Vai apdzīvojama planēta varētu riņķot ap supermasīvu melno caurumu?

Reklāmas attēls no Interstallar filmas PARAMOUNT ATTĒLI UN WARNER BROS. BILDES

Starpzvaigžņu ieņem īpašu vietu zinātniskās fantastikas cienītājiem. Filmas izpildproducents un zinātniskais padomnieks bija Kips Torns, Nobela prēmijas laureāts fiziķis, kurš solīja, ka filmā nekas nepārkāps fizikas likumus un ka jebkādas mežonīgas spekulācijas izrietēs no zinātnes.

Filmas priekšnoteikums ir tāds, ka Zeme kļūst neapdzīvojama un cilvēkiem ir jāatrod cita vieta, kur dzīvot. Paveicies, astronomi netālu no Saturna ir atklājuši tārpa caurumu, kas darbojas kā tunelis cauri telpai uz tālu supermasīvu melno caurumu, ko sauc par Gargantuanu.

Gargantuan riņķo dažādas planētas. Tāpēc NASA nosūta vairākas misijas, lai izpētītu planētas, cerot atrast tādu, kas ir apdzīvojama.

Daudz ir rakstīts par filmas zinātnisko precizitāti, melno caurumu attēlojumu un tā tālāk, lielākā daļa no tām ir slavējamas. Fiziķis Mičio Kaku sacīja, ka tas ir zelta standarts, pēc kura tiks vērtētas turpmākās zinātniskās fantastikas filmas.

Taču vēl ir jāatrisina viens jautājums — vai apdzīvojamai planētai vispār ir iespējams riņķot ap supermasīvu melno caurumu? Un šodien mēs saņemam atbildi, pateicoties Džeremija Šnitmena darbam NASA Godāras kosmosa lidojumu centrā Grīnbeltā, Merilendā.

Šnitmans ir vieglprātīgi aplūkojis jautājumu un aprēķinājis, vai dzīvībai gatavi apstākļi varētu pastāvēt uz planētas, kas riņķo tuvu supermasīvajam melnajam caurumam. Un viņa secinājumi ir pārsteidzoši.

Vispirms nedaudz fona. Astrobiologi jau sen ir strīdējušies par apstākļiem, kas nepieciešami Zemei līdzīgās šķirnes dzīvībai. Pastāv plaša vienprātība, ka šķidra ūdens klātbūtne ir viena no pamatprasībām, un tas nosaka īpašus apdzīvojamu planētu temperatūras ierobežojumus.

Šnitmana pieeja ir jautāt, kādi enerģijas avoti varētu radīt šāda veida temperatūru uz planētas, kas riņķo ap melno caurumu. Šādam enerģijas avotam vajadzētu būt pilnīgi atšķirīgam no Zemes.

Atmosfēras temperatūra šeit ir līdzsvara rezultāts starp saules enerģiju, kas silda atmosfēru, un izejošo enerģiju, kas atņem enerģiju. Izrādās, ka tās ir sarežģītas attiecības, kas klimata zinātnes veidā ir radījušas visu savu disciplīnu.

Tomēr bez saules ienākošā gaisma pazustu, atņemot gandrīz visu enerģiju dzīvībai uz Zemes. Bez pastāvīgās siltuma plūsmas okeāni, iespējams, sasaltu dažu dienu laikā, saka Šnitmans.

Taču izrādās, ka planētai, kas riņķo ap supermasīvu melno caurumu, ir vairāki citi enerģijas avoti. Acīmredzamākais ir tas, ka supermasīvie melnie caurumi nemaz nav melni. Lielākā daļa no tā, ko mēs zinām par melnajiem caurumiem, ir iegūts, novērojot elektromagnētisko starojumu, kas nāk no gāzes, kad tas uzkrājas melnajā caurumā, saka Šnitmans. Var dabiski iedomāties, ka saules aizstāšana ar melno caurumu, kas aug, galu galā varētu nebūt dzīvības beigas uz Zemes.

Taču supermasīvie melnie caurumi ir ne tikai spilgti; tie ir spilgtākie noturīgie starojuma avoti Visumā, īpaši ultravioletajā reģionā, kur radiācijas maksimums. Tos ieskauj karsts gāzes uzkrāšanās disks, kas krīt melnajā caurumā.

Apstākļi šādā diskā ir pārāk ekstrēmi, lai uzturētu šķidru ūdeni, taču Šnitmans saka, ka tos var padarīt ērtākus, iedomājoties, ka melnā cauruma akrecijas ātrums ir niecīga daļa no novērotās vērtības.

Rezultātā jebkura planēta, kas riņķo tuvu supermasīvajam melnajam caurumam, to darītu karstas gāzes mākonī. Filmā interesējošās planētas riņķo tieši aiz melnā cauruma notikumu horizonta, kur Šnitmans aprēķina, ka tās ieskauj 6000 grādu melnā ķermeņa starojuma lauks. Diez vai viesmīlīgs pret dzīvi, viņš komentē.

Tālāk gāze būtu vēsāka. Lai tā būtu istabas temperatūra, planētai vajadzētu riņķot attālumā, kas 100 reizes pārsniedz melnā cauruma gravitācijas rādiusu.

Tātad uz šādas planētas būtu iespējams šķidrs ūdens. To, vai dzīve varētu attīstīties, ir grūtāk novērtēt. Visām zināmajām dzīvības formām nepieciešama enerģija gradients lai izdzīvotu, tāpēc visu izplatošais melnā ķermeņa starojuma fons, iespējams, nebūtu īpaši labvēlīgs sarežģītai dzīvei, saka Šnitmans.

Filmai ir neliela problēma, jo planēta skaidri riņķo aiz akrecijas diska, kas, pēc Šnitmana, būtu dinamiski nestabila.

Lielāka problēma ir tā, ka, ja akrecijas ātrums būtu mazāks, arī diska blīvums būtu mazāks, padarot to grūtāk izstarot. Un bez šī starojuma akrecijas disks vienkārši uzkarstu virs šķidrā ūdens temperatūras. Tātad šī argumenta pamatā ir paradokss, kas galu galā padara to par nederīgu.

Tomēr viss vēl nav zaudēts. Ir vēl viens enerģijas avots kosmiskā mikroviļņu fona veidā, Lielā sprādziena atbalss. Astronomi ir izmērījuši šo starojumu, un tā temperatūra ir tikai 2,7 K, un tas ir gandrīz pietiekami, lai uzturētu šķidru ūdeni.

Bet šeit izpaužas relativitātes maģija. Kā redzams filmā, laiks novērotājiem uz planētas virsmas palēninās, un tam ir zilās gaismas ietekme, padarot to karstāku. Un jo tuvāk planēta būs melnajam caurumam, jo ​​lielāka būs šī ietekme.

Šnitmans aprēķina, ka planēta, kas riņķo tieši aiz gravitācijas rādiusa, piedzīvos pietiekami daudz siltuma no kosmiskā mikroviļņu fona, lai veiktu šo triku. Tas būtu kā riņķošana ap balto punduri 0,2 AU attālumā, viņš saka. Tas nodrošinātu pietiekami daudz enerģijas šķidram ūdenim, bet arī peldētu planētu bīstamā ultravioletā starojuma līmenī.

Tad ir gaisma no citām zvaigznēm. Uz Zemes naksnīgās debesis ir tumšas, jo mēs atrodamies salīdzinoši retajā galaktikas atzarā. Bet supermasīvie melnie caurumi parasti atrodas galaktiku centrā, kur zvaigžņu blīvums ir ievērojami lielāks. Tātad planētai, kas riņķo ap supermasīvo melno caurumu mūsu galaktikas centrā, nakts debesis būtu 100 000 reižu spožākas nekā uz Zemes.

Tas nodrošinātu ievērojamu UV gaismas un rentgena staru fonu. Šnitmans iedomājas civilizāciju, kas ir pietiekami attīstīta, lai izveidotu sava veida apgrieztu Disona sfēru, kas atspoguļo šo enerģiju. Viņš cerams, ka tas ļautu dzīvot daudz tuvāk saimnieka supermasīvajam melnajam caurumam, pat saskaroties ar pārmērīgu fona UV vai rentgena starojumu.

Tomēr pat ar šādu aizsargājošu vairogu joprojām pastāv dabas klusā slepkava: neitrīno rēgs, viņš saka ar pieaugošu posta sajūtu. Neitrīni spēcīgi mijiedarbojas ar matēriju. Bet, ja to ir milzīgs skaits, tiem var būt ievērojama ietekme.

Daži zinātnieki domā, ka masveida izmiršanas notikumus uz Zemes izraisīja milzīgi neitrīno uzliesmojumi no tuvējām supernovām. Un supermasīvs melnais caurums radītu vairāk nekā pietiekami, lai mazinātu ballītes garu uz jebkuras planētas.

Tomēr neitrīno var izraisīt ģeotermālo apkuri. Un atšķirībā no kaitīgās UV vai rentgena plūsmas, ko rada šis zili nobīdītais elektromagnētiskais starojums, planētas kodola neitrīno uzkarsēšana var radīt plaukstošu dzīvības formu populāciju, kas ir līdzīga tām, kas atrodamas netālu no dziļajām okeāna atverēm uz Zemes, saka Šnitmans ar vairāk nekā vēlmju domāšanas mājiens.

Šī sajūta ātri pazūd, jo viņš pāriet uz citiem iemesliem, lai būtu pesimistisks. Melnā cauruma tuvumā gravitācijas viļņi nodrošinātu vienmērīgu destruktīvu vibrāciju dūkoņu. Un tumšā matērija, ja tāda pastāv, nodrošina bagātīgu nolemtības gobelēnu.

Šnitmans ir piesardzīgs, lai pilnībā nenoraidītu iespēju, ka apdzīvojama planēta varētu riņķot ap supermasīvu melno caurumu, vismaz ne tieši.

Bet netiešais vēstījums ir skaidrs — tur ir maz viesmīlības. Ja ir kaut kur Visumā, kur cilvēkiem vajadzētu meklēt apdzīvojamas planētas, iespējams, tas ir pēc iespējas tālāk no supermasīvajiem aizmugures caurumiem.

Fani par starpzvaigžņu, lūdzu ievērojiet!

Atsauce: arxiv.org/abs/1910.00940 Dzīve uz Millera planētas: apdzīvojama zona ap supermasīvajiem melnajiem caurumiem

paslēpties