هل الحياة ممكنة حول الثقوب السوداء؟

فنان

رسم فنان لثقب أسود. (رصيد الصورة: ناسا)



بول إم سوتر هو عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية نيويورك ستوني بروك ومعهد فلاتيرون ، مضيف اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء ، ومؤلف ' مكانك في الكون. ساهم سوتر في هذا المقال أصوات الخبراء في موقع ProfoundSpace.org: افتتاحية ورؤى .



لقد اعتدنا على التفكير في منازل محتملة للحياة على عوالم مائية تدور حول النجوم مثل الشمس ، لكن ورقة بحثية جديدة وجدت موطنًا جديدًا محتملاً: كوكب صخري يدور حول أفق الحدث لثقب أسود فائق الكتلة يدور بسرعة.

القوى الغريبة حول هذا الثقب الأسود قادرة على تدفئة الكوكب تمامًا ، لكن السيناريو يأتي مصحوبًا: يجب أن يدور الكوكب بسرعة الضوء تقريبًا.



متعلق ب: 10 كواكب خارجية يمكن أن تستضيف حياة فضائية

موطن للبشرية

لا نعرف كل الأماكن المحتملة التي يمكن أن تنشأ فيها الحياة كوننا ، لأنه حتى الآن لدينا مثال واحد فقط: نحن. وبينما يستمتع العلماء (ومؤلفو الخيال العلمي) بالتفكير في جميع أنواع الترتيبات الغريبة وإمكانيات أشكال الحياة ، لإجراء عمليات بحث جادة عن ذكاء خارج كوكب الأرض ، فإن أفضل رهان لدينا هو استخدام ظروفنا الخاصة كنموذج للبحث عن حياة ليست كذلك. يختلف كثيرًا عما نجده على الأرض.

من ذلك ، يمكننا استخلاص متطلبين عريضين للغاية. أولاً ، تتطلب الحياة مثل حياتنا الماء السائل. الماء هو الجزيء الأكثر شيوعًا في الكون ، ويتألف من الهيدروجين (العنصر رقم 1 عندما يتعلق الأمر بالوفرة في الكون) والأكسجين (الناتج الثانوي لتفاعلات الاندماج داخل النجوم مثل شمسنا ، مما يجعلها شائعة جدًا أيضًا). ولكن عادة ما يتم تبخير هذا الماء إلى بلازما (وبالتالي فهو سيء جدًا للحياة) أو يتم حبسه في حالته الصلبة المتجمدة مثل الثلج (أيضًا ليس جيدًا جدًا للحياة).



يصعب الحصول على المواد السائلة ، وتتطلب مصدرًا للحرارة ليس شديد السخونة بحيث يتبخر الماء. لقد وجدنا هذا التوازن المثالي في نوعين فقط من المواقع: ما يسمى بـ 'المنطقة الصالحة للسكن' للنجوم ، وهي مجموعة من المدارات حيث يخرجها الضوء بشكل صحيح ؛ ودُفنت تحت القشور الجليدية لأقمار معينة للكواكب الخارجية في نظامنا الشمسي ، حيث يولد تسخين المد والجزر الطاقة اللازمة.

لكن الحرارة الخام فقط لا تكفي. الحياة عملية معقدة تستخدم الطاقة للقيام بأشياء مثيرة للاهتمام (مثل التنقل والأكل والتكاثر). كل هذه العمليات ليست فعالة تمامًا ، لذا فهي تولد حرارة مهدرة. يجب التخلص من هذه الحرارة المهدرة بأمان بعيدًا عن البيئة ؛ خلاف ذلك ، ينتهي بك الأمر مع سيناريوهات دفيئة مروعة ، مع ارتفاع درجات الحرارة إلى مستويات لا يمكن السيطرة عليها وتقتل أي حياة بدأت.

على الأرض ، نفرغ الحرارة المهدرة في فراغ الفضاء نفسه على شكل أشعة تحت الحمراء. هذا التناقض ، بين مصدر للطاقة ومكان لوضع كل النفايات ، يمكّن الحياة من الازدهار على كوكبنا ، ويفترض أي كوكب آخر له نفس الإعداد.



متعلق ب: 7 نظريات حول أصل الحياة

الوحوش الدافئة

للوهلة الأولى ، يبدو أن الثقوب السوداء هي الأقل دعوة للمنازل لأي أشكال حياة محتملة. بعد كل شيء ، إنها أجسام مصنوعة من الجاذبية النقية ، تسحب أي شيء يقترب جدًا من أفق الحدث الخاص بها ، وتغلقها من أي اتصال آخر مع بقية الكون إلى الأبد. لا شيء ، ولا حتى الضوء ، يمكنه الهروب من الجاذبية.

لا تصدر الثقوب السوداء الضوء بنفسها - فهي سوداء ، بعد كل شيء - لكن هذه الجاذبية التي لا مفر منها يمكن أن توفر مفاجأة فريدة لها في جميع أنحاء الكون.

يتخلل الكون شيء يسمى الخلفية الكونية الميكروية (CMB). إن الإشعاع CMB هو الإشعاع المتبقي منذ أن كان الكون مجرد طفل ، يبلغ عمره 380 ألف عام فقط. إنه ، إلى حد بعيد ، أكبر مصدر للإشعاع في الكون بأكمله ، حيث يغمر بسهولة كل النجوم والمجرات بعدة درجات من حيث الحجم. سبب عدم رؤيتك هو أنه يقع بشكل أساسي في منطقة الميكروويف من الطيف الكهرومغناطيسي (ومن هنا جاءت تسميته).

بعبارة أخرى ، CMB بارد ، مع درجة حرارة حوالي 3 درجات فوق الصفر المطلق.

ولكن عندما يسقط ضوء CMB في الثقب الأسود ، فإنه يتحول إلى اللون الأزرق ، ويصطدم بطاقات أعلى وأعلى من الجاذبية الشديدة. قبل أن يصل إلى أفق الحدث مباشرة ، يمكن لضوء CMB أن يكتسب قدرًا كبيرًا من الطاقة بحيث ينتقل إلى أجزاء من الأشعة تحت الحمراء والمرئية وحتى فوق البنفسجية من الطيف.

بعبارة أخرى ، بالقرب من الثقب الأسود ، تتوقف CMB عن البرودة وتصبح شديدة الحرارة.

علاوة على ذلك ، إذا كان الثقب الأسود يدور ، فإنه قادر على تركيز الضوء في شعاع ضيق ، مما يجعل CMB يظهر كبقعة واحدة في السماء. نوع من مثل الشمس.

المعتدل

لذلك إذا كنت قادرًا على الاقتراب بدرجة كافية من ثقب أسود ، فستجد نفسك دافئًا بشكل مدهش ، وإذا كنت كوكبًا ، فقد تجد جليد الماء الخاص بك قد تحول إلى محيطات مائية سائلة - موطنًا محتملًا للحياة.

ولكن لكي تزدهر الحياة ، فإنها تحتاج أيضًا إلى المشتت الحراري ، والذي يمكن أن يوفره الثقب الأسود نفسه بسهولة. بالقرب من الثقب الأسود ، تعمل تشوهات الجاذبية على تكبير مظهر أفق الحدث ، مما يؤدي إلى تضخمه بشكل أكبر بكثير مما قد تتخيله بسذاجة.

بالقرب من الثقب الأسود (على سبيل المثال ، عند نصف قطر أقل من 1٪ فوق أفق الحدث) ، يتقلص CMB الساخن لملء قرص صغير فقط ، بينما يتضخم أفق الحدث ليغطي 40٪ من السماء. إذا كان كوكبك يدور ، فسيكون لديك 'شمس' و 'ليلة' - والحياة بها كل ما تحتاجه للقيام بأعمالها.

لكن المدارات في هذا الشعاع عادة ما تكون غير مستقرة للغاية ، وعرضة للسقوط على طول الطريق في السواد الرهيب نفسه. في الآونة الأخيرة ، فريق من الباحثين نشر تحليلاً في مجلة الفيزياء الفلكية ، واستكشاف هذا السيناريو لمعرفة ما إذا كان هناك أي طريقة لتحقيق الاستقرار في الوضع.

ووجدوا طريقة لجعلها تعمل. إذا كان الثقب الأسود كبيرًا ، على الأقل 1.6 × 108 ضعف كتلة الشمس ، ويدور بسرعة ، فإنه يستضيف 'منطقة صالحة للسكن' بالكاد فوق أفق الحدث ، حيث يصل ضوء CMB إلى ذروته في جزء الأشعة فوق البنفسجية من الطيف - حار ، لكن ليس فظيعًا. إذا اقتربنا من ذلك ، فسيتم تدمير الكوكب بفعل قوى الجاذبية الشديدة ، وأي مكان أبعد ، سيكون الإشعاع CMB شديد البرودة. لكن في هذا النطاق الضيق؟ مجرد حق.

على الرغم من أن هذا السيناريو ممكن ، إلا أنه لن يكون جميلًا جدًا. سيتعين على الكوكب أن يدور حول ما يقرب من سرعة الضوء ، تشهد عامل تمدد زمني بالآلاف - مما يعني أنه مقابل كل ثانية تمر في هذا العالم ، ستمر الساعات بالنسبة لنا. ومن يدري ما إذا كان بإمكان كوكب ما أن يجد طريقه بالقرب من الثقب الأسود بينما لا يزال على قيد الحياة.

ومع ذلك ، يُظهر العمل أنه يتعين علينا إبقاء عقولنا منفتحة عندما يتعلق الأمر بالمنازل المحتملة للحياة ، بما في ذلك بعض أكثر البيئات فظاعة في الكون.

اقرأ أكثر: ' مناطق صالحة للسكن حول الثقوب السوداء شديدة الدوران تقريبًا (إعادة النظر في الشمس السوداء) '

يمكنك الاستماع إلى بودكاست Ask A Spaceman على اي تيونز ، وعلى الويب في http://www.askaspaceman.com . اطرح سؤالك الخاص على Twitter باستخدام #AskASpaceman ، أو باتباع Paul تضمين التغريدة و facebook.com/PaulMattSutter . تابعنا على تويتر تضمين التغريدة أو موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك .

العرض: وفر 56٪ على الأقل مع أحدث صفقات المجلات لدينا!

مجلة كل شيء عن الفضاء يأخذك في رحلة مذهلة عبر نظامنا الشمسي وما وراءه ، من التكنولوجيا المذهلة والمركبات الفضائية التي تمكن البشرية من المغامرة في المدار ، إلى تعقيدات علوم الفضاء. عرض الصفقة

العرض: وفر 56٪ على الأقل مع أحدث صفقات المجلات لدينا!

مجلة كل شيء عن الفضاء يأخذك في رحلة مذهلة عبر نظامنا الشمسي وما وراءه ، من التكنولوجيا المذهلة والمركبات الفضائية التي تمكن البشرية من المغامرة في المدار ، إلى تعقيدات علوم الفضاء. عرض الصفقة