Чи є максимальний розмір для чорної діри?

Наскільки я розумію, це чорні діри випромінюють випромінювання Хокінга і, ймовірно, хвилі тяжіння , що з часом змушує їх втрачати масу і в кінцевому підсумку випаровуватися майже через незрівнянну кількість часу. Я також читав, що з часом чорні діри мають труднощі з набуттям розміру через певний момент, оскільки гравітаційні сили, що працюють на диску для акредитації чорної діри, можуть врешті-решт розпочати викидання падаючої речовини до того, як вона може бути поглинена.

Хоча я знаю, що чорні діри можуть стати досить масивними, це змушує мене замислитися, чи мають чорні діри максимально можливий розмір, де вони почнуть негайно випромінювати будь-яку додаткову масу, що додається до неї. Або може чорна діра ефективно розширюватися назавжди до тих пір, поки запас речовини більший, ніж наслідки випромінювання та викидання?

Чи ефективно обмежується розмір чорних дірок?

Як коментує Девід Хаммен, потужність, випромінювана через випромінювання Хокінга, пропорційна . Таким чином, часовий масштаб випаровування чорної діри пропорційний . Це означає, що більш масивна чорна діра набагато стійкіша до випаровування, ніж нижня маса чорної діри.$M^{-2}$$M^3$

Інше питання, про яке ви згадуєте, - це обмежена норма, з якої ви можете «прогодувати» чорну діру. Неминуче є зворотній зв'язок; Коли газ стискається до горизонту події, він нагрівається і випромінює радіацію. Тиск цього випромінювання може врешті-решт врівноважувати внутрішнє гравітаційне падіння. Для сферично симетричною акреції це призводить до межі Еддінгтона , який встановлює максимальну швидкість сферичної акреції, де . Тобто максимальна швидкість нарощування пропорційна масі чорної діри.$\dot{M}_{\rm max}\propto M$

Якщо екскреція проходить на межі Еддінгтона, то маса чорної діри зростає експоненціально з часом і з характерним подвоєним шкалою часу приблизно 50 мільйонів років (незалежно від оригінальної маси - див. На цій сторінці Physics SE для деяких математичних деталей).

Якщо чорні діри були обмежені цим коефіцієнтом нарощування (хоча є певні докази наявності дуже світлих квазарів на високому червоному зміщенні, що вони можуть перевищувати його), то максимальна маса чорної діри залежатиме від віку Всесвіту та розміру початкові «насінні» чорні діри. Якщо припустити початкову масу в 100 сонячних мас, удвічі масштаб 50 мільйонів років і що насінні чорні діри утворилися через 400 мільйонів років після великого удару (все правдоподібно, але можна суперечити), то з моменту виникнення 266 подвоєних часових масштабів чорна діра могла вирости в разів !$10^{80}$

Очевидно, що в спостережуваному Всесвіті ніде поблизу цієї маси немає чорних дір - найбільші, здається, порядку сонячних мас. Їх зростання обмежений їх продовольчим забезпеченням. Надмасивні чорні діри виявляються в центрах галактик. Існує погано зрозумілий взаємозв'язок між масою чорної діри та масою опуклостей галактики, в якій вона перебуває. Коефіцієнт досягає приблизно 1 відсотка для найбільш масових опуклостей (наприклад, див. Hu 2009 ; McConnell & Ma 2013 ). Оскільки наймасовіші масивні еліптичні галактики мають порядок сонячних мас, це, мабуть, встановлює максимальну масу чорної діри у сучасному Всесвіті. 10 $10^{10}$$10^{12}$

Майбутнє - це спекуляція. Якщо швидкість космічного розширення продовжуватиметься прискорюватись, то злиття галактик ставатимуть все рідше, а можливості для подальшого зростання чорної діри будуть обмежені.

Чи є максимальний розмір для чорної діри?

Немає.

Наскільки я розумію, чорні діри випромінюють випромінювання Хокінга

Це кажуть люди, але у нас немає фактичних доказів радіації Хокінга. Однак навіть якщо Хокінг був на 100% правильний, як сказав Роб, радіація Хокінга має менший і менший ефект, оскільки чорна діра стає все більшою і більшою.

і, ймовірно, гравітаційні хвилі

Чорна діра сама по собі не випромінює жодної.

що з часом призводить до того, що вони втрачають масу і з часом випаровуються через майже незрівнянну кількість часу.

Немає наукових доказів того, що чорна діра зникне. Однак є наукові докази того, що чорні діри існують. У центрі нашої галактики , безумовно, є щось дуже маленьке і дуже масивне :

Я також читав, що з часом чорні діри мають труднощі з набуттям розміру через певний момент, тому що гравітаційні сили, що працюють на диску для акредитації чорних дір, можуть врешті-решт почати викидати падіння речовини до того, як воно може бути поглинене.

Так, як кажуть, чорні діри "задихаються", якщо вони спробують з'їсти відразу багато. Дивіться статтю Physicsworld Супермасивна чорна діра бореться заковтнути Чумацький Шлях . Є інші проблеми, які стосуються гамма-вибухів, що означає, що чорні діри є безладним їдцем, але вони як і раніше "їдять".

Хоча я знаю, що чорні діри можуть стати досить масивними, це змушує мене замислитися, чи мають чорні діри максимально можливий розмір, де вони почнуть негайно випромінювати будь-яку додаткову масу, що додається до неї. Або може чорна діра ефективно розширюватися назавжди до тих пір, поки запас речовини більший, ніж наслідки випромінювання та викидання?

Це останнє. Уявіть, що ви поруч з надмасивною чорною дірою. Він настільки масивний, що будь-яке випромінювання Хокінга є незначним. У нього немає накопичувального диска, тому що його з'їли все або здули. Що буде далі? Ви впадаєте. Отже, ця чорна діра стає більшою.

Чи ефективно обмежується розмір чорних дірок?

Ні. Якби це було, і чорна діра у вищезгаданому сценарії досягла цього, ви б не потрапили.

Максимальний теоретичний розмір не перевищує розмір Всесвіту. Але в природі немає жодного способу, щоб ця велика Чорна Діра могла утворитися.

Більш цікавими, мабуть, є БХ, які сформувалися природним шляхом. Найбільші природні БХ, які ми знаємо про надмасивні БХ в галактичних центрах. Ми спостерігаємо дуже цікаві відносини: Маса галактичних БХ ніколи не перевищує 0,001 від маси центральної випинання їхньої домашньої галактики .

Ми не розуміємо - все ще - в будь-якій деталі, чому це так, але ми дуже сильно підозрюємо, що галактична випинання та її центральна БГ одночасно зростають і перестають рости разом. Робота з моделювання була зроблена, що робить це правдоподібним, але, наскільки я знаю, ніхто не має повністю задовільної теорії, яка пояснює їх походження та зростання.

Надмасивні БГ іноді зливаються після злиття їхніх галактик-господарів, хоча в більшості випадків, мабуть, не вистачало часу для цього. (Ми знаємо галактики з кількома SMBH в них.)

Якщо узяти це все разом, найбільші БХ, виявлені в природі, будуть в кілька разів перевищувати 0,001 маси найбільших галактичних вибухів, і вони будуть утворюватися, коли кілька особливо великих галактик зливаються, і їх СМБК з часом також зливаються.