Zoals David Hammen opmerkte, is het vermogen dat door Hawking-straling wordt uitgezonden evenredig met $ M ^ {- 2} $. De tijdschaal van de verdamping voor een zwart gat is dus evenredig met $ M ^ 3 $. Dit betekent dat een zwaarder zwart gat veel stabieler is tegen verdamping dan een zwart gat met een lagere massa.

Het andere probleem dat u noemt, is de beperkte snelheid waarmee u een zwart gat kunt "voeden". Er is onvermijdelijk feedback; als gas wordt gecomprimeerd naar de waarnemingshorizon, wordt het heet en straalt het straling uit. De druk van deze straling kan uiteindelijk de binnenwaartse zwaartekrachtsinval in evenwicht brengen. Voor sferisch symmetrische aanwas leidt dit tot de Eddington-limiet, die de maximale bolvormige aanwassnelheid instelt, waarbij $ \ punt {M} _ {\ rm max} \ proptot M $. Dat wil zeggen, de maximale aanwassnelheid is evenredig met de massa van het zwart gat.

Als de aanwas voortschrijdt bij de Eddington-limiet, groeit de massa van het zwart gat exponentieel met de tijd en met een kenmerkende verdubbelingstijdschaal van ongeveer 50 miljoen jaar ( onafhankelijk van de oorspronkelijke massa - zie deze Physics SE-pagina voor enkele wiskundige details).

Als zwarte gaten beperkt waren tot dit aanwaspercentage (hoewel er enig bewijs is van de aanwezigheid van zeer lichtgevende quasars bij hoge roodverschuiving, zodat ze deze kunnen overschrijden), dan zal de maximale zwart gat massa afhangen van de ouderdom van het universum en de grootte van de aanvankelijke "zaad" zwarte gaten. Als we uitgaan van een aanvankelijke massa van 100 zonsmassa's, een verdubbeling van de tijdschaal van 50 miljoen jaar en dat de zaadzwarte gaten zich 400 miljoen jaar na de oerknal hebben gevormd (allemaal aannemelijk, maar betwistbaar), dan zijn er sindsdien 266 verdubbelde tijdschalen geweest. zwart gat had kunnen groeien met een factor $ 10 ^ {80} $!

Het is duidelijk dat er in het waarneembare universum geen zwarte gaten zijn met een dergelijke massa in de buurt - de grootste lijken van de orde $ 10 ^ {10} $ zonsmassa's te zijn. Hun groei wordt beperkt door hun voedselvoorziening. Superzware zwarte gaten worden gevonden in de centra van sterrenstelsels. Er is een slecht begrepen relatie tussen de massa van het zwarte gat en de massa van de uitstulping van het sterrenstelsel waarin het zich bevindt. De verhouding piekt op ongeveer 1 procent voor de meest massieve uitstulpingen (zie bijvoorbeeld Hu 2009; McConnell & Ma 2013). Aangezien de meest massieve, massieve elliptische sterrenstelsels ongeveer $ 10 ^ {12} $ zonsmassa's hebben, dit lijkt de maximale massa van een zwart gat in het huidige universum te bepalen.

De toekomst is speculatie. Als het tempo van de kosmische expansie blijft versnellen, zullen samensmeltingen van melkwegstelsels steeds zeldzamer worden en zullen de kansen voor verdere groei van zwarte gaten beperkt zijn.

Is er een maximale grootte voor een zwart gat?

Nee.

Voor zover ik het begrijp, stralen zwarte gaten Hawking-straling uit.

Dat zeggen mensen, maar we hebben geen echt bewijs voor Hawking-straling. Maar zelfs als Hawking 100% correct was, zoals Rob zei, heeft Hawking-straling steeds minder effect naarmate het zwarte gat groter en groter wordt.

en waarschijnlijk zwaartekrachtgolven

Een zwart gat op zichzelf zal er geen uitstoten.

waardoor ze na verloop van tijd massa verliezen en uiteindelijk verdampen na een bijna ondoorgrondelijke hoeveelheid tijd.

Er is geen wetenschappelijk bewijs dat een zwart gat zal verdwijnen. Er is echter wetenschappelijk bewijs dat er zwarte gaten bestaan. Er is beslist iets heel kleins en zeer massiefs in het centrum van ons melkwegstelsel:

I Ik heb ook gelezen dat zwarte gaten na een bepaald punt moeite hebben om aan grootte te winnen, omdat zwaartekrachten die in een accreditatieschijf voor zwarte gaten werken, uiteindelijk kunnen beginnen met het uitwerpen van vallende materie voordat het kan worden opgenomen.

Ja, er wordt gezegd dat zwarte gaten "stikken" als ze te veel tegelijk proberen te eten. Zie het physicsworld-artikel Het superzware zwarte gat worstelt om de Melkweg in te slikken. Er zijn nog andere zaken die te maken hebben met gammastraaluitbarstingen, wat betekent dat zwarte gaten rommelige eters zijn, maar ze "eten" nog steeds als het ware.

Hoewel ik weet dat zwarte gaten behoorlijk massief kunnen worden, vraag ik me af of zwarte gaten een maximaal mogelijke grootte hebben waar ze onmiddellijk elke extra massa die eraan wordt toegevoegd, zullen gaan uitstralen. Of kan een zwart gat effectief voor altijd uitzetten zolang de toevoer van materie groter is dan de effecten van straling en uitstoot?

Het is het laatste. Stel je voor dat je in de buurt van een superzwaar zwart gat bent. Het is zo enorm dat elke Hawking-straling verwaarloosbaar is. Het heeft geen accretieschijf omdat het alles heeft opgegeten of weggeblazen. Wat gebeurt er nu? Je valt erin. Zodat dat zwarte gat groter wordt.

Is er effectief een maximale grootte voor zwarte gaten?

Nee. Als dat zo was, en het zwarte gat in het bovenstaande scenario had het bereikt, zou je er niet in vallen.

Er is geen maximale theoretische grootte die lager is dan de grootte van het universum. Maar er is geen manier in de natuur dat een zo groot zwart gat kan ontstaan.

Interessanter zijn misschien de BH's die van nature zijn gevormd. De grootste natuurlijke BH's die we kennen van de superzware BH's in galactische centra. Er is een zeer interessante relatie die we hebben waargenomen: De massa van Galactische BH's is nooit meer dan ongeveer 0,001 van de massa van de centrale uitstulping van hun thuisstelsels .

Dat doen we niet begrijp - tot nu toe - in elk detail waarom dit zo is, maar er wordt sterk vermoed dat een galactische uitstulping en zijn centrale BH tegelijkertijd groeien en ook niet meer samen groeien. Er is modelleerwerk verricht dat dit aannemelijk maakt, maar voor zover ik weet heeft niemand een volledig bevredigende theorie die hun oorsprong en groei verklaart.

Superzware BH's versmelten soms nadat hun gaststelsels samenkomen, hoewel in de meeste gevallen daar is waarschijnlijk niet genoeg tijd voor geweest. (We kennen wel sterrenstelsels met meerdere SMBH's erin.)

Alles bij elkaar opgeteld, zullen de grootste BH's die in de natuur worden aangetroffen een paar keer meer zijn dan 0,001 van de massa van de grootste galactische uitstulpingen, en worden gevormd wanneer verschillende bijzonder grote sterrenstelsels samensmelten en hun SMBH's uiteindelijk ook samensmelten.