Μπορεί να υπάρξει ζωή γύρω από μια μαύρη τρύπα;

Η Γη είναι σε δύσκολη θέση. Οι καλλιέργειες που πεθαίνουν και οι θανατηφόρες καταιγίδες σκόνης θέτουν τον πλανήτη υπό πίεση, αφήνοντας την ανθρώπινη φυλή σε μεγάλη ανάγκη για ένα νέο σπίτι.

Σε μια απέλπιδα προσπάθεια να βρει ένα, μια ομάδα γενναίων αστροναυτών με επικεφαλής τον Joseph Cooper μπαίνει σε μια σκουληκότρυπα κοντά στον Κρόνο, που αναδύεται έτη φωτός μακριά στον πλανήτη του Miller - ένας ωκεάνιος κόσμος που περιστρέφεται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα γνωστή ως Gargantua.

Έτσι ακολουθεί η πλοκή του χολιγουντιανού έπους Interstellar του 2014 . Αλλά σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα, αυτή η ιδέα μπορεί να μην είναι τόσο τραβηγμένη όσο φαίνεται αρχικά.

Η ικανότητα εντοπισμού άλλων πλανητών στο διάστημα έχει σημειώσει εκπληκτική πρόοδο το τελευταίο τέταρτο του αιώνα. Τώρα γνωρίζουμε περισσότερους από 4.000 εξωπλανήτες – κόσμους πέρα ​​από το ηλιακό μας σύστημα που περιφέρονται γύρω από μακρινά αστέρια.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τις μαύρες τρύπες:

• Μαύρες τρύπες και σκοτεινή ενέργεια:πώς το Hubble ανακάλυψε τα πιο σκοτεινά μυστικά του Σύμπαντος
• Σκουληκότρυπες:Θα μπορούσαμε να ταξιδέψουμε μέσα από μια μαύρη τρύπα σε έναν άλλο γαλαξία;

Για όσους αναζητούν εξωγήινη ζωή εκεί έξω, η συμβατική σοφία λέει ότι πρέπει να ψάχνουμε για τη Γη 2.0. ένας πλανήτης σαν τον δικό μας, που περιφέρεται σε ασφαλή, ζεστή απόσταση από ένα αστέρι που μοιάζει με τον Ήλιο. Μόνο εκεί θα βρούμε το μόνο πράγμα που χρειάζεται η ζωή:νερό.

Σε αντίθεση με τα ζωογόνα αστέρια, οι μαύρες τρύπες θεωρούνται προάγγελοι θανάτου και καταστροφής. Σχηματίζονται όταν πεθαίνουν τεράστια αστέρια και η βαρυτική τους έλξη είναι τόσο ακραία που λειτουργούν ως γιγάντιες κοσμικές παγίδες. Πέσε μέσα και ξεσκίζεσαι χωρίς καμία πιθανότητα διαφυγής. Αυτό δεν φαίνεται να είναι το ιδανικό σκηνικό για να αναπτυχθεί η ζωή, αλλά χάνουμε ένα κόλπο;

Πλανήτες μαύρης τρύπας

Ο Keiichi Wada, από το Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας, το πιστεύει. Εργάζεται στη φυσική των μαύρων τρυπών, αλλά έχει συνεργαστεί με συναδέλφους που ερευνούν το σχηματισμό πλανητών για να δουν εάν η ιδέα είναι εύλογη.

«Τα δύο πεδία [ο σχηματισμός πλανητών και οι μαύρες τρύπες] είναι τόσο διαφορετικά, που συνήθως δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ τους», λέει ο Wada. Ξεκίνησαν να το αλλάξουν αυτό συνδυάζοντας τις γνώσεις τους για να μοντελοποιήσουν το σχηματισμό πλανητών γύρω από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, ακριβώς όπως ο Gargantua στο Interstellar .

Πλανήτες σχηματίζονται γύρω από τα αστέρια όταν η βαρύτητα αρχίζει να συλλέγει κόκκους σκόνης μαζί σε μικροσκοπικές μπάλες, οι οποίες στη συνέχεια συγκρούονται σταδιακά μεταξύ τους για να δημιουργήσουν όλο και μεγαλύτερα αντικείμενα. Ο Wada και η ομάδα του ήθελαν να δουν αν αυτό θα μπορούσε να συμβεί γύρω από μια μαύρη τρύπα.

• Εγγραφή στο Science Focus Podcast σε αυτές τις υπηρεσίες:Acast, iTunes, Stitcher, RSS, Overcast

Το μοντέλο τους, που δημοσιεύτηκε τον Νοέμβριο του 2019, δείχνει ότι σε αρκετά μακρινές αποστάσεις από τη μαύρη τρύπα –τουλάχιστον 10 έτη φωτός μακριά– το βαρυτικό περιβάλλον είναι αρκετά σταθερό ώστε οι πλανήτες να σχηματίζονται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο που κάνουν γύρω από αστέρια όπως ο Ήλιος μας .

«Αυτή είναι η πρώτη μελέτη που ισχυρίζεται ότι υπάρχει πιθανότητα άμεσου σχηματισμού πλανητικών αντικειμένων γύρω από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες», λέει ο Wada. «Περιμένουμε περισσότερους από 10.000 πλανήτες γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα επειδή η συνολική ποσότητα σκόνης [εκεί] είναι τεράστια». Πρόκειται για πολλά ανεξερεύνητα κοσμικά ακίνητα.

Έτσι, οι πλανήτες θα μπορούσαν ενδεχομένως να σχηματιστούν γύρω από τις μαύρες τρύπες, αλλά αυτό δεν αποτελεί εγγύηση ότι προσφέρουν ένα περιβάλλον φιλικό προς τη ζωή. Στη Γη, τα ζωντανά όντα εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το φως και τη θερμότητα από τον Ήλιο για να επιβιώσουν. Χωρίς τη λάμψη ενός αστεριού, η ζωή γύρω από μια μαύρη τρύπα πιθανότατα θα χρειαζόταν μια εναλλακτική πηγή ενέργειας.

Ευτυχώς, αυτό μπορεί να μην είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί. Σύμφωνα με ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε από τον Δρ Τζέρεμι Σνίτμαν της NASA τον Οκτώβριο του 2019, ένα χαρακτηριστικό πολλών μαύρων τρυπών - ο δίσκος προσαύξησης - θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει τον Ήλιο.

Ο δίσκος προσαύξησης είναι ουσιαστικά μια επίπεδη ζώνη υλικού που βρίσκεται σε ουρά γύρω από τη μαύρη τρύπα που περιμένει να καταβροχθιστεί. Καθώς το υλικό κατευθύνεται προς τα κάτω στη λήθη, καταλήγει να ταξιδεύει απίστευτα γρήγορα και εκπέμπει τεράστιες ποσότητες ενέργειας πριν εξαφανιστεί πέρα ​​από το σημείο χωρίς επιστροφή.

«Όλες οι μαύρες τρύπες που γνωρίζουμε έχουν δίσκους προσαύξησης και είναι απίστευτα φωτεινοί», λέει ο Schnittman. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, βάλτε έναν πλανήτη στη σωστή απόσταση από τη μαύρη τρύπα και ο δίσκος προσαύξησης θα εμφανιστεί στο ίδιο μέγεθος και φωτεινότητα με τον Ήλιο στον ουρανό μας. «Θα έμοιαζε πολύ με το ηλιακό μας σύστημα», λέει.

Ο ουρανός της ημέρας σε έναν τέτοιο πλανήτη μπορεί να είναι οικείος, αλλά ο νυχτερινός ουρανός θα ήταν κάθε άλλο παρά. Τα κέντρα των γαλαξιών όπου συνήθως βρίσκονται οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι τόσο γεμάτα αστέρια που, σύμφωνα με τον Schnittman, ο νυχτερινός ουρανός θα ήταν 100.000 φορές φωτεινότερος από τον δικό μας.

Διαβάστε περισσότερα για την εξωγήινη ζωή:

• Οι παράξενοι κόσμοι της εξωγήινης ζωής θα μπορούσαν ενδεχομένως να επιβιώσουν
• Πώς θα ήταν στην πραγματικότητα η εξωγήινη ζωή;

Ωστόσο, αυτά τα αστέρια δεν είναι απλωμένα στους ουρανούς. Η βαρύτητα της μαύρης τρύπας επιταχύνει τον πλανήτη σε τόσο υψηλές ταχύτητες που το φως των αστεριών φαίνεται να έρχεται από ένα μόνο σημείο μπροστά σας που είναι μικρότερο από τον Ήλιο. «Είναι σαν να οδηγείς στη βροχή», λέει ο Schnittman. Φανταστείτε ένα διαστημόπλοιο να χτυπά με ταχύτητα στημόνι σε μια ταινία επιστημονικής φαντασίας. "Σίγουρα θα φαινόταν θεαματικό."

Υπάρχει ένα πρόβλημα, ωστόσο, με έναν πλανήτη που θερμαίνεται από έναν δίσκο προσαύξησης. «Εκπέμπουν πολύ περισσότερη υπεριώδη ακτινοβολία και ακτίνες Χ από τον Ήλιο», λέει ο Schnittman. Αυτό το είδος ακτινοβολίας θα μπορούσε ενδεχομένως να αποστειρώσει έναν κατά τα άλλα κατοικήσιμο πλανήτη. «Θα χρειαστείτε μια θολή ατμόσφαιρα για να το εμποδίσετε», προσθέτει.

Αλλά αυτό δεν είναι αδύνατο, δεδομένου των όσων γνωρίζουμε ήδη για τους εξωπλανήτες που έχουμε βρει σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια. «Οι παχιές, μουντές ατμόσφαιρες φαίνεται να είναι αρκετά συνηθισμένες», λέει. Έτσι, ίσως μπορέσετε να ξεφύγετε καθώς είναι σαν μια σταθερή ζεστή και υγρή μέρα εδώ στη Γη.

Φως από μαύρη τρύπα

Δεδομένων αυτών των κινδύνων και των περιορισμών, μπορεί να υπάρχει ένας ασφαλέστερος τρόπος για να ζεστάνετε κόσμους γύρω από τις μαύρες τρύπες:την ενέργεια που απομένει από τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι αστρονόμοι το αποκαλούν «κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων» (CMB) και απελευθερώθηκε στο Σύμπαν 380.000 χρόνια μετά τη δημιουργία του Κόσμου.

Σύμφωνα με τον Dr Pavel Bakala, από το Πανεπιστήμιο της Σιλεσίας στην Τσεχική Δημοκρατία, θα μπορούσε να πάρει τη θέση ενός αστεριού, χάρη σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτικός φακός. Λόγω της τεράστιας μάζας τους, οι μαύρες τρύπες παραμορφώνουν τον χώρο γύρω τους σε τέτοιο βαθμό που λειτουργούν ως φακοί.

Όπως ένας μεγεθυντικός φακός μπορεί να βάλει φωτιά σε ένα ραβδί εστιάζοντας το φως του Ήλιου, έτσι η ακραία βαρύτητα της μαύρης τρύπας μπορεί να εστιάσει την ενέργεια του CMB σε έναν πλανήτη σε τροχιά.

Ωστόσο, ο Bakala λέει ότι αυτό από μόνο του δεν αρκεί, δείχνοντας το γεγονός ότι στη Γη κάνουμε ποδήλατο σε περιόδους ημέρας και νύχτας, χάρη στην περιστροφή της Γης. "Αυτό βοηθά στην κυκλοφορία της ενέργειας σε όλο τον πλανήτη", λέει.

Η ανάπαυλα της νύχτας είναι εξίσου σημαντική για έναν κατοικήσιμο κόσμο με τη λάμψη της ημέρας. Ο Bakala έχει μια λύση και για αυτό το πρόβλημα:τη σκιά της μαύρης τρύπας. Καθώς το φως διασχίζει τον εξαιρετικά στρεβλό χώρο γύρω από μια μαύρη τρύπα, δημιουργεί έναν δακτύλιο, με μια σκοτεινή περιοχή - τη σκιά - μέσα του.

Αυτό φαίνεται στη διάσημη πλέον φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας που κυκλοφόρησε από τους επιστήμονες πίσω από το τηλεσκόπιο Event Horizon τον Απρίλιο του 2019. Ένας πλανήτης που διέρχεται από αυτήν τη σκιά θα βυθιστεί στη νύχτα. "Αυτό θα μπορούσε να το κάνει πραγματικά παρόμοιο με την εμπειρία μας στη Γη", λέει ο Bakala.

Διαβάστε περισσότερα για το διάστημα:

• Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τα διαστημικά ταξίδια (σχεδόν)
• Μετακινηθείτε, Άρη:γιατί πρέπει να κοιτάξουμε πιο μακριά για μελλοντικές ανθρώπινες αποικίες

Ωστόσο, δεν είναι κάθε μαύρη τρύπα κατάλληλη. «Χρειάζεστε μια πολύ γρήγορη περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα», λέει ο Bakala. «Πρέπει να περιστρέφεται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός». Αυτό συμβαίνει επειδή όσο πιο αργά περιστρέφεται μια μαύρη τρύπα, τόσο πιο μακριά πρέπει να ταξιδέψετε από αυτήν για να φτάσετε σε μια σταθερή τροχιά.

Τολμήστε πολύ μακριά και δεν θα έχετε πλέον τον κύκλο της ημέρας και της νύχτας που παρέχεται από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων και τη σκιά της μαύρης τρύπας. Δεν αποκλείεται, ειδικά αν δούμε τις αρχαίες μαύρες τρύπες. Όσο μεγαλύτερη είναι μια μαύρη τρύπα, τόσο περισσότερες πιθανότητες είχε να περιστραφεί καθώς καταπίνει πράγματα.

Η ηλικία μιας μαύρης τρύπας δεν είναι το μόνο θέμα που σχετίζεται με το χρόνο που πρέπει να ληφθεί υπόψη όταν αξιολογείται εάν είναι πιθανό να βρεθεί ζωή σε τροχιά γύρω από αυτήν. Οι μαύρες τρύπες μπλέκουν με τον ίδιο τον χρόνο. Στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν μας είπε ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι συνυφασμένοι σε ένα ύφασμα που ονομάζεται χωροχρόνος – το περίφημο χωροχρονικό συνεχές.

Έτσι, μια μαύρη τρύπα όχι μόνο στρεβλώνει τον χώρο γύρω της, αλλά και τον χρόνο. "Ο χρόνος πηγαίνει πιο αργά εκεί κατά 1.000", λέει ο Bakala. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε 1.000 ημέρες που περνούν στη Γη –λίγο πάνω από τρία χρόνια– περνάει μόνο μία μέρα στον πλανήτη της μαύρης τρύπας. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως «διαστολή χρόνου», αποτελεί ένα σημαντικό σημείο πλοκής στο Interstellar , με μια ώρα να περνά στον πλανήτη του Μίλερ για κάθε επτά χρόνια στη Γη.

Η ζωή στη Γη ξεκίνησε σχετικά νωρίς – μέσα στο πρώτο μισό δισεκατομμύριο χρόνια περίπου. Για να έχουν περάσει μισό δισεκατομμύριο χρόνια στον πλανήτη της μαύρης τρύπας, το Σύμπαν θα έπρεπε να είναι 500 δισεκατομμυρίων ετών. Στην πραγματικότητα, σχηματίστηκε λίγο λιγότερο από 14 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Επομένως, εάν πρόκειται να βρεθεί ζωή σε έναν πραγματικό πλανήτη του Miller, θα πρέπει να ξεπηδήσει πολύ πιο γρήγορα από ό,τι εδώ.

Περιστροφή μαύρης τρύπας

Σύμφωνα με τον Δρ Lorenzo Iorio, από το Υπουργείο Παιδείας, Πανεπιστημίου και Έρευνας στην Ιταλία, αυτή η ζωή θα έπρεπε να αντιμετωπίσει μια ακόμη σκληρή συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας τόσο κοντά σε ένα βαρυτικό τέρας.

Μια μαύρη τρύπα μπορεί να προκαλέσει τον όλεθρο με την λοξότητα ενός πλανήτη - πόσο ο άξονας περιστροφής του ανατρέπεται από την κατακόρυφο. Η λοξότητα της Γης είναι αυτή τη στιγμή λίγο πάνω από 23° και αυτή η κλίση είναι που μας δίνει τις εποχές - καλοκαίρι όταν κλίνουμε προς τον Ήλιο και χειμώνα όταν έχουμε λοξή γωνία.

Αυτή η κλίση κυμαίνεται μεταξύ 22,1° και 24,5° σε έναν κύκλο που διαρκεί 41.000 χρόνια καθώς μας τραβάει η βαρύτητα των γειτονικών μας πλανητών. Είναι μια σχετικά μικρή αλλαγή για μεγάλο χρονικό διάστημα και έτσι έχουμε σταθερές εποχές με ελάχιστες διακυμάνσεις θερμοκρασίας μεταξύ τους.

Αντίθετα, η λοξότητα ενός πλανήτη μαύρης τρύπας είναι πολύ λιγότερο σταθερή καθώς κινείται μέσα στον στρεβλό χώρο γύρω από τον ξενιστή του. «Μπορεί να ποικίλλει κατά αρκετές δεκάδες βαθμούς σε μόλις 400 χρόνια», λέει ο Iorio.

Οι υπολογισμοί του, που δημοσιεύθηκαν τον Φεβρουάριο του 2020, αντιπροσωπεύουν την πρώτη φορά που τα αποτελέσματα της Γενικής Σχετικότητας έχουν ληφθεί υπόψη με αυτόν τον τρόπο. "Είναι επιβλαβές για την πιθανότητα να σχηματιστούν και να αναπτυχθούν σταθερές μορφές ζωής και πολιτισμών", λέει.

Όλα αυτά δεν έχουν νόημα, εκτός αν μπορούμε να βρούμε πλανήτες σε τροχιά γύρω από τις μαύρες τρύπες. Ευτυχώς, μια επερχόμενη διαστημική αποστολή θα μπορούσε κάλλιστα να είναι στο ύψος της δουλειάς. Το 2034 ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) σχεδιάζει να εκτοξεύσει την αποστολή Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Είναι ένας απίστευτα ευαίσθητος ανιχνευτής για τη λήψη βαρυτικών κυμάτων – οι κυματισμοί που δημιουργούνται καθώς τα αντικείμενα κινούνται και παραμορφώνουν τον χωροχρόνο.

«Η LISA θα είναι αρκετά ευαίσθητη για να δει έναν πλανήτη μαύρης τρύπας στο μέγεθος της Γης στον Γαλαξία μας», λέει ο Schnittman. "Για έναν πλανήτη στο μέγεθος του Δία, κοιτάτε χίλιες φορές πιο μακριά από αυτό", λέει.

Αυτό φέρνει άλλους 50 περίπου τοπικούς γαλαξίες στη μάχη, συμπεριλαμβανομένων των Andromeda και Triangulum. Ίσως τότε θα μάθουμε επιτέλους αν αυτοί οι ανήλιαγοι, χωρίς αστέρια κόσμοι επιστημονικής φαντασίας είναι πραγματικά εκεί έξω.

• Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 353 του BBC Science Focus – μάθετε πώς να εγγραφείτε εδώ