Jak by se žilo pod černým sluncem? Kredit: Pavel Bakala & Jaroslav Čáp / Ústav fyziky FPF SLU.

Představte si, že se lidstvo se dostalo do úzkých a hledá novou planetu, kde by se mohlo usídlit. Ve Sluneční soustavě to moc nejde a k cizím planetám to pro nás hodně daleko. Co kdybychom ale našli červí díru, tak jako ve filmu Interstellar od Christophera Nolana, a na jejím druhém konci by byly planety u supermasivní černé díry? Dalo by se na nich vůbec žít?

Pavel Bakala. Ústav fyziky FPF SLU.

Na tuhle exotickou otázku hledali odpověď kvantový optik Tomáš Opatrný a relativista Lukáš Richterek z Přírodovědecké fakulty  Palackého univerzity v Olomouci, společně s astrofyzikem Pavlem Bakalou, působícím na Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě, kteří si propočítali podmínky pro existenci na planetách u supermasivních černých děr. Badatelé vyšli z toho, že na Zemi je život možný díky horkému Slunci a chladné obloze. Fyzici říkají, že život potřebuje ke své existenci negativní entropii. Živé organismy jsou vysoce uspořádané a mají tím pádem nízkou entropii, kterou si potřebují udržet. A právě kontrast mezi horkým Sluncem a chladnou oblohou zásobuje Zemi spoustou negativní entropie. Opatrný, Richterek a Bakala vyzkoušeli opačný scénář, tedy horkou oblohu a chladné „slunce“, čili supermasivní černou díru. 

Vlevo běžná Dysonova sféra u hvězdy, vpravo Dysonova sféra u černé díry. Kredit: P. Bakala / Ústav fyziky FPF SLU.

Výpočty ukazují, že hodně záleží na tom, jestli dotyčná černá díra rotuje nebo nikoliv. Pro planety u nerotujících černých děr nejsou za stávající teploty reliktního mikrovlnného záření, která se pohybuje kolem 2,73 kelvinů, vyhlídky nijak růžové. Na takových planetách by zřejmě nebylo dost energie, aby mohla zajistit existenci civilizace, ani života pozemského typu. O něco lepší by to snad mohlo být na terestrických planetách, pokud by obíhaly kolem primordiálních černých děr v mladém vesmíru, v němž mělo reliktní mikrovlnné záření dejme tomu pokojovou teplotu. Jenže, podmínky pro evoluci života tak brzy po vzniku vesmíru nebyly příznivé z řady důvodů, a je otázkou, zda primordiální černé díry vůbec existovaly.

Gargantua s planetou Miller. Kredit: Paramount Pictures Warner Bros.

V úplně jiné situaci by byly planety typu Země, které by obíhaly v blízkosti rychle rotujících Kerrových supermasivních černých děr. V takovém případě by mocně zapracovala gravitace a další fyzikální jevy, a změnily by teplotu oblohy planet natolik, že by takové světy nabízely mnohem více vhodné energie.

Pokud jde o film Interstellar, jeho hrdinové se červí dírou dostanou do podivuhodného systému, v němž hraje ústřední roli právě rychle rotující supermasivní černá díra Gargantua. Gargantuu obíhají planety Miller, Mann a také bezejmenná neutronová hvězda. Planeta Miller je pravděpodobně superzemě a zároveň vodní svět s ohromnými vlnami. Mann je zase zmrzlá terestrická planeta o něco menší než Země a se čpavkovou atmosférou. Nedaleko od Gargantui je i Pantagruel, hvězda hlavní posloupnosti, kolem které obíhá pouštní planeta Edmunds. Tato planeta sice není příliš pohostinná, jako jediná z planet v okolí Gargantui je ale obyvatelná pro lidstvo.

Opatrný, Richterek a Bakala přiznávají, že je planety představené ve filmu Interstellar velmi inspirovaly. Badatelé souhlasí s tím, že Millerova planeta, tak jak ji Interstellar popisuje, by byla pro život doopravdy drsná. Zároveň ale tvrdí, že kdyby existovala planeta na oběžné dráze jen o něco málo vzdálenější od Gargantui, tak by se na ní mohlo žít velmi podobně jako na Zemi.

Obyvatelná poušť planety Edmunds. Kredit: Paramount Pictures Warner Bros.

Co kdyby ale kolem supermasivní černé díry neobíhaly žádné planety a by je chtěl přesto využít jako zdroj energie? V mladém vesmíru by to možná šlo. Pokud by kolem takové černé díry někdo postavil černoděrovou verzi Dysonovy sféry. Jak čtenáři OSLA jistě vědí, Dysonovy sféry jsou megakonstrukce obklopující hvězdu, které zachycují záření hvězdy a do okolního vesmíru vyzařují odpadní tepelné záření. Černoděrová verze Dysonovy sféry funguje opačně. Absorbuje reliktní mikrovlnné záření a odpadní teplo vyzařuje do černé díry. Olomoucko-opavský tým spočítal, že kdyby taková megakonstrukce fungovala u supermasivní černé díry s poloměrem stínu odpovídajícím poloměru Slunce (696 tisíc kilometrů, tedy menším než černá díra v centru Mléčné dráhy), při reliktním mikrovlnném záření o pokojové teplotě, tak by získávala o 3 řády více zužitkovatelné energie, než kolik v současnosti dostává Země od Slunce.

Článek interdisciplinárního týmu fyziků z Olomouce a Opavy je už volně ke stažení na volně přístupném mezinárodním vědeckém online archívu arXiv, provozovaném Cornellovu univerzitou (http://arxiv.org/abs/1601.02897).


Literatura
arXiv:1601.02897, Wikipedia (Interstellar / film).