|
Черные дыры делают экзопланеты непригодными для жизни
|
|
|
|
Рассуждения о пригодности экзопланет для жизни в основном связаны с расстоянием планеты от ее звезды. Слишком близко, и вся вода на поверхности испаряется в космос. Слишком далеко, и поверхностные воды замерзают. И то, и другое серьезно ограничивает перспективы развития жизни. Обитаемость зависит от того, находится ли экзопланета в зоне Златовласки - диапазоне расстояний вокруг звезды, где может сохраняться жидкая вода.
|
|
|
|
Но как насчет более широкого контекста? Даже если экзопланета находится в пределах обитаемой зоны своей звезды, другие факторы могут препятствовать ее обитаемости. Если солнечная система находится слишком близко к сверхмассивной черной дыре (SMBH), которая, вероятно, находится в центре всех крупных галактик, то не будет иметь значения, насколько близко планета находится к своей звезде. Подавляющая мощность SMBH сделает обитаемость практически невозможной.
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в журнале Astrophysical Journal, рассматривается роль, которую SMBH оказывают на обитаемость экзопланет. Она называется "Влияние сверхмассивных черных дыр на обитаемость экзопланет. I. Охватывая естественный диапазон масс", и ведущим автором является Джордан Ваас. Ваас работает на факультете аэрокосмической науки, физики и космонавтики Флоридского технологического института.
|
|
|
|
"В последние годы значительное внимание уделялось пониманию роли астрофизических явлений высоких энергий в формировании обитаемости галактик", - пишут авторы. "Сверхновые давно привлекают внимание исследователей из-за их глубокого влияния на обитаемость планет".
|
|
|
|
|
|
|
Сверхновые испускают мощное излучение, которое может стерилизовать планету, и ударные волны, которые могут разрушить атмосферу и даже полностью уничтожить экзопланеты. Вот почему исследователи задаются вопросом, насколько пригодной для жизни может быть плотная выпуклость Млечного Пути, учитывая большее количество взрывов сверхновых в этой плотной звездной среде.
|
|
|
|
Но сверхновые - не единственные астрофизические события с высокой энергией. Активно питающаяся сверхмассивная черная дыра называется активным ядром галактики (AGN), и в то время как сверхновая за короткое время высвобождает необычайное количество энергии, AGN может быть гораздо более энергичной на постоянной основе. "Четкое понимание бесчисленных ролей активности SMBH в обитаемости галактики помогло бы проложить путь к оценке перспектив внеземной обитаемости и жизни во Вселенной", - пишут авторы.
|
|
|
|
SMBH, конечно, чрезвычайно массивны. Они могут быть в миллиарды раз массивнее Солнца. И, конечно же, они не инертны. Они обладают огромной гравитационной силой и излучают экстремальные энергии, когда активны. Как эти массивные динамичные объекты влияют на обитаемость экзопланет? Насколько нам известно, для обитаемости необходима атмосфера, а атмосфера экзопланеты - это едва ли не перышко по сравнению с активным ядром галактики и ее ветрами.
|
|
|
|
"В то время как влияние активности сверхмассивных черных дыр (SMBH) на обитаемость привлекло внимание, специфическое воздействие ветров активного ядра галактики (AGN), в частности сверхбыстрых потоков (UFO), на атмосферы планет остается в значительной степени неизученным", - пишут авторы. В этой работе исследуется взаимосвязь между массой SMBH, сверхбыстрыми потоками и пригодностью экзопланет для жизни. "С помощью упрощенных моделей мы учитываем различные результаты, связанные с соотношением между расстоянием от планеты до центрального объекта и массой объекта".
|
|
|
|
Общие результаты никого не удивят. Исследователи показывают, что чем массивнее центральная галактика, тем быстрее происходит потеря массы в атмосферах экзопланет и тем больше ухудшается пригодность для жизни. "В частности, мы показываем, что увеличение массы SMBH приводит к более высокому нагреву атмосферы и повышенным температурам, увеличению молекулярных тепловых скоростей и усилению потери массы, и все это уменьшается с удалением от центра галактики", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Сверхзвуковые галактики создают ветры, которые воздействуют на галактики-хозяева в качестве обратной связи. Исследователи изучили два типа ветров, исходящих от сверхзвуковых галактик, и то, как они влияют на атмосферу экзопланет. Эти два типа ветров обусловлены энергией и импульсом.
|
|
|
|
Потоки сверхвысокочастотного излучения начинаются как быстрые, маломасштабные ветры. Они исходят из аккреционного диска и распространяются наружу, где в конечном итоге врезаются в межзвездную среду (ISM). В этот момент в системе происходят два толчка.
|
|
|
|
Один из них - обратный удар, который замедляет ветер. Другой - прямой удар, который воздействует на окружающую среду. События, происходящие при обратном ударе, определяют, будет ли преобладать ветер, движимый энергией или импульсом.
|
|
|
|
Если ударный ветер достаточно остынет, он не сможет раздуваться и расширяться. В этом случае он не передает энергию, а только импульс, и является ветром, управляемым импульсом. Поток более ограничен, не распространяется эффективно и оказывает более ограниченное воздействие на галактику.
|
|
|
|
Если встречный ветер недостаточно остывает, газ сохраняет свою энергию и действует как расширяющийся пузырь. Это ветер, работающий на энергии, и он гораздо эффективнее удаляет газ из галактики. Он также более эффективен при нагревании и удалении атмосферы экзопланет.
|
|
|
|
"Ветры, управляемые энергией, неизменно оказывают более сильное воздействие, чем ветры, управляемые импульсом", - пишут авторы.
|
|
|
|
Исследователи также изучили разрушение озонового слоя. Звездные вспышки порождают энергетические частицы, которые могут образовывать оксиды азота, которые могут разрушать озоновый слой здесь, на Земле. "Учитывая их экстремальные скорости, стоит изучить, могут ли ветры AGN, особенно НЛО со скоростями = 0,1°C и постшоковыми скоростями O(1000) км c^-1, способствовать разрушению озонового слоя в атмосферах, подобных земной", - пишут авторы.
|
|
|
|
Они обнаружили, что разрушение озонового слоя увеличивается с увеличением массы Черной дыры и приближения к галактическому центру. Более массивные черные дыры вызывают более мощные ветры и больше оксидов азота, и, как следствие, разрушение озонового слоя усиливается. В их моделях разрушение озонового слоя уменьшается с удалением от галактического центра. "Опять же, ветры, движимые энергией, вызывают несколько большее истощение, чем ветры, движимые импульсом", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Важно отметить, что разрушение озонового слоя, как показано, увеличивается с увеличением массы SMBH и уменьшается с удалением от центра галактики, при этом почти полная потеря озонового слоя (=100%) происходит в масштабах галактики при массах SMBH > 10^8 масс солнца в случае использования энергии", - пишут они. Это показывает, что значительная потеря озонового слоя происходит в большинстве внутренних областей галактики. Это означает, что "... почти полное истощение озонового слоя может быть наиболее универсальным и широкомасштабным атмосферным последствием ветров AGN".
|
|
|
|
Разрушение озонового слоя не обязательно приводит к гибели людей. Но оно может ограничиться океанами. Жизнь на Земле выползла на сушу только после того, как в атмосфере накопился кислород, а озон стал защищать организмы от ультрафиолетового излучения.
|
|
|
|
В целом, исследование показывает, что сверхбыстрые потоки AGN, управляемые энергией (UFO), нагревают атмосферу экзопланет более эффективно, чем ветры, управляемые импульсом. Это разгоняет атмосферные молекулы выше второй космической скорости, разрушая атмосферу. AGN также может создавать оксиды азота, которые могут разрушать озон. Чем массивнее SMBH, тем сильнее эффект.
|
|
|
|
Более того, эффект может распространяться на большие расстояния от центра галактики. "Эти расчеты показывают, что для самых массивных малых звезд эффективная область влияния простирается далеко за пределы внутренней галактики и потенциально включает галактическое гало в энергетическом сценарии", - пишут авторы. Это может иметь разрушительные последствия для обитаемости. Однако авторы также объясняют, что если ISM плотный, это может уменьшить зону воздействия, но только из-за ветров, а не из-за потери озонового слоя, вызванной частицами.
|
|
|
|
Предыдущие исследования показали, что в некоторых областях Млечного Пути атмосфера экзопланет подвержена разрушению. Фотоиспарение атмосферы в галактическом балдже, вызванное ультрафиолетовым излучением, является серьезным препятствием для обитаемости. Но эти результаты свидетельствуют о том, что "... Ветры AGN могут влиять на планетарную среду с гораздо большими галактоцентрическими радиусами, чем только ультрафиолетовое или XUV-излучение", - пишут авторы.
|
|
|
|
"Это означает, что кинетическая обратная связь от активности AGN может расширить зону воздействия далеко за пределы радиационных зон поражения", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
В будущей работе следует изучить комбинированное воздействие ветров и излучения сверхвысокочастотной галактики. "Поскольку наша текущая модель не учитывает радиационные эффекты, совместное влияние ветров и высокоэнергетического излучения на обитаемую зону галактики следует изучить в будущих исследованиях", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Источник
|
