¿Existen límites de masa superiores o inferiores para los agujeros negros?

Natarajan & Treister (2008) describe un límite superior práctico para masas de agujeros negros en . Todo esto se debe a las interacciones del agujero negro con la materia cercana. $\sim 10^{10} M_\odot$

Sin embargo, ¿existe un límite de masa superior teórico para los agujeros negros en la relatividad general? Más específicamente, ¿alguna solución toma nota de esto? ¿Dependería esto de si el agujero negro descrito es eterno o variable en el tiempo, estático o giratorio, cargado o no cargado, etc.?

Del mismo modo, ¿alguna métrica toma nota de los límites de masa más bajos? ¿Sería posible que exista un agujero negro con la masa de un electrón (en cualquier momento, dejando de lado la radiación de Hawking)?

black-hole gravity general-relativity supermassive-black-hole mass Sir Cumference
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Hablar sobre agujeros negros de masa de electrones entra en una física extraña y muestra que tenemos un largo camino por recorrer. Por lo general, los electrones se describen como partículas puntuales en QM, lo que significa que técnicamente también son agujeros negros ya que su masa es interior a su Radio Schwarzschild. Obviamente, los electrones no son agujeros negros, lo que ilumina la dificultad de usar estas diversas teorías en conflicto en reinos extremos. No sé si realmente hay una buena respuesta a esta buena pregunta.

zephyr

@zephyr Los electrones no tienen un tamaño en mecánica cuántica. El concepto de tamaño no es realmente relevante en esas escalas.

Sir Cumference

Sin embargo, ese era todo mi punto.

zephyr

qzephyr: los electrones también tienen momento angular y carga eléctrica. Estas dos variables influyen en la formación de un agujero negro. Cuando se acaba tenazmente intenta calcular el radio de Schwarzschild clásica de un electrón, que obtendrá un valor negativo (es decir, ningún agujero negro en absoluto)

jk - Restablecer Monica

Respuestas:

En la relatividad general clásica, los agujeros negros pueden existir en cualquier tamaño (masa) sin ningún problema. El límite superior viene dado por la masa disponible del universo y no existe un límite inferior teórico.

Como ya se señaló en la pregunta, los efectos cuánticos como la radiación de Hawking establecen límites más bajos en los agujeros negros estables; los que tienen una masa demasiado baja se descompondrán rápidamente en radiación.

jk - Restablecer a Monica
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-1

El descubrimiento de TON 618 ha creado una nueva especie de agujero negro (ya con huellas dactilares de M87 o incluso núcleos IC1101): los agujeros negros ultramasivos con masas mayores de . Como se dijo en la respuesta anterior, en entornos clásicos, no existe un límite superior de la masa de los agujeros negros (no estoy tan seguro si se obtiene una teoría más allá de la Relatividad General, incluso en entornos clásicos). $10^{10}M_\odot$

Tal vez, algún día aprenderemos que la gravedad cuántica dice algo al respecto. Curiosamente, cualquier agujero negro supermasivo, estelar, intermedio y ultramasivo tiene una masa mucho mayor que la masa de Planck, aproximadamente un microgramo. El problema es que creemos que la gravedad cuántica se aplica solo a objetos MUY MASIVOS PEQUEÑOS (muy densos), no solo a objetos muy masivos. De hecho, cualquier persona tiene una masa mucho mayor que la masa de Planck, pero no está "concentrada". Cuando ha concentrado masa en regiones muy pequeñas, no tenemos idea de cómo manejar las fluctuaciones cuánticas y las amplitudes, excepto con la teoría de supercuerdas. Otra pregunta relacionada es si puedes tener agujeros negros de cualquier DENSIDAD. Nuevamente, como se dijo, debe considerar procesos cuánticos como la radiación de Hawking, ... Sin embargo, hay un punto sutil, llamado problema transplanckiano. En principio, A medida que los agujeros negros se evaporan, se hacen cada vez más pequeños, como en ciertos tamaños, la longitud de onda sería menor que la longitud de Planck. Tenemos que esperar una teoría definitiva de la gravedad cuántica antes de responder al destino final de los agujeros negros y, por lo tanto, el destino de ambos: los agujeros negros y todo el universo (incluso el espacio-tiempo podría ser metaestable y estado provisional / de transición).

¿Qué tan grande puede crecer un agujero negro formado por el colapso de una estrella masiva en 1 Gyr? Supongamos que el agujero negro puede crecer tan rápido como puede. Supongamos, por el momento, que satisface el límite de Eddington. Luego, sigue una ley exponencial: donde para una función de masa inicial de diez masas solares de acuerdo con Eddington límite. Entonces como

\dot{M} = k M = M / τ

$\dot{M}=kM=M/\tau$

k = 4 \cdot 10^{- 16} s^{- 1}

$k=4\cdot 10^{-16}s^{-1}$

M = M_{0} \exp (k t)

$M=M_0\exp(kt)$

esta fórmula y el valor de k, obtienes que la masa máxima que produce está en el rango de BH ultramasivo, es decir, para una escala de tiempo de aproximadamente 1 Gyr (Tenga en cuenta que los números son complicados). Por supuesto, el límite de transEddington es complicado, pero hay algunas razones para creer que los agujeros negros son más grandes que $M_0=10M_\odot$ $M_f\sim 10^{10}M_\odot$ $10^{10}M_\odot$ son inestables y expulsan material. Por supuesto, en ausencia de cualquier otro argumento, el argumento anterior NO proporciona un límite superior en principio. Solo otras consideraciones relativas a los cuásares y los jets parecen aplicarse. Pero el tema es un tema candente de debate en astrofísica. Por otro lado, la masa mínima (o más pequeña) de agujero negro también es un misterio. En la macroescala, NO hemos encontrado agujeros negros más pequeños que 3-5 masas solares (agujeros negros estelares). Sin embargo, los agujeros negros primordiales o los agujeros negros pueden hacer que algunos trozos de la materia oscura estén ocultos en cúmulos y otras partes de las galaxias. Una vez más, la única pista son las ideas inflacionarias, las medidas astronómicas y los límites experimentales (recientemente, se ha analizado la probabilidad de que la materia oscura sea totalmente agujeros negros, pero algunas pruebas parecen indicar que ese no es el caso:

riemannium
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Esto realmente no aborda la pregunta.

Peter Erwin

Argumentos reescritos ...

riemannium

Con algunos números y la hipótesis del límite de Eddington ...

riemannium