Существуют ли верхний или нижний пределы массы черных дыр?

В классической общей теории относительности черные дыры могут существовать любого размера (массы) без каких-либо проблем. Верхний предел задается доступной массой Вселенной, и теоретического нижнего предела не существует.

Как уже отмечалось в вопросе, квантовые эффекты, такие как излучение Хокинга, устанавливают более низкие пределы для стабильных черных дыр; те, у которых слишком малая масса, быстро распадутся в излучение.

Открытие TON 618 создало новый вид черных дыр (уже обнаруженный ядрами M87 или даже IC1101): сверхмассивные черные дыры с массами более$10^{10}M_\odot$. Как сказано в предыдущем ответе, в классических условиях нет верхнего предела массы черных дыр (я не уверен, что вы получите теорию за пределами общей теории относительности даже в классических условиях).

Возможно, однажды мы узнаем, что квантовая гравитация что-то говорит об этом. Интересно, что любая сверхмассивная, звездная, промежуточная и ультрамассивная черная дыра имеет массу намного больше, чем масса Планка, около микрограмма. Проблема в том, что мы думаем, что квантовая гравитация применима только к ОЧЕНЬ МАССИВНЫМ МАЛЕНЬКИМ (очень плотным) объектам, а не только к очень массивным. Действительно, у любого человека масса намного больше массы Планка, но она не «концентрирована». Когда вы концентрируете массу в очень крошечных областях, мы понятия не имеем, как обращаться с квантовыми флуктуациями и амплитудами, за исключением теории суперструн. Другой связанный с этим вопрос: могут ли быть черные дыры любой ПЛОТНОСТИ. Опять же, как сказано, нужно учитывать квантовые процессы вроде излучения Хокинга,... Однако есть один тонкий момент, называемый транспланковской проблемой. В принципе, по мере испарения черные дыры становятся все меньше и меньше, например, при определенном размере длина волны будет меньше планковской длины. Мы должны ожидать окончательной теории квантовой гравитации, прежде чем ответить на окончательную судьбу черных дыр и, следовательно, на судьбу как черных дыр, так и всей вселенной (даже пространство-время может быть метастабильным и временным/переходным состоянием).

Насколько большой может вырасти черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса массивной звезды, за 1 млрд лет? Предположим, черная дыра может расти так быстро, как только может. Предположим, что к этому моменту он удовлетворяет пределу Эддингтона. Далее следует экспоненциальный закон:

Подключить к этой формуле$M_0=10M_\odot$и значения k, вы получаете, что максимальная масса, которую он дает, находится в диапазоне сверхмассивных ЧД, т.е.$M_f\sim 10^{10}M_\odot$для временной шкалы около 1 млрд лет (имейте в виду, цифры хитрые). Конечно, трансэддингтоновский предел сложен, но есть основания полагать, что черные дыры крупнее$10^{10}M_\odot$неустойчивы и выбрасывают материал. Конечно, при отсутствии каких-либо других аргументов приведенный выше аргумент в принципе НЕ обеспечивает верхний предел. К квазарам и джетам применимы только другие соображения. Но этот вопрос является горячей темой для споров в астрофизике. С другой стороны, минимальная (или мельчайшая) масса черной дыры также является загадкой. В макромасштабе мы НЕ нашли черные дыры меньше 3-5 масс Солнца (звездные черные дыры). Однако первичные черные дыры или микрочерные дыры могли создать какие-то кусочки темной материи, спрятанные в скоплениях и других частях галактик. Опять же, единственным намеком являются инфляционные идеи, астрономические измерения и экспериментальные оценки (недавно была проанализирована вероятность того, что темная материя является полностью черными дырами, но некоторые данные, кажется, говорят, что это не так: