¿Existen límites de masa superior o inferior para los agujeros negros?

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.

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

Quizás algún día aprendamos 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, alrededor de 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 tienes masa concentrada en regiones muy pequeñas, no tenemos idea de cómo manejar las fluctuaciones y amplitudes cuánticas, excepto con la teoría de supercuerdas. Otra pregunta relacionada es si se pueden 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 vuelven cada vez más pequeños, por ejemplo, con cierto tamaño, la longitud de onda sería menor que la longitud de Planck. Tenemos que esperar una teoría definitiva de la gravedad cuántica antes de responder el 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 un estado metaestable y provisional/transicional).

¿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 que, por el momento, satisface el límite de Eddington. Entonces, se sigue una ley exponencial:

Complemento en esta fórmula$M_0=10M_\odot$y el valor de k, se obtiene que la masa máxima que produce está en el rango de BH ultramasivo, es decir,$M_f\sim 10^{10}M_\odot$para una escala de tiempo de aproximadamente 1 Gyr (tenga cuidado, los números son complicados). Por supuesto, el límite transEddington es complicado, pero hay algunas razones para creer que los agujeros negros son más grandes que$10^{10}M_\odot$son inestables y expulsan material. Por supuesto, en ausencia de cualquier otro argumento, el argumento anterior NO proporciona un límite superior en principio. Solo parecen aplicarse otras consideraciones relativas a los cuásares y los chorros. Pero el tema es un tema candente de debate en astrofísica. Por otro lado, la masa mínima (o más pequeña) del agujero negro también es un misterio. En macroescala, NO hemos encontrado agujeros negros de menos de 3-5 masas solares (agujeros negros estelares). Sin embargo, los agujeros negros primordiales o microagujeros negros podrían hacer que algunos fragmentos de materia oscura se escondieran en cúmulos y otras partes de las galaxias. Nuevamente, 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 un agujero totalmente negro, pero algunas evidencias parecen decir que ese no es el caso: