看过电影《星际穿越》的朋友都知道,男主最后进入了黑洞,但是却意外存活了下来,并且进入了五维空间。但是在现实中,我们根本无法理解到底生命能否在黑洞周围存活。我们过去常常认为,在像太阳这样的世界轨道恒星上可能存在生命的家园,比如地。但一份新的研究报告发现了一个新的潜在栖息地:一颗岩石行星在一个快速旋转的超大质量黑洞的活动视界附近运行,如果说这颗岩石行星山存在着生命,那么它将颠覆我们的认知。
但是这种状况可能发生吗?这个黑洞周围的巨大引力会导致星球运转的速度非常快,从而导致该星球上的时间流逝地非常缓慢。
我们不知道宇宙中所有可能出现生命的地方,因为到目前为止我们只有一个例子:我们自己。虽然科学家和科幻作家喜欢思考各种奇异的生命形式安排和可能性,靠想象搜索外星智慧。但是不得不承认我们最好的办法是使用我们自己的情况下作为模板,寻找生活中我们发现差别不是很大地生命,因为这种生命才是我们所熟悉的。
生命的基本条件
由此,我们可以得出两个非常宽泛的要求。第一,像我们这样的生命需要液态水。水是宇宙中最常见的分子,它由氢和氧组成,氢是宇宙中最丰富的元素之一,而氧是像我们的太阳这样的恒星内部的聚变反应的副产品,也很常见。但这些水通常要么蒸发成等离子体,对生命非常不利,要么以固态冻结成冰,对生命也不是很好。
相对来说,液态物质更难获得,而且需要一种不太热的热源,不至于让水蒸发掉。到目前我们只在两种地方发现了这种完美的平衡:所谓的恒星“可居住带”,一段光线刚好能到达的轨道,或者在我们太阳系外行星的某些卫星的冰壳下,潮汐加热产生必要的能量。
但是光有生热是不够的,生命是一个复杂的过程,它可以利用能量做一些有趣的事情,比如四处走动、进食和繁殖。所有这些过程都不是完全有效的,所以它们会产生废热。这些废热必须安全地倾倒在远离环境的地方;否则,温室效应一旦爆发,温度上升到无法控制的水平,就会开始杀死任何刚刚诞生的生命。
在地球上,我们把废热以红外线辐射的形式排放到真空的空间中。这种能源和垃圾处理的方式,使我们的家园星球上的生命得以蓬勃发展,想必其他星球上也有类似的情况。那么黑洞呢?
黑洞周围的世界
乍一看,黑洞似乎是任何潜在生命形式最糟糕的家园。毕竟,它们是由纯重力构成的物体,任何太靠近它们的视界的东西都会被拉进去,让它们永远与宇宙的其他部分隔绝。没有任何东西,即使是光,也无法逃脱它们的引力。
黑洞本身并不发光,因此我们只能通过外面的吸积流来大致判断黑洞的视界区域,黑洞在宇宙中占据着重要位置。而贯穿宇宙的是所谓的宇宙微波背景(CMB)。宇宙微波背景辐射是宇宙刚诞生时的残余辐射,当时宇宙只有38万年。到目前为止,它是整个宇宙中最大的辐射源,很容易就把所有的恒星和星系淹没了好几个数量级。你看不到它的原因是它主要在电磁波谱的微波区域。
换句话说,宇宙微波背景是冷的,温度仅比绝对零度高3度。但当宇宙微波背景辐射的光落入黑洞时,它就会发生蓝移,并在极端重力的作用下被撞向越来越高的能量。就在它到达视界之前,CMB光可以获得如此多的能量,以至于它可以转换成光谱中的红外线、可见光甚至紫外线部分。
换句话说,在黑洞附近,CMB会停止变冷,变得非常非常热。更重要的是,如果黑洞在旋转,它能够将光线聚焦成窄束,使CMB看起来像天空中的一个点。有点像太阳。因此,如果你能足够接近一个黑洞,你会发现自己出奇的温暖,如果你是一颗行星,你可能会发现你的水冰变成了液态水海洋,一个潜在的生命家园。
但是,要让生命茁壮成长,它还需要一个吸热器,而这个吸热器可以由黑洞本身轻易地提供。在黑洞附近,引力的扭曲放大了事件视界的外观,使它膨胀得比你可能认为的要大得多。
在离黑洞足够近的地方,比如,在距离视界不到1%的地方,热的CMB缩小到只有一个小圆盘,而视界则膨胀到覆盖天空的40%。如果你的行星在旋转,那么你就有了一个“太阳”和一个“夜晚”,而生命则拥有它所需要的一切来延续自己。
但是在这个半径的轨道通常是非常不稳定的,很容易坠入可怕的黑暗之中。最近,一组研究人员在《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)上发表了一篇分析文章,探讨了这种情况,看看是否有办法稳定这种情况。
他们找到了一种方法。如果黑洞很大,至少是太阳质量的1.6×108倍,并且快速旋转,那么它就拥有一个刚好位于活动视界之上的“宜居带”,在那里,CMB的光在光谱的紫外线部分达到峰值,虽然很热,但并不可怕。离得越近,行星就会被极端的引力摧毁,离得越远,宇宙微波背景辐射就会越冷。但在窄带内呢?刚刚好。
虽然这种情况是可能的,但这颗行星将以接近光速的速度运行,经历数千倍的时间膨胀。这意味着,在这个世界上,每过一秒钟,我们就会错过几个小时。谁知道一颗行星能不能在离黑洞这么近的地方找到自己的路,而且还能存活下来。
尽管如此,这项研究表明,当我们在寻找可能存在生命的家园,甚至包括宇宙中一些最糟糕的环境时,我们必须要有完全的想象力,因为宇宙中的其他生命形式可能并不和我们一样。
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