Може ли обитаема планета да се върти около черна дупка?
Може ли обитаема планета да се върти около черна дупка? Как ще изглежда небето на такава планета и как ще тече времето на нея? Тези въпроси могат да ни се сторят чиста игра за ума, но именно такива интелектуални упражнения помагат често на астрофизиците и астрономите да си поставят нови задачи в своите изследвания.
Смята се, че свръхмасивните черни дупки ще поглъщат всичко, което могат, включително газови облаци и цели планетни системи, подобни на нашата Слънчева система. Интересен въпрос е дали около такива космически „хищници“ може да се върти някоя обитаема планета? Вие ще се учудите, но учените смятат , че по принцип това е възможно, въпреки че съществуват множество причини, по които живот на такова място едва ли може да просъществува. Но ако това може да се случи, то животът на такава планета би бил много странен. Черната дупка би закривала почти половината небе и концентрирайки останалите след Големия взрив фотони, би формирала някакво подобие на слънце.
Самият този въпрос беше повдигнат във филма „Интерстелар“ (Interstellar). Там е показано как астронавтите летят през чревоядина по посока на гигантска дупка, като по пътя посещават няколко планети, въртящи се около тази черна дупка. Астрофизикът Павел Бакала (Pavel Bakala) от Силезийския университет в град Опава заедно с колегите си е решил да подходи към тази задача, разглеждайки физиката на подобни планетни системи от гледна точка на термодинамиката. За да се развива живот на дадена планета, е необходим източник на енергия (за нас това е Слънцето) и топлоприемник за излишъка от топлина ( за нас тази роля играе космическото пространство). Разликата между тези топлинни потоци управлява процесите, пораждащи живот.
Но във филма ситуацията е обратна. „Слънцето“ е студено, а космическото пространство горещо. Учените предполагат, че черната дупка се явява идеален топлоприемник, а полезната енергия се дължи на реликтовото излъчване. Това излъчване, пронизващо космическото пространство, е „ехо“ от Големия взрив. То е слабо и неговата температура е само няколко градуса над абсолютната нула, но мощната гравитация на свръхмасивна черна дупка би го концентрирала с вид на тесен лъч в оптическия диапазон. И както твърдят учените, на някоя от тези странни планети реликтовото лъчение би се появило във вид на ярка звезда, сияеща по края на черната дупка.
За пръв път тази идея учените са формулирали през 2017 година. А сега вече са я подкрепили и с изчисления. За да се получи достатъчно силна светлина от реликтовото излъчване, планетата трябва да се върти на много близко разстояние до хоризонта на събития на черната дупка. Известно е, че всеки обект, приближаващ се до космическия „монстър“ на близко разстояние, като краен резултат ще бъде погълнат от него. Но ако черната дупка се върти достатъчно бързо, то е възможно да се появят устойчиви орбити на близко разстояния до нея. Както съобщават учените в статия в The Astrophysical Journal за да се приближи планетата на достатъчно близко разстояние, повърхността на черната дупка трябва да се върти със скорост по-малка с една стомилионна част от скоростта на светлината.
Освен това, съгласно пресмятанията на учените, масата на черната дупка трябва да е минимум 163 милиона пъти по- голяма от масата на Слънцето. Това е така, защото свръхмасивна черна дупка с по-малки размери, например такава каквато бе открита в Млечния път, имаща маса 4 милиона слънчеви маси, с помощта на гравитационните си вълни може да унищожава звезди или планети при приближаването им към нея. А около по-големите черни дупки такова разрушаване от гравитацията не протича, докато някоя звезда или планета не се окаже вътре в хоризонта на събитията. По тази причина всичко, което се намира отвън не е подложено на такова разрушаване.
За да може планета успешно да еволюционира, центърът на галактиката също трябва да е неподвижен (както се е изразил Бакала, „стара галактика“ с „почти празно пространство“, „обкръжаващо черната дупка“). Тоест ако черната дупка започне да засмуква оказала се случайно близо до нея материя, то процесът на гибел на тази материя ще се съпровожда с мощно излъчване, способно да унищожи всякаква форма на живот на съседната с черната дупка планета. Във всеки случай, по думите на Бакала, „едва ли някакъв живот би се появил или съхранил при такива условия“.
Разбира се, такава планета би била много странно място. Пълната тъмнина на хоризонта на събитията, която ще закрива почти половината небе, би изглеждала доста заплашително. Освен това, заради релативиското забавяне на времето според теорията на гравитацията на Айнщайн, известна още като обща теория на относителността, една година на такава планета би била равна на хилядолетие на планета, въртяща се около обикновена звезда.
Но даже в подобни условие да се появи живот, то ние едва ли бихме могли да го открием, тъй като планетата преминава по диска на черната дупка и тя няма да може да бъде забелязана на този фон. По думите на Бакала подобно преминаване на планетата би могло да се наблюдава на всеки радиотелескоп, подобен на този , с който миналата година за пръв път беше получено изображение на черна дупка. „От техническа гледна точка това е доста сложно, но от теоретическа е възможно“ – казва Бакала.
Почти същите въпроси вълнуват и физика –теоретик от Харвардския университет Ави Льоб. Миналата година той публикува размишленията си за „някои забавни неща, които биха могли да се случват близо до черните дупки“, такива като използването на нейния акреционен диск за изгаряне на боклук и производството на полезна енергия, или сърфиране, с помощта на фотонни ветрила, на струите , излизащи от полюсите на черната дупка. И въпреки че по мнението на Льоб, подобни теоретически упражнения са полезни за илюстриране на гравитационните явления и за разбирането на същността на екстремалните условия, то все пак той изказва доста доводи, според които всяка планета, разположена близо до черна дупка няма да е пригодна за живот.
Първо, казва Льоб, необходима е много висока скорост на въртене на черната дупка и тази скорост трябва да е много близка до максимално възможната (от гледна точка на физиката). Но засега не съществува известен механизъм за такова бързо въртене на черна дупка.
Още един проблем се състои в това да се обясни как планетата може да излезе на такава орбита. Миналата година японски учени изказаха мнение, че студените планети могат да се образуват от газ и прах, с които е наситено пространството на известно разстояние около галактическия център. Но по думите на Льоб, трудно е да си представим, че по такъв начин планетата би се преместила на орбита, разположена буквално над самата повърхност на черната дупка.
И още една важна забележка се състои в това, че съгласно проведените изчисления на Льоб и неговите колеги преди няколко години, повечето звезди във вътрешните части на галактиките, по всяка вероятност ще се лишат от своята атмосфера в резултат на мощните изригвания на екстремалното ултравиолетово излъчване, излизащо от централната област на черната дупка. То съпровожда нарастването на черната дупка за сметка на поглъщането на газ и прах. Логично е да се предположи, че и за планетите, разположени близко до повърхността на черната дупка, не би съществувал такъв шанс да съхранят атмосферата си.
Сам Бакала признава, че неговото изследване е само интелектуално упражнение, чиято цел отчасти е била да заинтересува студентите от термодинамиката. Но тази игра на ума е подтикнала вече него и колегите му да преминат към задачата да търсят неголеми небесни обекти близо до галактическите центрове. Астрономите могат да наблюдават големи ярки слънца, известни като звезди от типа S, но Бакала предполага , че по-старите и слабо светещи обекти, такива като неутронните звезди, могат да „намекват“ за своето съществуване посредством гравитацията.
По думите на Льоб, неговите идеи също са се появили в резултат на наскоро прочетен курс от лекции. Веднъж той попитал своите студенти, какво те биха предпочели – да се повозят на чуждоземен космически кораб или да заминат на пътешествие в черна дупка? Повечето от тях поискали да се срещнат с извънземни и да разкажат за това в интернет, разбира се, ако там има достъп до него. А пътешествието в черната дупка никого не привлякло, защото там Instagram не работи. Даже той не може да преодолее това привличане!
