Време за четене: 7 минути
Ново изследване предполага, че „зоните на Златокоска“, където планетите могат да имат перфектни условия за живот, може да съществуват близо до свръхмасивни черни дупки.
Земята е в беда. Загиващите култури и смъртоносните прашни бури поставят планетата под напрежение, оставяйки човешката раса в остра нужда от нов дом.
В отчаян опит да го намерят, екип от смели астронавти, водени от Джоузеф Купър, се впускат в червеева дупка близо до Сатурн, появяваща се на светлинни години от планетата на Милър – океански свят, обикалящ около свръхмасивна черна дупка, известна като Гаргантюа.
Така върви и сюжетът на холивудския епос Interstellar от 2014 г. Но според последните изследвания тази идея може да не е толкова пресилена, колкото изглежда на пръв поглед.
Способността да се забелязват други планети в космоса постигна зашеметяващ напредък през последния четвърт век. Вече знаем за повече от 4000 екзопланети – светове извън нашата Слънчева система, обикалящи около далечни звезди.
За тези, които търсят извънземен живот там, общоприетата мъдрост казва, че трябва да търсим Земя 2.0; планета точно като нашата, обикаляща на безопасно, топло разстояние от подобна на Слънцето звезда. Само там ще намерим единственото нещо, от което животът се нуждае: водата.
За разлика от животворните звезди, черните дупки се разглеждат като предвестници на смърт и разрушение. Те се образуват, когато огромни звезди умират и тяхното гравитационно привличане е толкова екстремно, че действат като гигантски космически капани. Падаш и ще бъдеш разкъсан без шанс за бягство. Това едва ли изглежда като идеалната среда за развитие на живота, но пропускаме ли някой трик?
Планети с черни дупки
Кеичи Вада от Националната астрономическа обсерватория на Япония смята така. Той работи върху физиката на черните дупки, но се обедини с колеги, които изследват формирането на планетите, за да види дали идеята е правдоподобна.
„Двете полета [формиране на планети и черни дупки] са толкова различни, че обикновено няма взаимодействие между тях“, казва Уада. Те се стремят да променят това, като комбинират знанията си, за да моделират формирането на планети около свръхмасивни черни дупки, точно като Гаргантюа в Интерстелар.
Планетите се образуват около звездите, когато гравитацията започне да събира прашинки заедно в малки топки, които след това постепенно се сблъскват една с друга, за да образуват все по-големи и по-големи обекти. Уада и неговият екип искаха да видят дали това може да се случи около черна дупка.
Техният модел, публикуван през ноември 2019 г., показва, че на достатъчно далечни разстояния от черната дупка – най-малко 10 светлинни години – гравитационната среда е достатъчно стабилна, за да се формират планетите по същия начин, както около звезди като нашето Слънце .
„Това е първото проучване, което твърди, че има възможност за директно образуване на планетоподобни обекти около свръхмасивни черни дупки“, казва Уада. „Очакваме повече от 10 000 планети около една свръхмасивна черна дупка, защото общото количество прах [там] е огромно.“ Това са много неизследвани космически имоти.
Така че планетите биха могли потенциално да се образуват около черни дупки, но това не е гаранция, че те предлагат благоприятна за живота среда. На Земята живите същества са силно зависими от светлината и топлината от Слънцето, за да оцелеят. Без блясъка на звезда животът около черна дупка вероятно ще се нуждае от алтернативен източник на енергия.
За щастие, това може да не е твърде трудно да се постигне. Според статия, публикувана от д-р Джеръми Шнитман от НАСА през октомври 2019 г., характеристика на много черни дупки – акреционният диск – може да замени Слънцето.
Акреционният диск всъщност е плоска ивица от материал, струяща на опашка около черната дупка, чакаща да бъде погълната. Тъй като материалът се спуска спираловидно надолу към забвение, той се движи невероятно бързо и излъчва огромно количество енергия, преди да изчезне след точката, от която няма връщане.
„Всички черни дупки, които познаваме, имат акреционни дискове и са невероятно ярки“, казва Шнитман. Според неговите изчисления, ако поставите планета на правилното разстояние от черната дупка и акреционният диск ще изглежда със същия размер и яркост като Слънцето в нашето небе. „Ще изглежда много подобно на нашата Слънчева система“, казва той.
Дневното небе на такава планета може да е познато, но нощното не би било всичко друго. Центровете на галактиките, където обикновено се намират свръхмасивните черни дупки, са толкова пълни със звезди, че според Шнитман нощното небе би било 100 000 пъти по-ярко от нашето.
Тези звезди обаче не са добре разпръснати в небето. Гравитацията на черната дупка ускорява планетата до толкова големи скорости, че звездната светлина изглежда сякаш идва от една точка пред вас, която е по-малка от Слънцето. „Все едно караш в дъжда“, казва Шнитман. Представете си космически кораб, който удря варп скорост в научнофантастичен филм. „Със сигурност ще изглежда грандиозно.“
Има обаче проблем с планетата, която се затопля от акреционен диск. „Те излъчват много повече ултравиолетова и рентгенова радиация от Слънцето“, казва Шнитман. Този вид радиация може потенциално да стерилизира иначе обитаема планета. „Ще ви трябва облачна атмосфера, за да го блокирате“, добавя той.
Но това не е невъзможно предвид това, което вече знаем за екзопланетите, които открихме, обикалящи около други звезди. „Плътната, мъглива атмосфера изглежда е доста често срещана“, казва той. Така че може да успеете да се измъкнете от това, че е като постоянен горещ и влажен ден тук на Земята.
Светлина от черна дупка
Като се имат предвид тези опасности и ограничения, може да има по-безопасен начин за затопляне на световете около черните дупки: остатъчната енергия от Големия взрив. Астрономите го наричат „космически микровълнов фон“ (CMB) и той е бил пуснат във Вселената 380 000 години след създаването на космоса.
Според д-р Павел Бакала от Силезийския университет в Чешката република, тя може да заеме мястото на звезда, благодарение на ефект, наречен гравитационна леща. Поради огромната си маса черните дупки изкривяват пространството около себе си до такава степен, че действат като лещи.
Подобно на лупата, която може да подпали пръчка, като фокусира слънчевата светлина, така че екстремната гравитация на черната дупка може да фокусира енергията на CMB върху орбитална планета
И все пак Бакала казва, че това само по себе си не е достатъчно, посочвайки факта, че на Земята преминаваме през периоди от ден и нощ, благодарение на въртенето на Земята. „Това помага за циркулацията на енергията около планетата“, казва той.
Нощният отдих е също толкова важен за един обитаем свят, колкото и дневният блясък. Бакала има решение и за този проблем: сянката на черната дупка. Докато светлината пресича изключително изкривеното пространство около черна дупка, тя създава пръстен с тъмна зона – сянката – вътре в нея.
Това може да се види в станалата известна снимка на черна дупка, публикувана от учените зад телескопа Event Horizon през април 2019 г. Планета, преминаваща през тази сянка, ще бъде потопена в нощта. „Това може да го направи наистина подобен на нашия опит на Земята“, казва Бакала.
Не всяка черна дупка обаче е подходяща. „Имате нужда от много бързо въртяща се черна дупка“, казва Бакала. „Трябва да се върти със скорост, близка до тази на светлината.“ Това е така, защото колкото по-бавно се върти черна дупка, толкова по-далеч трябва да пътувате от нея, за да достигнете стабилна орбита.
Отидете твърде далеч и вече няма да получавате цикъла ден и нощ, осигурен от космическия микровълнов фон и сянката на черната дупка. Не е изключено, особено ако погледнем древните черни дупки. Колкото по-стара е една черна дупка, толкова по-голям е шансът тя да се завърти, докато поглъща разни неща.
Възрастта на черна дупка не е единственият въпрос, свързан с времето, който трябва да се вземе предвид, когато се преценява дали е вероятно да бъде намерен живот в орбита на нея. Черните дупки се забъркват със самото време. В своята Обща теория на относителността Алберт Айнщайн ни казва, че пространството и времето са преплетени в тъкан, наречена пространство-време – известният пространствено-времеви континуум.
Така черната дупка не само деформира пространството около себе си, но и времето. „Времето там тече по-бавно с фактор 1000“, казва Бакала. Това означава, че за всеки 1000 дни, които минават на Земята – малко повече от три години – минава само един ден на планетата с черна дупка. Този ефект, известен като „разширяване на времето“, представлява основна сюжетна точка в Interstellar, като един час преминава на планетата на Милър за всеки седем години на Земята.
Животът на Земята е започнал сравнително рано – през първите половин милиард години или така. За да са минали половин милиард години на планетата с черна дупка, Вселената трябва да е на 500 милиарда години. Всъщност то се е образувало преди малко под 14 милиарда години.
Така че, ако трябва да се намери живот на планетата на Милър от реалния свят, той ще трябва да се появи значително по-бързо, отколкото тук.
Въртене на черна дупка
Според д-р Лоренцо Йорио от Министерството на образованието, университета и научните изследвания в Италия, този живот ще трябва да се справи с още едно тежко последствие от общата теория на относителността, толкова близо до гравитационно чудовище.
Черна дупка може да причини хаос с наклона на планетата – доколко нейната ос на въртене е наклонена спрямо вертикалата. Наклонът на Земята в момента е малко над 23° и именно този наклон ни дава сезоните – лято, когато сме наклонени към Слънцето, и зима, когато сме наклонени встрани.
Този наклон варира между 22,1° и 24,5° в продължение на цикъл от 41 000 години, тъй като гравитацията на нашите съседни планети ни привлича. Това е сравнително малка промяна за дълъг период от време и така получаваме стабилни сезони с минимални температурни вариации между тях.
За разлика от това, наклонът на планета с черна дупка е много по-малко стабилен, докато се движи през изкривеното пространство около своя домакин. „Може да варира с няколко десетки градуса само за 400 години“, казва Йорио.
Неговите изчисления, публикувани през февруари 2020 г., представляват първия път, когато ефектите от Общата теория на относителността са взети предвид по този начин. „Това е вредно за възможността стабилни форми на живот и цивилизации да се формират и растат“, казва той.
Всичко това е безсмислено, освен ако не можем действително да намерим планети, обикалящи около черни дупки. За щастие, една предстояща космическа мисия може да се справи с работата. През 2034 г. Европейската космическа агенция (ESA) планира да стартира мисията Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Това е невероятно чувствителен детектор за улавяне на гравитационни вълни – вълните, създадени, когато обектите се движат и изкривяват пространство-времето.
„LISA ще бъде достатъчно чувствителна, за да види планета черна дупка с размерите на Земята в Млечния път“, казва Шнитман. „За планета с размерите на Юпитер, която гледате хиляди пъти по-далеч от това“, казва той.
Това вкарва още около 50 местни галактики в битката, включително Андромеда и Триангулум. Може би тогава най-накрая ще разберем дали тези безслънчеви и беззвездни светове на научната фантастика наистина съществуват.
