可居住行星会围绕超大质量黑洞运行吗?

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资讯发布 发表于 2019-12-2 19:12:34 | 显示全部楼层 |阅读模式


可居住行星会围绕超大质量黑洞运行吗?

黑洞提供了大量的能源,大概为生命提供驻足点。但是美国国家航空航天局的一位科学家已经确定,不管你在影戏中看到什么,附近的宜居条件黑白常不大概的。

《星际穿越》对科幻迷来说有着特殊的意义。这部影戏的实行制片人和科学顾问是基普·索恩(Kip Thorne),他是一位诺贝尔奖得主,也是一位物理学家。索恩发誓说,影片中没有任何东西会违背物理学定律,任何疯狂的推测都源于科学

影戏的条件是地球变得不适合居住,人类必须找到其他地方居住。荣幸的是,天文学家们在土星附近发现了一个虫洞,它就像一个隧道一样穿过期空,到达一个遥远的超大质量黑洞,这个黑洞被称为巨型黑洞

浩繁行星绕着Gargantuan运行(Gargantuan是2014年上映的影戏《星际穿越》中那颗巨型黑洞的名字)。因此,NASA派出了数个小组去分别观察这些行星,盼望能找到一颗适合居住的行星。

关于这部影戏的科学正确性、对黑洞的形貌等等,已经有许多人写过了,其中大部分都是溢美之词。物理学家加来道雄(Michio Kaku)说,这是评判将来科幻影戏的黄金标准。

但是有一个问题还有待办理,那就是一个适合居住的行星是否有大概围绕一个超大质量黑洞运行?今天,我们得到了答案,这要感谢NASA戈达德太空飞行中央的杰里米·施尼特曼。

施尼特曼盘算出在一个靠近超大质量黑洞的行星上是否存在适合生命条件结论令人惊奇

第一次的一些配景知识。长期以来,天体生物学家不绝在争论类地生命存在的必要条件。人们普遍以为,液态水的存在是最根本的条件之一,这就对可居住行星的温度设定了详细的限定。

施尼特曼的方法是,在一个围绕黑洞运行的行星上,什么样的能源可以产生这样的温度。这种能源必须与地球的完全不同。

地球的大气温度是对来自太阳的能量和地球外散能量均衡的结果,这是一种复杂的关系,催生了自成一体的气候科学学科。

然而,假如没有太阳,射入的光就会消散,随之消散的将是地球上险些全部生命的能量。施尼特曼说:“假如没有连续的热量流动海洋大概在几天内就会结冰。”

但事实证明,对于一个围绕超大质量黑洞运行的行星来说,还有许多其他的能源。最明显的是,超大质量黑洞根本不是玄色的。施尼特曼说:“我们对黑洞的相识大多来自于观察气体吸积到黑洞上时产生的电磁辐射。所以用一个不绝膨胀的黑洞取代太阳,也许不会让地球生命终结。”

但是超大质量黑洞并不但仅是明亮的,而且它们是宇宙中最持久的辐射源,尤其是在紫外线辐射达到峰值的区域,它们被落入黑洞的热吸积盘所困绕。

这样一个星系盘的条件太非常,不敷以支持液态水,但施尼特曼表示,假如把黑洞的吸积率想象成观测值的极小一部分,就能让它们更舒服。

结果是,任何在超大质量黑洞附近运行的行星都会在热气云中运行。在影戏中,行星在黑洞视界外的轨道上运行,施尼特曼盘算出它们将被6000度的黑体辐射场困绕。险些不适合生命。

在更远的地方,气体会更冷。假如要达到室温,行星的轨道距离则必须是黑洞引力半径的100倍。

可居住行星会围绕超大质量黑洞运行吗?

所以从这方面上看,液态水在这样的星球上是大概存在的生命是否会进化还很难说。施尼特曼说:“全部已知的生命情势都需要能量梯度才气生存,所以无处不在黑体辐射配景大概对复杂的生命非常倒霉。”

影片中有一个小问题,即这颗行星的轨道显然超出了吸积盘的范围,施尼特曼表示,吸积盘在动态上是不稳固的。

一个更大的问题是,假如吸积率较低,星系盘的密度也会较低,使辐射更困难。假如没有辐射,吸积盘的温度会高出液态水的温度。所以在这个论点的核心有一个悖论,终极使其失效。

然而,并不是全部的都无效了。还有另一种能量泉源是宇宙微波配景,即大爆炸的回声。天文学家已经丈量了这种辐射,它的温度只有2.7 K(星际空间温度),险些不敷以维持液态水。

这就是相对论魔力发挥作用的地方。正如在影戏中显而易见的那样,时间对行星表面的观察者来说变慢了,这就产生了蓝移影响,使它变得更热。行星离黑洞越近,这种效应就越大。

施尼特曼盘算出,假如一颗行星的轨道刚好在引力半径之外,那么它就会受到来自宇宙微波配景的足够热量,从而达到这个目的。这就像是在0.2天文单元的距离上绕着一颗白矮星旋转,这将为液态水提供足够的能量,但也会使行星沐浴在伤害程度的紫外线中。

然后是来自其他恒星的光在地球上,夜空之所以是黑暗的,是由于我们处在银河系中一个相对稀疏的臂部。但超大质量黑洞通常位于星系中央,那边的恒星密度明显更高。因此,对于一颗围绕银河系中央的超大质量黑洞运行的行星来说,夜空的亮度将是地球的10万倍

这将提供一个紧张的配景紫外线和x射线。施尼特曼想象了一个足够先进的文明,可以建造一种“反向戴森球”来反映这种能量。他满怀盼望地说:“这将使我们能够更靠近超大质量黑洞的宿主,即使是在无法反抗的配景紫外线或x射线辐射的环境下。”

然而,即使有了这样一个防护盾,自然界无声杀手的幽灵仍旧存在:中微子中微子与物质的相互作用不强。但当它们数目巨大时,就会产生重大影响。

一些科学家以为,地球上的大灭绝事件是由附近超新星的巨大中微子爆发引起的。一个超大质量的黑洞所产生的物质足以在任何星球上产生扑灭性影响。

然而,中微子大概导致地热加热。施尼特曼说:“与来自这种蓝移电磁辐射的有害紫外线或x射线不同,中微子对行星核心的加热大概会导致大量的生命情势,就像在地球深海喷口附近发现的那样。”

随着讲起其他悲观的理由,他的乐观感觉很快就消散了。在黑洞附近,引力波会产生连续的破坏性振动。而暗物质,则提供了一个丰富的末日画卷。

施尼特曼很谨慎,没有完全排除适合居住的行星大概围绕一个超大质量黑洞运行的大概性,至少没有明白地排除这种大概性。

但其中隐含的信息很清晰——那边没有热情好客的邻人。假如宇宙中有任何适合人类居住的行星,那很大概是离超大质量黑洞最远的地方。

星际迷们,请知晓!

参考文献:

arxiv.org/abs/1910.00940 : Life on Miller’s Planet: The Habitable Zone Around Supermassive Black Holes


来源:https://www.toutiao.com/a6746040586446307847/
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