الفلك

هل يوجد حد أقصى لحجم الثقب الأسود؟

هل يوجد حد أقصى لحجم الثقب الأسود؟

بقدر ما أفهمه ، فإن الثقوب السوداء تشع إشعاع هوكينغ وربما موجات الجاذبية ، والتي بمرور الوقت تجعلها تفقد الكتلة وتتبخر في النهاية بعد فترات زمنية لا يمكن فهمها تقريبًا. لقد قرأت أيضًا أن الثقوب السوداء تواجه في النهاية صعوبة في اكتساب الحجم بعد نقطة معينة لأن قوى الجاذبية العاملة في قرص اعتماد الثقب الأسود يمكن أن تبدأ في النهاية في إخراج المادة المتساقطة قبل أن يتم امتصاصها.

بينما أعرف أن الثقوب السوداء يمكن أن تصبح ضخمة جدًا ، فإن هذا يقودني إلى التساؤل عما إذا كان للثقوب السوداء أقصى حجم ممكن حيث ستبدأ فورًا في إشعاع أي كتلة إضافية تضاف إليها. أم أن الثقب الأسود يمكن أن يتوسع بشكل فعال إلى الأبد طالما أن إمداد المادة أكبر من تأثيرات الإشعاع والقذف؟

هل يوجد حد فعلي لحجم الثقوب السوداء؟


كما علق David Hammen ، فإن الطاقة المنبعثة من إشعاع Hawking تتناسب مع $ M ^ {- 2} $. وبالتالي فإن مقياس التبخر الزمني للثقب الأسود يتناسب طرديًا مع $ M ^ 3 $. هذا يعني أن الثقب الأسود الأكثر ضخامة يكون أكثر استقرارًا ضد التبخر من الثقب الأسود ذي الكتلة الأقل.

المسألة الأخرى التي ذكرتها هي المعدل المحدود الذي يمكنك "تغذية" الثقب الأسود فيه. هناك حتمية ردود الفعل. عندما يتم ضغط الغاز في اتجاه أفق الحدث ، يصبح ساخنًا ويصدر إشعاعات. يمكن أن يوازن ضغط هذا الإشعاع في النهاية معصمة الجاذبية الداخلية. بالنسبة للتراكم المتماثل كرويًا ، يؤدي هذا إلى حد Eddington ، والذي يحدد الحد الأقصى لمعدل التراكم الكروي ، حيث $ dot {M} _ { rm max} propto M $. أي أن الحد الأقصى لمعدل التراكم يتناسب مع كتلة الثقب الأسود.

إذا استمر التراكم عند حدود Eddington ، فإن كتلة الثقب الأسود تنمو بشكل كبير بمرور الوقت وبخاصية مضاعفة النطاق الزمني لحوالي 50 مليون سنة (بغض النظر عن الكتلة الأصلية - راجع صفحة الفيزياء SE هذه للحصول على بعض التفاصيل الرياضية).

إذا كانت الثقوب السوداء مقتصرة على معدل التراكم هذا (على الرغم من وجود بعض الأدلة من وجود كوازارات شديدة السطوع عند انزياح أحمر مرتفع قد تتجاوزها) ، فإن الكتلة القصوى للثقب الأسود ستعتمد على عمر الكون وحجمه. الثقوب السوداء "البذور" الأولية. إذا افترضنا كتلة أولية مقدارها 100 كتلة شمسية ، ومعدل زمني مضاعف قدره 50 مليون سنة وأن الثقوب السوداء البذرية تشكلت بعد 400 مليون سنة من الانفجار العظيم (كلها معقولة ، ولكن قابلة للجدل) ، فقد تضاعف 266 مقياسًا زمنيًا منذ ذلك الحين. من الممكن أن ينمو الثقب الأسود بمعامل 10 ^ {80} $!

من الواضح أنه لا توجد ثقوب سوداء في أي مكان بالقرب من هذه الكتلة في الكون المرئي - يبدو أن أكبرها من حيث الكتلة الشمسية 10 ^ {10} دولار. نموهم محدود بسبب إمداداتهم الغذائية. تم العثور على الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات. هناك علاقة غير مفهومة جيدًا بين كتلة الثقب الأسود وكتلة انتفاخ المجرة الموجودة فيه. تبلغ النسبة ذروتها عند حوالي 1 في المائة بالنسبة لأكبر الانتفاخات الضخمة (على سبيل المثال انظر Hu 2009؛ McConnell & Ma 2013). نظرًا لأن المجرات الإهليلجية الأكثر ضخامة هي كتل شمسية بترتيب 10 ^ {12} دولار ، هذا يبدو أنه يحدد الحد الأقصى لكتلة الثقب الأسود في الكون الحالي.

المستقبل هو التكهنات. إذا استمر معدل التوسع الكوني في التسارع ، فستصبح عمليات اندماج المجرات غير شائعة بشكل متزايد وستكون فرص نمو الثقوب السوداء محدودة.


هل يوجد حد أقصى لحجم الثقب الأسود؟

لا.

بقدر ما أفهمه ، فإن الثقوب السوداء تشع إشعاع هوكينغ

هذا ما يقوله الناس ، لكن ليس لدينا دليل حقيقي على إشعاع هوكينغ. ومع ذلك ، حتى لو كان هوكينغ صحيحًا بنسبة 100٪ ، كما قال روب ، فإن إشعاع هوكينغ له تأثير أقل وأقل مع زيادة حجم الثقب الأسود.

وربما موجات الجاذبية

لن ينبعث أي ثقب أسود من تلقاء نفسه.

مما يؤدي بمرور الوقت إلى فقدها للكتلة وتتبخرها في النهاية بعد فترات زمنية لا يمكن فهمها

لا يوجد دليل علمي على اختفاء الثقب الأسود. ومع ذلك ، هناك دليل علمي على وجود الثقوب السوداء. هناك بالتأكيد شيء صغير جدًا وضخم جدًا في مركز مجرتنا:

لقد قرأت أيضًا أن الثقوب السوداء تواجه في النهاية صعوبة في اكتساب الحجم بعد نقطة معينة لأن قوى الجاذبية التي تعمل في قرص اعتماد الثقوب السوداء يمكن أن تبدأ في النهاية في إخراج المادة المتساقطة قبل أن يتم امتصاصها.

نعم ، يُقال إن الثقوب السوداء "تختنق" إذا حاولت تناول الكثير منها مرة واحدة. انظر إلى مقال فيزيائي وورلد إن الثقب الأسود الهائل يكافح لابتلاع درب التبانة. هناك مشكلات أخرى تتعلق بأجهزة انفجار أشعة جاما ، مما يعني أن الثقوب السوداء أكلة فوضوية ، لكنها لا تزال "تأكل" ، كما كانت.

بينما أعرف أن الثقوب السوداء يمكن أن تصبح ضخمة جدًا ، فإن هذا يقودني إلى التساؤل عما إذا كان للثقوب السوداء أقصى حجم ممكن حيث ستبدأ فورًا في إشعاع أي كتلة إضافية تضاف إليها. أم أن الثقب الأسود يمكن أن يتوسع بشكل فعال إلى الأبد طالما أن إمداد المادة أكبر من تأثيرات الإشعاع والقذف؟

إنه الأخير. تخيل أنك بالقرب من ثقب أسود هائل. إنها ضخمة جدًا لدرجة أن أي إشعاع هوكينغ لا يكاد يذكر. لا يحتوي على قرص تراكم لأنه يأكل كل شيء أو يفجره بعيدًا. ماذا حدث بعد ذلك؟ تقع في. حتى يكبر هذا الثقب الأسود.

هل يوجد حد فعلي لحجم الثقوب السوداء؟

لا. إذا كان هناك ، ووصل الثقب الأسود في السيناريو أعلاه إليه ، فلن تسقط فيه.


لا يوجد حد أقصى للحجم النظري أقل من حجم الكون. لكن لا توجد طريقة في الطبيعة يمكن أن يتشكل بها ثقب أسود بهذا الحجم.

ربما يكون الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو BHs التي تشكلت بشكل طبيعي. أكبر BHs الطبيعية التي نعرفها عن BHs الهائلة في مراكز المجرات. هناك علاقة شيقة جدا لاحظناها: لا تزيد كتلة BHs في المجرة عن حوالي 0.001 من كتلة الانتفاخ المركزي لمجرتهم الأصلية.

نحن لا نفهم - حتى الآن - في أي تفاصيل سبب حدوث ذلك ، ولكن يُشتبه بشدة أن انتفاخًا مجريًا في وسطه BH ينمو في نفس الوقت ويتوقف عن النمو معًا أيضًا. تم عمل النمذجة مما يجعل هذا الأمر معقولاً ، ولكن على حد علمي لا أحد لديه نظرية مرضية تمامًا تشرح أصلهم ونموهم.

تندمج BHs فائقة الكتلة أحيانًا بعد اندماج المجرات المضيفة ، على الرغم من أنه في معظم الحالات ربما لم يكن هناك وقت كافٍ لحدوث ذلك. (نحن نعلم بوجود مجرات بها العديد من SMBHs).

بتجميع كل هذا معًا ، فإن أكبر BHs الموجودة في الطبيعة ستكون بضع مرات أكثر من 0.001 من كتلة أكبر انتفاخات مجرية ، وسوف تتشكل عندما تندمج العديد من المجرات الكبيرة بشكل خاص وتندمج أيضًا SMBHs الخاصة بها في النهاية.