem również, że czarne dziury w końcu mają trudności z uzyskaniem rozmiaru po pewnym punkcie, ponieważ siły grawitacyjne działające na dysku akredytacyjnym czarnych dziur mogą ostatecznie wyrzucać spadającą materię, zanim będzie mogła zostać wchłonięta.

Tak, mówi się, że czarne dziury „dławią się”, jeśli próbują jeść za dużo jednocześnie. Zobacz artykuł physicsworld Supermasywna czarna dziura walczy o przełknięcie Drogi Mlecznej . Istnieją inne problemy związane z bursterami promieniowania gamma, co oznacza, że ​​czarne dziury to niechlujny zjadacz, ale mimo to nadal „jedzą”.

Chociaż wiem, że czarne dziury mogą stać się dość masywne, prowadzi mnie to do zastanowienia się, czy czarne dziury mają maksymalny możliwy rozmiar, w którym zaczną natychmiast promieniować każdą dodaną do nich dodatkową masę. Czy też czarna dziura może skutecznie rozszerzać się na zawsze, o ile podaż materii jest większa niż skutki promieniowania i wyrzutu?

To ten drugi. Wyobraź sobie, że jesteś blisko supermasywnej czarnej dziury. Jest tak masywny, że każde promieniowanie Hawkinga jest znikome. Nie ma dysku akrecyjnego, ponieważ wszystko zjadł lub zdmuchnął. Co się potem dzieje? Wpadasz. Tak więc czarna dziura staje się większa.

Czy faktycznie istnieje ograniczenie rozmiaru czarnych dziur?

Nie. Gdyby była, a czarna dziura w powyższym scenariuszu do niej dotarłaby, nie wpadłabyś.

Nie ma maksymalnego rozmiaru teoretycznego poza wielkością wszechświata. Ale w naturze nie ma sposobu, aby powstała tak duża Czarna Dziura.

Być może bardziej interesujące są BH, które powstały naturalnie. Największe naturalne BH znane nam z supermasywnych BH w centrach galaktycznych. Istnieje bardzo interesujący związek, który zaobserwowaliśmy: masa galaktycznych BH nigdy nie jest większa niż około 0,001 masy centralnej wypukłości ich macierzystej galaktyki .

Nie rozumiemy - jeszcze - szczegółowo, dlaczego tak jest, ale jest wysoce podejrzane, że wybrzuszenie galaktyczne i jego centralne BH rosną w tym samym czasie i również przestają rosnąć razem. Wykonano prace modelowania, co czyni to prawdopodobnym, ale o ile wiem, nikt nie ma w pełni zadowalającej teorii wyjaśniającej ich pochodzenie i wzrost.

Supermasywne BH czasami łączą się po połączeniu galaktyk gospodarzy, chociaż w większości przypadków prawdopodobnie nie było wystarczająco dużo czasu, aby to się stało. (Wiemy o galaktykach z wieloma SMBH).

Podsumowując, największe BH znajdujące się w naturze będą kilka razy większe niż 0,001 masy największych wybrzuszeń galaktycznych i zostaną utworzone, gdy kilka szczególnie dużych galaktyk zleje się, a ich SMBH w końcu również się połączą.