Возможна ли жизнь вокруг черных дыр?

Возможна ли жизнь вокруг черных дыр?

Мы привыкли думать о возможных домах для жизни в водных мирах, вращающихся вокруг звезд, таких как солнце, но новая исследовательская работа нашла новую потенциальную среду обитания: скалистую планету, вращающуюся сразу за горизонтом событий быстро вращающейся сверхмассивной черной дыры .

Экзотические силы вокруг этой черной дыры способны согревать планету в самый раз, но сценарий имеет загадку: планета должна вращаться почти со скоростью света.

Связано: 10 экзопланет, способных принять инопланетную жизнь

Среда обитания человечества
Мы не знаем всех возможных мест, где может возникнуть жизнь в нашей вселенной , потому что пока у нас есть только один пример: мы. И хотя ученым (и научным авторам) нравится размышлять о всевозможных экзотических схемах и возможностях для жизненных форм, для серьезных поисков внеземного разума , лучше всего использовать наши собственные обстоятельства в качестве шаблона, охотясь за жизнью, которая не слишком отличается от того, что мы находим на Земле.

Из этого мы можем сделать два чрезвычайно широких требования. Во-первых, жизнь как наша требует жидкой воды. Вода — самая распространенная молекула во вселенной, состоящая из водорода (элемент № 1, когда дело доходит до изобилия в космосе) и кислорода (побочный продукт реакций синтеза в звездах, подобных нашему Солнцу , что делает его также очень распространенным). Но эта вода обычно либо испаряется в плазму (и, следовательно, очень вредна для жизни), либо запирается в твердом, замороженном состоянии в виде льда (также не очень хорошо для жизни).

Жидкие вещества труднее найти, и для них требуется источник тепла, который не настолько горячий, чтобы вода просто испарялась. Мы нашли этот идеальный баланс только в двух видах локаций: так называемая « обитаемая зона » звезд, полоса орбит, где свет выводит ее точно; и похоронены под ледяными корками некоторых лун внешних планет в нашей солнечной системе, где приливное нагревание генерирует необходимую энергию.

Но просто сырого тепла недостаточно. Жизнь — это сложный процесс, который использует энергию, чтобы делать интересные вещи (например, передвигаться, есть и размножаться). Все эти процессы не совсем эффективны, поэтому они генерируют отработанное тепло. Это отработанное тепло должно быть безопасно удалено из окружающей среды; в противном случае вы получите кошмарные парниковые сценарии с повышением температуры до неконтролируемого уровня и уничтожением любой жизни, которая началась.

На Земле мы сбрасываем отработанное тепло в вакуум самого космоса в форме инфракрасного излучения. Этот контраст между источником энергии и местом, где можно выбросить все отходы, дает возможность процветать жизни на нашей родной планете и, вероятно, на любой другой планете с аналогичным расположением.

Теплые монстры
На первый взгляд, черные дыры являются наименее привлекательными домами для любых потенциальных форм жизни. В конце концов, они являются объектами, сделанными из чистой гравитации, притягивающими все, что находится слишком близко под их горизонтами событий , которые навсегда закрывают их от дальнейшего контакта с остальной частью вселенной. Ничто, даже свет, не может избежать их гравитационной пасти.

Черные дыры сами по себе не испускают свет — они черные, но эта неизбежная гравитация может преподнести сюрприз, уникальный для них во всем космосе.

Проникновение во вселенную — это то, что называется космическим микроволновым фоном (CMB). CMB — это оставшееся излучение, когда Вселенная была всего лишь ребенком, ей было всего 380 000 лет. Это, безусловно, величайший источник излучения во всем космосе, легко затопляющий все звезды и галактики на многие порядки. Причина, по которой вы этого не видите, заключается в том, что он в основном находится в микроволновой области электромагнитного спектра (отсюда и название).

Другими словами, CMB холодный, с температурой примерно на 3 градуса выше абсолютного нуля.

Но когда этот свет CMB падает в черную дыру, он становится синеватым, сталкивается с высшими и более высокими энергиями от экстремальной гравитации. Непосредственно перед тем, как попасть на горизонт событий, свет CMB может получить столько энергии, что он смещается в инфракрасную, видимую и даже ультрафиолетовую части спектра.

Другими словами, около черной дыры CMB перестает быть холодным и становится очень, очень горячим.

Более того, если черная дыра вращается, она способна сфокусировать свет в узкий луч, благодаря чему CMB выглядит как одно пятно на небе. Вроде как солнце.

Поэтому, если вам удастся подобраться достаточно близко к черной дыре, вы обнаружите, что оказались на удивление теплыми, а если вы планета, вы можете просто обнаружить, что ваш ледяной лед превращается в жидкие океаны — потенциальный дом для жизни .

Но чтобы жизнь процветала, ей также необходим радиатор, который может быть легко обеспечен самой черной дырой. Близко к черной дыре гравитационные искажения увеличивают видимость горизонта событий, вздувая его намного больше, чем можно наивно думать.

Достаточно близко к черной дыре (скажем, в радиусе менее 1% над горизонтом событий) горячий CMB сжимается, чтобы заполнить только небольшой диск, в то время как горизонт событий расширяется, чтобы покрыть 40% неба. Если ваша планета вращается, то у вас есть «солнце» и «ночь» — и жизнь имеет все, что ей нужно для ведения бизнеса.

Но орбиты на этом радиусе обычно чрезвычайно неустойчивы, склонны к тому, чтобы просто упасть до самой страшной черноты. Недавно группа исследователей опубликовала анализ в Астрофизическом журнале , исследуя этот сценарий, чтобы выяснить, есть ли способ стабилизировать ситуацию.

И они нашли способ заставить это работать. Если черная дыра большая, по крайней мере в 1,6×108 раз больше массы Солнца и быстро вращается, то она содержит «обитаемую зону» чуть выше горизонта событий, где свет CMB достигает максимума в ультрафиолетовой части спектра — жарко, но не страшно. Если ближе, то планета будет разрушена экстремальными гравитационными силами, а дальше и КМБ будет слишком холодно. Но в этой узкой полосе? В самый раз.

Хотя этот сценарий возможен, он не будет очень красивым. Планета должна была бы вращаться почти со скоростью света , испытывая коэффициент замедления в тысячи раз — это означает, что на каждую секунду, проходящую в этом мире, часы будут пролетать за нами. И кто знает, может ли планета даже найти свой путь так близко к черной дыре, все еще выживая.

Тем не менее, работа показывает, что мы должны держать свои умы открытыми, когда речь идет о потенциальных домах для жизни, вплоть до некоторых из самых ужасных условий во вселенной.