Жизнь возле сверхмассивной черной дыры

С 1990-х годов нам известно, что планеты могут вращаться вокруг пульсаров, невероятно плотных объектов, появившихся в результате мощных взрывов звезд. Разумно было бы предположить, что они могут вращаться и вокруг черных дыр, которые, как ни удивительно это может показаться многим, меньше влияют на свое окружение, чем пульсары. На некоторых из этих планет даже может существовать жизнь, ведь многие живые существа на Земле, как мы знаем, приспособились к экстремальным условиям, включая очень высокие и низкие температуры, кислотную, солевую и даже радиоактивную среду.

Обитаемые планеты могут находиться вблизи сверхмассивных черных дыр, которые расположены в центре большинства галактик. Наша собственная галактика, Млечный Путь, таит в себе черную дыру, масса которой равна массе четырех миллионов звезд, вместе взятых. Самая внутренняя устойчивая круговая орбита (СВУКО) этого объекта, известного как Sgr A* (Стрелец А*), примерно равна орбите, по которой Меркурий движется вокруг нашего солнца.

Каково же было бы жить на такой планете?

Прежде чем говорить о множестве опасностей для жизни вблизи черной дыры, давайте рассмотрим преимущества. Если цивилизации зародятся или мигрируют в окрестности черных дыр, то чем интересным и полезным они смогут там заняться? На ум приходит 10 лучших вариантов:

• Использовать черную дыру как источник чистой энергии, сбрасывая отходы в воронку аккреционного диска, вокруг которого вращается вихрь материи. До 42% собственной массы отходов можно преобразовать в радиацию на СВУКО черной дыры, вращающейся с максимальной скоростью.
• Соединить какой-то инженерный механизм с осью вращения черной дыры как гигантский маховик, с которого можно будет собирать энергию.
• Кататься на фотонных парусах по релятивистским струям со скоростью, приближенной к скорости света.
• Продлять молодость, посещая салоны красоты, расположенные вблизи горизонта черной дыры, где время течет медленнее в результате гравитационного красного смещения.
• Наслаждаться видом на всю вселенную, причудливо отражающуюся в гравитационно-линзовых изображениях вокруг черной дыры.
• Открыть парк развлечений на так называемой «фотонной сфере», где можно забавляться разными релятивистскими эффектами, например, увидеть себя со спины, глядя прямо перед собой, поскольку свет огибает черную дыру.
• Брать всё от новых возможностей перемещения по космосу. Так, когда через миллиарды лет Млечный Путь сольется с соседней туманностью Андромеды, две черных дыры в их центре соединятся в прочную бинарную систему, эдакую гравитационную катапульту, которая сможет запускать звезды и планеты со скоростью света, как поясняет автор этого материала в двух статьях, написанных в соавторстве с Джеймсом Гильошоном (James Guillochon). Турагентства смогут продавать билеты на невероятные поездки на катапультированных планетах, которые пересекут всю вселенную.
• Отправлять преступников в черную дыру как в самую надежную тюрьму со смертной казнью через сингулярность. От массы черной дыры будет зависеть продолжительность жизни заключенных. Чем менее тяжкое преступление они совершили, тем массивней будет их черная дыра, и тем дольше они смогут прожить за «стенами тюрьмы», которыми будет считаться горизонт черной дыры.
• Использовать гравитационные волны, испускаемые маленькими объектами, вращающимися вокруг черной дыры, как средство связи. Такие сигналы неспособна заблокировать ни одна из известных форм материи.
• Проверять основные аспекты квантовой гравитации, отправляя в организованные туры группы физиков-экспериментаторов, знатоков теории струн.

Основная опасность для астронавтов, которые попытаются освоить эти виды деятельности, исходит от приливных сил. Как отметил Альберт Эйнштейн в своем знаменитом мысленном эксперименте, тот, кто находится внутри падающего лифта или космического корабля в свободном падении, будет ощущать отсутствие гравитации. Но любая разница в гравитационном ускорении между его головой и ногами может легко разорвать тело на куски. Приливные силы стали бы смертным приговором вблизи звездной массы черной дыры, но не представляют для тела человека никакой угрозы в более расширенном пространстве вокруг сверхмассивной черной дыры, такой как Стрелец А*.

Соответственно, плотность материи, необходимой для появления черной дыры, находится в линейной зависимости с ее пространственно-временным искривлением. Черные дыры низкой массы образуются в результате схлопывания ядра массивной звезды до плотностей значительно выше плотности ядра атома. Но вот для сверхмассивной дыры, значительно более разреженной, достаточно заполнить орбиту Юпитера водой в жидком состоянии. Звучит просто, однако этот инженерный проект неосуществим, так как для него понадобилось бы количество воды такой же массы, как 100 миллионов солнц. Ну а тепло, которое бы выделилось в процессе наливания воды, спалило бы все смежные объекты инфраструктуры.

И действительно, выделяющееся при уплотнении сверхмассивной черной дыры тепло представляет существенную угрозу для цивилизаций, которые могли бы находиться в центре галактик. В нашей совместной с Джоном Форбсом (John Forbes) статье мы показали, что значительная часть планет во вселенной может лишиться атмосферы и океанов, которые могут испариться из-за того, что в какой-то момент своего существования они находились вблизи ядра галактики.

Впервые за всю историю человечества у нас появилась технология, позволяющая получить изображения очертаний сверхмассивных черных дыр в центре Млечного Пути и гигантской эллиптической галактики M87 на фоне светящегося скопления газа позади них. Первое такое изображение будет опубликовано в течение года.

В 2018 году в краткой лекции на конференции «Инициативы по черным дырам», междисциплинарного центра по изучению черных дыр в Гарварде, я предположил, что дальнейший прогресс в разработке космических двигателей может позволить нам организовать полевые исследования ближайшей черной дыры. Это предоставит прекрасную возможность попробовать себя в одном из вышеперечисленных видов деятельности, — и, возможно, обменяться замечаниями о квантовой гравитации с какими-нибудь туристами из других цивилизаций, которые уже разбили там лагерь.

Авраам Леб — заведующий кафедрой астрономии Гарвардского университета, директор-основатель Гарвардской инициативы по черным дырам и директор Института теории и вычислений Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики. Он также возглавляет консультативный совет проекта Breakthrough Stars hot.

Оригинал публикации: Living Near a Supermassive Black Hole

Источник