Kunne en beboelig planet kredse om et supermassivt sort hul?

Salgsfremmende billede fra Interstallar-film PARAMOUNT BILLEDER OG WARNER BROS. BILLEDER

Interstellar har en særlig plads for science fiction-fans. Filmens executive producer og videnskabelige rådgiver var Kip Thorne, en nobelprisvindende fysiker, som lovede, at intet i filmen ville overtræde fysikkens love, og at enhver vild spekulation ville stamme fra videnskaben.

Filmens forudsætning er, at Jorden er ved at blive ubeboelig, og mennesker skal finde et andet sted at bo. Som heldet ville have det, har astronomer opdaget et ormehul nær Saturn, der fungerer som en tunnel gennem rumtiden til et fjernt supermassivt sort hul kaldet Gargantuan.

Forskellige planeter kredser om Gargantuan. Så NASA sender en række missioner for at undersøge planeterne i håbet om at finde en, der er beboelig.

Der er skrevet meget om filmens videnskabelige nøjagtighed, dens skildring af sorte huller og så videre, det meste af det fyldt med ros. Fysikeren Michio Kaku sagde, at det var guldstandarden, som fremtidige science fiction-film vil blive bedømt efter.

Men et spørgsmål er endnu ikke behandlet - er det overhovedet muligt for en beboelig planet at kredse om et supermassivt sort hul? Og i dag får vi et svar takket være Jeremy Schnittmans arbejde på NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Schnittmann har taget et lethjertet blik på spørgsmålet og beregnet, om betingelser, der er modne til liv, kunne eksistere på en planet, der kredser tæt på et supermassivt sort hul. Og hans konklusioner er overraskende.

Først lidt baggrund. Astrobiologer har længe diskuteret de nødvendige betingelser for liv af den jordlignende sort. Der er bred enighed om, at tilstedeværelsen af ​​flydende vand er et af de grundlæggende krav, og det sætter specifikke grænser for temperaturen på beboelige planeter.

Schnittmans tilgang er at spørge, hvilken slags energikilder der kunne generere den slags temperaturer på en planet, der kredser om et sort hul. En sådan energikilde skulle være helt anderledes end Jordens.

Den atmosfæriske temperatur er her resultatet af balancen mellem indkommende energi fra solen, som opvarmer atmosfæren, og den udgående energi, der tager energien væk. Dette viser sig at være et komplekst forhold, der har affødt en hel egen disciplin i form af klimavidenskab.

Ikke desto mindre, uden en sol, ville det indkommende lys forsvinde og fjerne næsten al energien til livet på Jorden. Uden dens konstante varmestrøm ville havene sandsynligvis fryse til i løbet af få dage, siger Schnittman.

Men det viser sig, at der er en række andre energikilder til en planet, der kredser om et supermassivt sort hul. Det mest åbenlyse er, at supermassive sorte huller slet ikke er sorte. Det meste af det, vi ved om sorte huller, kommer fra at observere den elektromagnetiske stråling, der kommer fra gas, når den samler sig på det sorte hul, siger Schnittman. Man kunne naturligvis forestille sig, at udskiftning af solen med et voksende sort hul måske ikke er enden på livet på Jorden alligevel.

Men supermassive sorte huller er ikke kun lyse; de er de lyseste vedvarende strålingskilder i universet, især i det ultraviolette område, hvor strålingen topper. De er omgivet af en varm ophobningsskive af gas, der falder ned i det sorte hul.

Forholdene i sådan en disk er bare for ekstreme til at understøtte flydende vand, men Schnittman siger, at de kan gøres mere komfortable ved at forestille sig, at tilvæksthastigheden af ​​det sorte hul er en lille brøkdel af den observerede værdi.

Resultatet er, at enhver planet, der kredser tæt på et supermassivt sort hul, ville gøre det i en sky af varm gas. I filmen kredser de interessante planeter lige ud over det sorte huls begivenhedshorisont, hvor Schnittman beregner, at de ville være omgivet af et 6.000-graders sort-legeme-strålingsfelt. Næppe gæstfri til livet, kommenterer han.

Længere ude ville gassen være køligere. For at det skal være stuetemperatur, ville planeten skulle kredse i en afstand, der er 100 gange gravitationsradius af det sorte hul.

Så umiddelbart ville flydende vand være muligt på sådan en planet. Om livet kunne udvikle sig er sværere at vurdere. Alle kendte livsformer kræver en energi gradient for at overleve, så en altgennemtrængende sort-krop-strålingsbaggrund ville sandsynligvis ikke være særlig befordrende for komplekst liv, siger Schnittman.

Der er et lille problem med filmen, idet planeten tydeligt kredser ud over tilvækstskiven, som Schnittman siger ville være dynamisk ustabil.

Et større problem er, at hvis tilvæksthastigheden var lavere, ville diskens tæthed også være lavere, hvilket gør det sværere at udstråle. Og uden denne stråling ville tilvækstskiven bare varmes op ud over temperaturen af ​​flydende vand. Så der er et paradoks i kernen af ​​dette argument, som i sidste ende gør det ugyldigt.

Alt er dog ikke tabt. Der er en anden energikilde i form af kosmisk mikrobølgebaggrund, ekkoet fra Big Bang. Astronomer har målt denne stråling, og den har en temperatur på kun 2,7 K, næppe nok til at opretholde flydende vand.

Men det er her, relativitetens magi kommer i spil. Som det bliver tydeligt i filmen, går tiden langsommere for observatører på planetens overflade, og dette har effekten af ​​blåt-skiftende lys, hvilket gør det varmere. Og jo tættere planeten er på det sorte hul, jo større vil denne effekt være.

Schnittman beregner, at en planet, der kredser lige ud over gravitationsradius, ville opleve nok opvarmning fra den kosmiske mikrobølgebaggrund til at gøre tricket. Det her ville være som at kredse om en hvid dværg i en afstand af 0,2 AU, siger han. Det ville give nok energi til flydende vand, men ville også bade planeten i farlige niveauer af ultraviolet.

Så er der lyset fra andre stjerner. På Jorden er nattehimlen mørk, fordi vi sidder i en relativt sparsom arm af galaksen. Men supermassive sorte huller sidder generelt i centrum af galakser, hvor tætheden af ​​stjerner er betydeligt højere. Så for en planet, der kredser om det supermassive sorte hul i midten af ​​vores galakse, ville nattehimlen være 100.000 gange lysere end på Jorden.

Det ville give en betydelig baggrund af UV-lys og røntgenstråler. Schnittman forestiller sig en civilisation, der er tilstrækkeligt avanceret til at konstruere en slags omvendt Dyson-sfære, der afspejler denne energi. Dette ville tillade beboelighed meget tættere på værtens supermassive sorte hul, selv i lyset af overvældende baggrunds-UV- eller røntgenstråling, siger han forhåbentlig.

Men selv med sådan et beskyttende skjold er der stadig spøgelset for naturens stille dræber: neutrinoer, siger han med en stigende følelse af elendighed. Neutrinoer interagerer ikke stærkt med stof. Men når der er et stort antal af dem, kan de have en betydelig indflydelse.

Nogle videnskabsmænd mener, at masseudryddelsesbegivenheder på Jorden var forårsaget af enorme neutrino-udbrud fra nærliggende supernovaer. Og et supermassivt sort hul ville skabe mere end nok til at dæmpe festånden på enhver planet.

Neutrinoer kan dog føre til jordvarme. Og i modsætning til den skadelige UV- eller røntgen-flux fra denne blå-forskudte elektromagnetiske stråling, kan neutrino-opvarmning af planetens kerne føre til en blomstrende befolkning af livsformer, der ligner dem, der findes nær dybe havåbninger på Jorden, siger Schnittman, med mere end en antydning af ønsketænkning.

Denne sans går hurtigt tabt, da han går videre til andre grunde til at være pessimistisk. I nærheden af ​​et sort hul ville gravitationsbølger give en konstant brummen af ​​ødelæggende vibrationer. Og mørkt stof, hvis det skulle eksistere, giver et rigt tapet af undergang.

Schnittman er forsigtig med ikke helt at afvise muligheden for, at en beboelig planet kan kredse om et supermassivt sort hul, i hvert fald ikke eksplicit.

Men det implicitte budskab er klart - der er lidt gæstfrihed der. Hvis der er nogen steder i universet, at mennesker bør lede efter beboelige planeter, er det sandsynligvis så langt som muligt fra supermassive bagerste huller.

Fans af Interstellar, Bemærk venligst!

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

skjule