Черные дыры могут быть дружелюбнее, чем принято считать. Планеты, вращающиеся по орбите этих загадочных объектов, могут поддерживать жизнь благодаря разнице температур между холодной черной дырой и относительно теплым космическим микроволновым излучением, равномерно заполняющим Вселенную. Такие выводы содержатся в работе, опубликованной группой чешских физиков из Университета Палацкого в Оломоуце под руководством Томаса Опатрного. Кратко с ее результатами можно ознакомиться в новом номере журнала New Scientist.
Черная дыра - это область, гравитационное притяжение которой так велико, что ее не могут покинуть даже движущиеся со скоростью света объекты, в том числе кванты самого света. Черные дыры полностью поглощают попадающую в эту область материю, которая внутри этого пространства испаряется. Природа и механизмы формирования черных дых, в особенности сверхмассивных, во многом остаются для ученых загадкой.
Размышляя об источниках энергии во Вселенной, ученые вспомнили о сюжете фильма "Интерстеллар", где вокруг черной дыры с аккреционным диском , названной Гаргантюа, вращаются несколько планет, среди которых Миллер. Из-за близости к черной дыре и ее гравитационного воздействия время на ее поверхности многократно замедлено: один час равен семи годам на Земле.
"Мы видели фильм. Это очень интересная идея, и мы стали задумываться, возможна ли такая ситуация в действительности", - сказал чешский исследователь.
Интенсивность света пропорциональна числу фотонов, падающих на единицу площади поверхности за единицу времени. Это означает, что когда свет реликтового излучения достигает планеты Миллер, его интенсивность значительно увеличивается в результате замедления времени. Учитывая силу гравитационного воздействия, температура на ее поверхности составляла бы порядка 900 градусов Цельсия.
В фильме на планете образуются огромные волны из воды, однако ученый говорит, что там скорее образовывались бы волны из расплавленного алюминия.
"Согласно расчетам, сверхвысокочастотный фон был бы губителен для каждого, кто оказался на планете, что делает фильм менее реалистичным", - говорит Лоуренс Максвелл Краусс из Университета штата Аризона (США).
А вот если бы планета была чуть более удалена от черной дыры, время там было бы менее замедленно, а температура - выше. Это сделало бы планету более пригодной к жизни.
Несмотря на свое название, черные дыры входят в число самых ярких объектов нашей Вселенной, потому что газ и другая материя, попадающие туда, накаляются по мере того, как дыра поглощает их. Однако зрелые черные дыры охлаждаются до абсолютного нуля (-273,15 градусов Цельсия) и излучают лишь разнообразные элементарные частицы, преимущественно фотоны (так называемое излучение Хокинга).
В то же время благодаря реликтовому излучению, возникшему в эпоху первичной рекомбинации водорода в результате Большого взрыва, температура в открытом космосе на сегодняшний день составляет порядка 2,7 кельвинов (-270 градусов Цельсия). Согласно расчетам ученых, опирающимся на второе начало термодинамики (принцип, накладывающий ограничение на направление процессов, которые могут происходить в термодинамических системах), вращающаяся вокруг черной дыры планета размером с Землю может извлекать из разницы температур всего в три градуса около 900 ватт полезной энергии, что, возможно, окажется достаточным для поддержания жизни.
До этого исследователями было установлено, что жизнь может существовать только там, где существует разница температур, которая служила бы источником пригодной для использования энергии. Жизнь на Земле зародилась благодаря такой разнице между горячим Солнцем и относительно холодным реликтовым излучением в космосе. Что будет, если эти переменные поменяются местами? Из подобного процесса "термодинамики наоборот" тоже можно извлечь энергию, определили чешские физики. Экосистема на планете, вращающейся по орбите вокруг черной дыры, будет сформирована в результате разницы температур между холодным светилом, в качестве которого выступит черная дыра, и теплым по сравнению с ним реликтовым излучением.
"Однако нам необходима действительно зрелая черная дыра, не имеющая в своих окрестностях обломков", - говорит Томаса Опатрны.
Как отмечает Ави Леб из Гарвардского университета, ранее температура реликтового излучения была выше, чем сейчас. Так, через 15 миллионов лет после Большого взрыва она составляла порядка 300 кельвинов (+27 градусов Цельсия), что было достаточно для наличия воды в жидком состоянии. Когда реликтовое излучение достигало таких показателей, планеты вокруг зрелых черных дыр получали порядка 130 гигаватт энергии - одна миллионная того, что Солнце дает Земле. За счет замедленного времени этот показатель многократно увеличивался, и этого было бы достаточно для зарождения и поддержания сложных форм жизни. Впрочем, у ученых нет уверенности, что цивилизация на этих объектах могла эволюционировать так быстро (по меркам развития Вселенной), что могла приспособиться к большему снижению температур.
Идея о возможности поддержания жизни за счет разницы температур холодного светила и реликтового излучения интересна, однако на практике такие случаи сейчас вряд ли могут быть зафиксированы во Вселенной, считает Лоуренс Максвелл Краусс, напоминая, что над подобной планетой будет постоянно висеть риск засасывания в черную дыру. Однако по мере старения Вселенной и гибели планет, где могла зародиться жизнь, она может перемещаться на объекты, окружающие черные дыры. Более того, по мнению исследователей, вся жизнь рано или поздно должна будет переселиться на такие планеты, поскольку реликтовое излучение постоянно снижается. Это вряд ли произойдет в ближайшие 100 триллионов лет.
Однако до этого момента, по всей видимости, любые живые существа будут использовать свет от поглощения черными дырами других объектов. Это будет возможно до того момента, когда реликтовое излучение станет равным нулю.
"Когда звезды погибнут, черные дыры останутся единственным возможным источником энергии. Однако в ближайшей перспективе существуют и другие, более легкие способы поддерживать жизнь", - объясняет Краусс.
Накануне сообщалось, что японские ученые обнаружили в 200 световых годах от центра галактики Млечный Путь огромную черную дыру в 100 тысяч раз тяжелее Солнца. Она является второй по величине в нашей галактике после черной дыры Стрелец А*.
Открытие стало неожиданным для астрономов, изучавших газовое облако CO-0.40-0.22 через 45-метровый телескоп Нобеямской радиообсерватории. Ученые обратили внимание, что скорость молекул газа варьируется в чрезвычайно широком диапазоне, что заставило исследователей предположить, что их ускоряет некий массивный объект поблизости. Однако наблюдения в оптическом и инфракрасном диапазонах сколько-нибудь крупных объектов в CO-0.40-0.22 не выявили. Астронавты предполагают, что наиболее вероятным объяснением этого является наличие огромной черной дыры, масса которой, впрочем, не дотягивает до массы сверхмассивных черных дыр.
