Černé díry mají děsivou reputaci chřtánu nicoty, který nezná slitování. A supermasivní černé díry, což jsou gravitační monstra enormní velikosti, by tedy měly být superděsivé. V poslední době se ale množí náznaky, že supermasivní černé díry by mohly být, za jistých okolností vůči životu přívětivější, než by si kdo pomyslel. Není vyloučeno, že vytvářejí bizarní vesmírný ekosystém, v němž by se mohlo dít leccos zajímavého.
Astrofyzik Pavel Bakala ze Slezské univerzity a jeho kolegové se před časem inspirovali podivuhodným blockbusterem Interstellar z roku 2014, v němž jednu z klíčových rolí hraje právě supermasivní černá díra. Jmenuje se Gargantua a obíhá ji hned několik více či méně obyvatelných planet, které jsou v zajetí relativistických zákonů přírody. Bakalův tým se přitom zaměřuje na termodynamiku takové supermasivní černé díry a na to, jak by v její blízkosti mohly fungovat planety.
Ve Sluneční soustavě je zdrojem tepla Slunce, zatímco okolní vesmír je chladnější. Ve světě supermasivní černé díry je to ale úplně naopak. Samotná černá díra představuje ideální tepelnou jímku a okolní vesmír není chladnější, nýbrž teplejší. V takovém světě by využitelná energie mohla pocházet z reliktního mikrovlnného záření vesmíru. Toto záření je sice nesmírně chladné a rozptýlené, ale extrémní gravitace supermasivní černé díry by ho mohla posunout do optické oblasti a zkoncentrovat. Pro pozorovatele na planetě u takové černé díry by se reliktní záření mohlo jevit jako jediná jasná hvězda.
O pozoruhodném výzkumu Bakalova týmu jsme již na OSLU před časem psali. Ve své nové studii, kterou zveřejnil časopis The Astrophysical Journal, celou záležitost prostudovali ještě více do hloubky. Z jejich dřívějších úvah vyplynulo, že planety mohou obíhat v těsné blízkosti supermasivní černé díry, pokud dotyčné gravitační monstrum rychle rotuje. Podle nových výpočtů by se „povrch“ této černé díry měl točit jen o jednu stomiliontinou pomaleji, nežli rychlost světla.
Zároveň se ukázalo, že by obyvatelné světy mohly fungovat jen u pořádně velkých supermasivních černých děr, které budou hmotnější nežli 163 milionů Sluncí. Menší galaktická monstra, jako je například supermasivní černá díra Mléčné dráhy s hmotností 4 miliony Sluncí a nějaké drobné, by mohla planety rozervat slapovými silami. Podle Bakaly je rovněž pro možnou přítomnost obyvatelných planet nutné, aby šlo o spíše starou galaxii, ve které bude kolem supermasivní černé díry v podstatě prázdno. Když se supermasivní černá díra krmí hmotou, tak obvykle zaplavuje široké okolní devastujícím zářením.
Pokud by byly uvedené podmínky splněny, a upřímně řečeno i celá řada dalších předpokladů, tak si klidně můžeme představit, že kolem velkých supermasivních černých děr obíhají obyvatelné světy. Podle Bakaly bychom takové planety dokonce mohli i objevit, i když to bude technicky velice náročné. Jejich přítomnost by mohly detekovat například nezměrné virtuální sítě radioteleskopů, jako je Event Horizon Telescope (EHT), co loni pořídil fantastický první snímek bezprostředního okolí supermasivní černé díry. Vesmír je obrovský, možná nekonečný, a jak se říká, najdeme v něm úplně všechno. Planety supermasivních černých děr by byly naprosto bizarní, snové světy, které by rozhodně stály za návštěvu.
Video: Interstellar - Orbiting Gargantua
Literatura
Science, News 4. 2. 2020, The Astrophysical Journal online 23. 1. 2020.
Jaké je hvězdné nebe nad černou dírou?
Autor: Pavel Bakala (14.12.2015)
Jak by se žilo pod supermasivním černým sluncem?
Autor: Stanislav Mihulka (14.01.2016)
Supermasivní černou díru by mohl obíhat milion obyvatelných planet
Autor: Stanislav Mihulka (21.06.2018)
Kolem supermasivních černých děr mohou kroužit desetitisíce superzemí
Autor: Stanislav Mihulka (26.11.2019)
Diskuze:
Devastujúce žiarenie
Marek Fucila,2020-02-10 20:12:57
Chápem to tak, že pre obyvateľa takej planéty by už bola čierna diera skutočne čierny kruh na oblohe. Rozovretý akrečný disk z Interstellaru produkuje teda smrtiace žiarenie. Nemohi by ale existovať zachytené planéty, ktoré by obiehali takúto mladšiu čiernu dieru vo viazanej rotácii? Neviem aké podmienky na to treba, ale povedzme že by boli dosť ďaleko na to, aby do diery nespadli? Potom by čierna diera ožarovala len jednu stranu, a ak by mala planéta vhodnú atmosféru, tak by teplo mohlo mohlo prúdiť aj na odvrátenú, bezpečnú stranu? Prípadne by bol obývatelný len poludník na rozhraní? Mám pocit, že s takouto obývateľnosťou sa počíta aj pri normálnych exoplanétach, tak či pri čiernej diere nejaká vyladená kombinácia parametrov tiež nemôže nastať.
Re: Devastujúce žiarenie
Pavel Bakala,2020-02-10 21:04:31
Černá díra zabere téměř polovinu exoplanetárního nebe a její tvar nebude zcela kruhový. Vázaná exoplanetární rotace nastane na stabilních orbitách v blízkosti horizontu událostí zcela určitě. Takže ano, můžeme si principielně představit scénář s obyvatelnou pouze jednou exoplanetární hemisférou. Ale jsme už na půdě dosti odvážných spekulací:-)
Černé díry = Fake news!
Bošiak Josef,2020-02-09 17:11:46
Vážení, žádné černé díry nejsou. Neexistuje jediný důkaz, ani ostrá fotografie. Je to podobný výmysl jako že Zeměkoule je kulatá, což je nesmysl kterému nevěří žádné malé dítě. Země je plochá a kolem ní nelétají žádné díry, protože by se hned vypařili!
animace pohybu vesmírem
Ladislav Truska,2020-02-08 21:28:39
při sledování animací ze snímku Interstellar mě napadlo..., proč si všichni pořád myslí, že při brutálně rychlém pohybu vesmírem by se měly všechny ty viditelné hvězdičky pohybovat proti mě, jako kdybych probíhal lampionovým průvodem... Dle mého skromného názoru by se jich takto zvětšovalo a míjelo mě, vždy jen několik (jestli ne třeba jen jedna) a ostatní by měnily polohu jen nepatrně..
Re: animace pohybu vesmírem
Pavel Brož,2020-02-08 23:28:38
Tak ono by samozřejmě záleželo, jak brutálně rychle byste se pohyboval. Pokud byste se pohyboval dejme tomu rychlostí 0,8 c, pak byste např. od Slunce k trojhvězdě Centauri doletěl za 5 let pozemského času (při vzdálenosti cca 4 světelné roky), takže pak by se po většinu Vaší cesty nehýbalo vůbec nic, teprve až byste tu trojhvězdu míjel. Měřeno Vaším vlastním časem byste tam ale byl nikoliv za 5 let, ale za odm[1-v^2/c^2]=0,6 krát kratší, tedy za 3 roky (sám byste si to zdůvodnil tím, že se vzdálenost Slunce-trojhvězda Centauri vůči Vám relativisticky zkrátila na 0,6 násobek). Takže při této rychlosti by to bylo tak jak píšete.
Pokud byste se ale pohyboval rychlostí (1-0,5*10^-16)c = 0,99999999999999995 c, pak dilatační faktor bude cca 10^-8 (opět z téhož výrazu odm[1-v^2/c^2]), to znamená že k trojhvězdě Centauri dorazíte za cca 0,3 sekundy vlastního času, za podobně krátký čas u další hvězdy atd.. Takže potom byste ten lampiónový průvod viděl.
otázka na autora Pavla Bakalu
Pavel Brož,2020-02-08 21:14:44
Dobrý den, je to velice krásná a originální myšlenka, nicméně ruku na srdce, v celém námi dnes pozorovatelném vesmíru, tj. dejme tomu až do vzdálenosti cca v jaké bychom dnes narazili na první vznikající hvězdy a galaxie, s pravděpodobností rozhodně mnohem bližší jedničce než nule žádná černá díra, která by současně splňovala oba ve Vaší práci (https://arxiv.org/pdf/2001.10991.pdf) uvedené limity limity, tj. hmotnost nad 163 miliónů a přitom parametr "a" ne menší než 0.9999999998, pravděpodobně neexistuje. Samozřejmě že vím, že existují i mnohem hmotnější centrální černé díry (viz třeba list https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_most_massive_black_holes), nicméně bylo by to jako vyhrát v Eurojackpotu, pokud by mezi nimi existovala i nějaká tak extrémně rotující. Vaše dvě práce (kromě už zmíněné i https://arxiv.org/pdf/1601.02897.pdf) jsem s velikým zájmem přečetl, nicméně šanci, že potřebná černá díra v námi pozorovatelném vesmíru existuje, vidím jako prakticky nulovou.
Každopádně ale děkuji za velice krásné práce Vám i Vašim kolegům.
Re: otázka na autora Pavla Bakalu
Pavel Brož,2020-02-08 21:17:23
(výše má být samozřejmě "hmotnost nad 163 miliónů hmotností Slunce")
Re: otázka na autora Pavla Bakalu
Pavel Bakala,2020-02-08 21:32:34
Jsem rád, že Vás články zaujaly. Ve shrnutí na Science Mag píšeme, že se v první řadě skutečně jedná o myšlenkový experiment:-) Přesto bych ohledně vysokého spinu až tak rezolutně skeptický nebyl, nikdo v přesně neví, jaké jsou skutečné spiny AGN. Odhady např. na základě spektrálních profilů nebo QPOs samozřejmě existují, ale jsou zatíženy vysokou observační chybou a závislostí na modelech. Také je samozřejmě otázkou samotná možnost dosáhnout tak vysokých hodnot spinů. Ovšem Kip Thorne v Interstellaru, který byl prvotní inspirací, má Gargantuu se spinem liším se od jedničky až na 14. místě. V článku jsou planety chápány jako dokonale černá tělesa. Pokud byste ovšem nebyl tak náročný na energetický tok (pseudosluneční konstantu) a spokojil se s o něco chladnějšími planetami a nechal pracovat třeba skleníkový efekt, tak by Vám asi stačily i o něco nižší spiny. Ale to už zabíháme spíše do hodne hypotetické astrobiologie.
Re: Re: otázka na autora Pavla Bakalu
Pavel Brož,2020-02-08 21:56:24
Děkuji za odpověď, každopádně ta myšlenka mi přijde velice originální. Také jsem byl překvapen, že místo stavu, kdy pozorovatel na planetě vidí z většiny oblohy jasné reliktní záření (a z menšiny černou díru, či lépe řečeno její stín), tak to jasné reliktní záření je zesíleno jenom ve velice malé úhlové oblasti - při bližším rozvážení (a je to ostatně také vykresleno v grafech ve Vaší práci) je ale jasné proč. Takže i vizuálně je ta situace trošku podobná jako v normálním systému, až na to, že tady je to zdánlivé "reliktní slunce" vidět ve stále stejné pozici vůči horizontu černé díry.
Život
Tomáš Novák,2020-02-08 15:39:35
...byl by na takové planetě možný rozvoj života (tak jak ho známe, na bázi uhlíku)? Děkuji!
Re: Život
Pavel Bakala,2020-02-08 21:05:28
My jsme se v článku spíše ukázali, že existují třída hypotetických objektů se zajímavou termodynamikou, která může odpovídat klasické obyvatelné zóně kolem běžných hvězd. Ale spektrální profil dopadajího záření je odlišný. Ač existuje výrazná viditelná složka, maximum intenzity je v ultrafialové oblasti. Takže případný život by s tím musel vypořádat. Nicméně základní podmínky pro vznik života, dostatečný přísun energie a entropický spád splněny jsou.
dilatace času
Martin Čermák,2020-02-07 21:28:38
Zajímavý článek,
pomineme-li řadu věcí které by obyvatelnost případné planety zhoršovalo, pak zajímavý vliv na případnou planetu by byla gravitační dilatace času. Pakliže by byla teplota reliktního záření 100x vyšší (reliktní záření má cca 3K, pokojová teplota je cca 300K), pak by mělo reliktní záření 100x vyšší frekvenci a tedy čas u černé díry by musel běžet 100x rychleji oproti objektu ve velké vzdálenosti. 13 miliard let by uběhlo za pouhých 130 miliónů let. Případná planeta by byla velmi mladá. Jednalo by se o spíše takové planetární nemluvně, než obyvatelnou planetu.
Re: dilatace času
Pavel Bakala,2020-02-08 20:57:04
Časová dilatace je dokonce o řád vyšší. Na studeném okraji obyvatelné zóny je její hodnota cca 2500 a stoupá pak až k více než dvojnásobku na horkém okraji. Takže evoluce zcela pozemského typu života asi není příliš pravděpodobná. Ovšem reliktní záření během kosmické expanze chladne a v minulosti byla proto obyvatelná zóna dál od horizontu událostí a časová dilatace byla nutně menší.
Re: Re: dilatace času
Martin Čermák,2020-02-09 02:35:26
Zajímavé, to je dáno tím, že jde o rotující černou díru a že planeta kolem ní obíhá, nebo termodynamikou daného problému? Při svém narychlo odhadu jsem postupoval přímou úměrou mezi frekvencí a teplotou absolutně černého tělesa a nepřímou úměrou mezi periodou (časem) a frekvencí.
Re: Re: Re: dilatace času
Pavel Bakala,2020-02-09 06:18:57
Na obloze exoplanety nebude frekvenční posuv CMB konstantní, bude záviset na souřadnicích na obloze a výsledné spektrum proto bude mít "multiblackbody" charakter. Maximální frekvenční posuv na obloze bude ve velmi malé jasné zářící plošce, ze které bude přicházet převážná část toku energie. Proto výpočet teploty exoplanety nebude úplně přímočarý a je nutné použít trochu numerického modelování. Ale v každém případě časová dilatace na exoplanetární orbitě a frekvenční posuv dopadajícího záření nejsou totožné veličiny.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
