Под мертвым солнцем

На планете, вращающейся вокруг черной дыры, может существовать жизнь. К такому выводу пришли чешские физики, опубликовавшие свое исследование на сайте arXiv.org. Кратко суть работы излагает издание New Scientist. «Лента.ру» рассказывает подробности исследований ученых, посвященных возможности жизни вблизи черных дыр.

Гравитационный объект может быть дружелюбнее, чем ожидается. Планета, вращающаяся вокруг черной дыры, подобно Миллеру из научно-фантастического фильма режиссера Кристофера Нолана «Интерстеллар», может поддерживать жизнь. По крайней мере, это не противоречит второму началу термодинамики.

Оно определяет направление физических процессов. В частности, как показал немецкий физик Рудольф Клаузиус, делает невозможной самопроизвольную передачу (то есть без совершения работы) тепла от более холодного тела более горячему или, что по сути то же самое, уменьшение энтропии (меры беспорядка) изолированной системы.

Согласно второму закону термодинамики, для поддержания жизни необходима разность температур, которая обеспечит источник полезной энергии. Жизнь на Земле также требует такого источника, роль которого играет разница температур между горячим Солнцем и холодным безвоздушным пространством.

В своей статье чешские физики задались вопросом, что будет, если источником энергии послужит разница температур между холодной черной дырой и реликтовым излучением. Несмотря на свое название черные дыры приводят к образованию одних из самых ярких и горячих объектов во Вселенной.

Аналог сферы Дайсона для черной дыры Изображение: arxiv.org

Это связано с наличием аккреционного диска, состоящего из разогретой материи, вращающейся вокруг черной дыры и поглощаемой ею. Это приводит к мощному излучению, которое могут регистрировать обсерватории. Тем не менее температура самой (экстремальной) черной дыры равна нулю кельвинов (не считая ненулевой температуры излучения Хокинга).

Для планеты черная дыра в этом случае может выступать в роли холодного светила. Сам гравитационный объект при этом, по мнению ученых, должен быть достаточно старым и не иметь в своих окрестностях обломков звезд и других небесных тел, которые бы угрожали существованию экзотической жизни на планете.

По сравнению со старой и холодной черной дырой окружающее ее пространство имеет температуру 2,7 кельвина, отвечающую космическому микроволновому фоновому излучению.

Чешские ученые подсчитали, что землеподобная планета, вращающаяся вокруг черной дыры, из-за разницы температур между гравитационным объектом и реликтовым излучением может извлекать около 900 ватт полезной мощности. Этого достаточно для поддержания жизни, но мало для ее зарождения.

Как отмечает Ави Леб из Гарвардского университета, ранее температура реликтового излучения была выше, чем сейчас. Например, спустя 15 миллионов лет после Большого взрыва она равнялась 300 кельвинам (27 градусам Цельсия). Этого достаточно для наличия на гипотетической планете жидкой воды и обеспечения ее 130 гигаваттами полезной мощности.

Последняя величина в миллион раз меньше мощности, которой Солнце обеспечивает Землю. Этого достаточно для поддержания существования сложной жизни на планете, хотя маловероятно, что она успела бы развиться за такой короткий промежуток времени. Для проверки своих расчетов чешские ученые обратились к Миллеру из «Интерстеллара».

В картине планета Миллер вращается вокруг сверхмассивной черной дыры Гаргантюа массой 100 миллионов солнц, удаленной от Земли на 10 миллиардов световых лет. Радиус дыры сравним с радиусом орбиты Земли вокруг Солнца, а окружающий ее аккреционный диск простирался бы далеко за орбиту Марса.

Из-за сильного гравитационного поля черной дыры один час, проведенный на поверхности планеты Миллер, оказывается равен семи годам на Земле, то есть время на ней течет в 60 тысяч раз медленнее, чем на Голубой планете. Энергия фотона пропорциональна его частоте, которая увеличивается в такое же число раз, в какое замедляется время.

Черная дыра с рентгеновским излучением

Фото: JPL-Caltech / NASA

Это приводит к тому, что Миллер будет разогрет до 900 градусов Цельсия, хотя в фильме планета покрыта океаном. На роль жидкости в нем подходит алюминий, а не вода. Условия на Миллере были бы лучше, если бы планета располагалась дальше от Гаргантюа и замедление времени на ней не было бы таким сильным.

С выводами чехов согласен Лоуренс Краусс из Университета штата Аризона, а Леб подчеркивает, что его теория о холодном солнце и горячем небе для поддержания жизни не противоречит науке, но на практике представляется малоосуществимой. Что ждет землян, когда Солнце закончит существование и станет белым карликом?

Спустя сто триллионов лет яркие звезды умрут, и во Вселенной останутся только черные дыры. Разумные существа будут до последнего пытаться черпать энергию от излучения аккреционного диска черной дыры, а не из механизма Леба. «Когда звезды исчезнут, черные дыры станут последним источником энергии во Вселенной», — заключает Краусс.

Андрей Борисов