Existe-t-il des limites de masse supérieures ou inférieures pour les trous noirs?

Natarajan & Treister (2008) décrit une limite supérieure pratique pour les masses de trous noirs à $\sim 10^{10} M_\odot$ . Tout cela est dû aux interactions du trou noir avec la matière voisine.

Cependant, existe-t-il une limite de masse supérieure théorique pour les trous noirs en relativité générale? Plus précisément, des solutions en tiennent-elles compte? Cela dépendrait-il si le trou noir décrit est éternel ou variant dans le temps, statique ou tournant, chargé ou non, etc.?

De même, des mesures prennent-elles note des limites de masse inférieures? Serait-il possible qu'un trou noir avec la masse d'un électron existe (à tout moment, en mettant de côté le rayonnement de Hawking)?

— Monsieur Cumference
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Parler de trous noirs de masse d'électrons entre dans une physique étrange et montre que nous avons un long chemin à parcourir. Habituellement, les électrons sont décrits comme des particules ponctuelles dans QM, ce qui signifie que techniquement, ils sont également des trous noirs puisque leur masse est intérieure à leur rayon de Schwarzschild. De toute évidence, les électrons ne sont pas des trous noirs, ce qui illustre la difficulté à utiliser ces diverses théories contradictoires dans des domaines extrêmes. Je ne sais pas s'il y a vraiment une bonne réponse à cette bonne question.

— zephyr

@zephyr Les électrons n'ont pas de taille en mécanique quantique. Le concept de taille n'est pas vraiment pertinent à ces échelles.

— Sir Cumference du

C'était tout mon argument cependant.

— zephyr

qzéphyr: Les électrons ont également une impulsion angulaire et une charge électrique. Ces deux variables influencent la formation d'un trou noir. Lorsque vous essayez obstinément de calculer le rayon Schwarzschild classique d'un électron, vous obtiendrez une valeur négative (c'est-à-dire, pas de trou noir du tout)

— jk - Reinstate Monica

Réponses:

Dans la relativité générale classique, les trous noirs peuvent exister à n'importe quelle taille (masse) sans aucun problème. La limite supérieure est donnée par la masse disponible de l'univers et il n'y a pas de limite inférieure théorique.

Comme déjà noté dans la question, les effets quantiques comme le rayonnement de Hawking ont établi des limites inférieures sur les trous noirs stables; ceux dont la masse est trop faible se désintégreront rapidement en rayonnement.

— jk - Réintégrer Monica
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La découverte de TON 618 a créé une nouvelle espèce de trou noir (déjà empreinte digitale par des noyaux M87 ou même IC1101): les trous noirs ultramassifs avec des masses supérieures à $10^{10}M_\odot$ . Comme dit dans la réponse précédente, dans les contextes classiques, il n'y a pas de limite supérieure de la masse des trous noirs (je ne suis pas sûr si vous obtenez une théorie au-delà de la relativité générale, même dans les contextes classiques).

Peut-être qu'un jour nous apprendrons que la gravité quantique en dit quelque chose. Fait intéressant, tout trou noir supermassif, stellaire, intermédiaire et ultramassif a une masse beaucoup plus grande que la masse de Planck, environ un microgramme. Le problème est que nous pensons que la gravité quantique ne s'applique qu'aux objets TRÈS MASSIVES (très denses), pas aux très massifs seulement. En effet, toute personne a une masse bien supérieure à la masse de Planck, mais elle n'est pas "concentrée". Lorsque vous avez concentré la masse dans de très petites régions, nous n'avons aucune idée de la façon de gérer les fluctuations et les amplitudes quantiques, sauf avec la théorie des supercordes. Une autre question connexe est de savoir si vous pouvez avoir des trous noirs de n'importe quelle DENSITÉ. Encore une fois, comme dit, vous devez considérer les processus quantiques comme le rayonnement de Hawking, ... Cependant, il y a un point subtil, appelé le problème transplanckien. En principe, à mesure que les trous noirs s'évaporent, ils deviennent de plus en plus petits, comme à une certaine taille, la longueur d'onde serait inférieure à la longueur de Planck. Nous devons nous attendre à une théorie définitive de la gravité quantique avant de répondre au sort ultime des trous noirs et donc au destin des deux: les trous noirs et l'univers entier (même l'espace-temps pourrait être métastable et provisoire / transitionnel).

Quelle est la taille d'un trou noir formé par l'effondrement d'une étoile massive en 1 Gyr? Supposons que le trou noir puisse se développer aussi vite qu'il le peut. Supposons, pour le moment, qu'il satisfasse la limite d'Eddington. Ensuite, une loi exponentielle s'ensuit:

\dot{M} = k M = M / τ

$\dot{M}=kM=M/\tau$ où

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

$k=4\cdot 10^{-16}s^{-1}$ pour une masse innée de dix masses solaires, fonction de la masse selon la limite d'Eddington. Puis, comme

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

$M=M_0\exp(kt)$

Plugin dans cette formule $M_0=10M_\odot$ et la valeur de k, vous obtenez que la masse maximale qu'il donne est dans la gamme de BH ultramassive, à savoir, $M_f\sim 10^{10}M_\odot$ pour une échelle de temps d'environ 1 Gyr (attention, les chiffres sont délicats). Bien sûr, la limite de transEddington est délicate, mais il y a certaines raisons de croire que les trous noirs sont plus grands que $10^{10}M_\odot$ sont des matériaux instables et éjectables. Bien sûr, en l'absence de tout autre argument, l'argument ci-dessus NE fournit PAS de limite supérieure en principe. Seules d'autres considérations relatives aux quasars et aux jets semblent s'appliquer. Mais la question est un sujet brûlant de débat en astrophysique. D'un autre côté, la masse minimale (ou la plus petite) des trous noirs est également un mystère. À l'échelle macroscopique, nous n'avons PAS trouvé de trous noirs plus petits que 3 à 5 masses solaires (trous noirs stellaires). Cependant, des trous noirs primordiaux ou des trous micro-noirs pourraient faire que certains morceaux de la matière noire soient cachés dans des amas et d'autres parties des galaxies. Encore une fois, le seul indice est des idées inflationnistes, des mesures astronomiques et des limites expérimentales (récemment, il a été analysé la probabilité que la matière noire soit des trous totalement noirs, mais certaines preuves semblent dire que ce n'est pas le cas:

— riemannium
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Cela ne répond pas vraiment à la question.

— Peter Erwin

Arguments

— réécrits

Avec quelques chiffres et l'hypothèse de la limite d'Eddington ...

— riemannium