Мы привыкли думать, что жизнь, похожая на нашу, может существовать лишь в водяных мирах, вращающихся вокруг звезд, таких как Солнце, однако новая исследовательская работа нашла новую потенциальную среду обитания: скалистые планеты, находящиеся сразу за горизонтом событий быстро вращающихся сверхмассивных черных дыр.
Среда обитания человечества
Мы не знаем всех возможных мест во Вселенной, где может возникнуть жизнь, потому что пока у нас есть только один пример: мы сами. И хотя ученым и фантастам нравится размышлять о всевозможных экзотических формах жизни на далеких планетах, лучше всего использовать наши собственные обстоятельства в качестве шаблона, охотясь за жизнью, которая не слишком отличается от той, что мы находим на Земле.
Поэтому имеет смысл выдвинуть два достаточно широких требования к экзопланетам. Во-первых, жизнь, подобная нашей, требует жидкой воды. Вода — одна из самых распространенных молекул во Вселенной, состоящая из водорода (элемент №1, когда дело доходит до изобилия в космосе) и кислорода (побочный продукт реакций ядерного синтеза в звездах, подобных нашему Солнцу, что также делает его очень распространенным). Но обычно эта вода в космосе существует или в виде пара (что мало совместимо с жизнью), либо находится в виде скоплений льда (также не очень хорошо для жизни).
Воду в жидком состоянии найти труднее, для этого требуется источник тепла, который при этом не настолько горячий, чтобы «монооксид дигидрогена» просто испарился. Мы на данный момент знаем два подходящих места: так называемая обитаемая зона Златовласки, полоса орбит, где тепло от звезды позволяет поддерживать на поверхности планет жидкую воду; и подледные океаны у некоторых спутников гигантских внешних планет Солнечной системы, где необходимое тепло генерируют приливные силы.
Но простого наличия тепла и воды недостаточно — достаточно посмотреть на наше ближайшее планетарное окружение, а именно на Венеру. Увеличение яркости Солнца привело к неконтролируемому парниковому эффекту, и сейчас эта планета с температурами на поверхности в районе 400 градусов и атмосферным давлением как на глубине километра под водой едва ли является подходящим местом даже для простейшей одноклеточной жизни.
На Земле с терморегуляцией пока что все хорошо — излишки тепла выбрасываются в космос в форме инфракрасного излучения. Этот тонкий баланс дает возможность процветать жизни на нашей родной планете и, вероятно, на любой другой планете с аналогичным расположением.
Теплые монстры
На первый взгляд, планеты вокруг черных дыр являются наименее привлекательными домами для любых потенциальных форм жизни. В конце концов, эти экстремальные объекты обладают заоблачной гравитацией, поглощая абсолютно все, что пересечет их горизонты событий. От их влияния не может вырваться даже свет — собственно, поэтому такие тела и назвали черными дырами — однако та же самая гравитация может создать подходящие условия для жизни.
Во Вселенной существует так называемое реликтовое излучение, появившееся в эпоху первичной рекомбинации водорода, когда ей было всего 380 000 лет. По сути это излучение — отголосок Большого взрыва, «слепок» Вселенной той далекой эпохи, когда она остыла достаточно, чтобы начали образовываться атомы, а фотоны получили возможность свободно перемещаться в пространстве.
Реликтовое излучение рядом с черной дырой. Чем ярче цвета, тем выше температура.
Температура этого реликтового излучения крайне низка, всего на 3 градуса выше абсолютного ноля, так что согреть планету оно точно не может. Однако вблизи черных дыр, в зонах с экстремальной гравитацией и энергией, это излучение может сместиться в инфракрасную, видимую и даже ультрафиолетовую области спектра.
Говоря проще, рядом с черными дырами реликтовое излучение перестает быть холодным. Более того, если черная дыра вращается достаточно быстро, она способна сфокусировать видимый свет от этого излучения в узкий луч, благодаря чему на небе близлежащей экзопланеты может появиться яркое пятно. Почти как Солнце.
Область Златовласки
Поэтому, если вы сможете подобраться достаточно близко к черной дыре, вы обнаружите, что там вполне себе тепло, а если вы отыщите в этой области планету, то найдете на ней не водяной лед, а океаны жидкой воды.
Но для того, чтобы жизнь процветала, планете нужен теплоотвод, который может быть обеспечен самой черной дырой. Вблизи нее гравитационные искажения увеличивают видимые размеры горизонта событий, раздувая его гораздо больше, чем вы можете себе представить.
Достаточно близко к черной дыре (скажем, на расстоянии около 1% от радиуса горизонта событий) горячее реликтовое излучение сожмется в небольшой яркий диск, в то время как горизонт событий расширится, покрыв около 40% неба. Поэтому если найденная планета вращается, на ней может быть своеобразные «день» и «ночь» — ну почти Земля.
Думаю, многие видели мемы с такой картинкой и подписью «этот маневр будет стоить нам 51 год». Так вот — на такой планете в обитаемой зоне черной дыры это будет правдой.
Однако проблема в том, что орбиты так близко от горизонта событий обычно чрезвычайно неустойчивы, и планеты склонны к тому, чтобы кануть в вечное небытие. Недавно группа исследователей опубликовала анализ в Астрофизическом журнале, в котором исследует этот сценарий, чтобы выяснить, есть ли способ стабилизировать ситуацию.
И они нашли возможность стабильного существования планеты. Если черная дыра большая, по крайней мере в 1.6 x 108 раз больше Солнца и быстро вращается, то она способна поддерживать «обитаемую зону» чуть выше горизонта событий, где реликтовое излучение достигает максимума в ультрафиолетовой части спектра — не особо приятно, но и не смертельно, на Земле от него защищает атмосфера. Если планета будет ближе, то она просто разрушится из-за экстремальных гравитационных сил, а на больших расстояниях от черной дыры реликтовое излучение не будет давать существенного вклада в нагрев. Однако в узкой зоне Златовласки условия будут отличными.
Увы, на данный момент это лишь красивый математический расчет, не лишенный проблем. Так, планета в этой зоне должна вращаться вокруг черной дыры почти со скоростью света, испытывая замедление времени в тысячи раз — это означает, что секунда, проведенная там, будет равносильна часам на Земле. И, кто знает, может ли вообще планета выжить в этой бурной области рядом с черной дырой, ежесекундно поглощающей огромные объемы материи.
Тем не менее, эта работа показывает, что при поисках в космосе мест с подходящими условиями мы должны думать глобальнее, не запирая себя в рамках землеподобных планет в обитаемых областях звезд, и рассматривать даже такие экзотические места, как окрестности черных дыр.
