看過電影《星際穿越》的朋友都知道,男主最後進入了黑洞,但是卻意外存活了下來,並且進入了五維空間。但是在現實中,我們根本無法理解到底生命能否在黑洞周圍存活。我們過去常常認為,在像太陽這樣的世界軌道恆星上可能存在生命的家園,比如地。但一份新的研究報告發現了一個新的潛在棲息地:一顆岩石行星在一個快速旋轉的超大品質黑洞的活動視界附近執行,如果說這顆岩石行星山存在著生命,那麼它將顛覆我們的認知。
但是這種狀況可能發生嗎?這個黑洞周圍的巨大引力會導致星球運轉的速度非常快,從而導致該星球上的時間流逝地非常緩慢。
我們不知道宇宙中所有可能出現生命的地方,因為到目前為止我們只有一個例子:我們自己。雖然科學家和科幻作家喜歡思考各種奇異的生命形式安排和可能性,靠想象搜尋外星智慧。但是不得不承認我們最好的辦法是使用我們自己的情況下作為模板,尋找生活中我們發現差別不是很大地生命,因為這種生命才是我們所熟悉的。
生命的基本條件由此,我們可以得出兩個非常寬泛的要求。第一,像我們這樣的生命需要液態水。水是宇宙中最常見的分子,它由氫和氧組成,氫是宇宙中最豐富的元素之一,而氧是像我們的太陽這樣的恆星內部的聚變反應的副產品,也很常見。但這些水通常要麼蒸發成等離子體,對生命非常不利,要麼以固態凍結成冰,對生命也不是很好。
相對來說,液態物質更難獲得,而且需要一種不太熱的熱源,不至於讓水蒸發掉。到目前我們只在兩種地方發現了這種完美的平衡:所謂的恆星“可居住帶”,一段光線剛好能到達的軌道,或者在我們太陽系外行星的某些衛星的冰殼下,潮汐加熱產生必要的能量。
但是光有生熱是不夠的,生命是一個複雜的過程,它可以利用能量做一些有趣的事情,比如四處走動、進食和繁殖。所有這些過程都不是完全有效的,所以它們會產生廢熱。這些廢熱必須安全地傾倒在遠離環境的地方;否則,溫室效應一旦爆發,溫度上升到無法控制的水平,就會開始殺死任何剛剛誕生的生命。
在地球上,我們把廢熱以紅外線輻射的形式排放到真空的空間中。這種能源和垃圾處理的方式,使我們的家園星球上的生命得以蓬勃發展,想必其他星球上也有類似的情況。那麼黑洞呢?
黑洞周圍的世界乍一看,黑洞似乎是任何潛在生命形式最糟糕的家園。畢竟,它們是由純重力構成的物體,任何太靠近它們的視界的東西都會被拉進去,讓它們永遠與宇宙的其他部分隔絕。沒有任何東西,即使是光,也無法逃脫它們的引力。
黑洞本身並不發光,因此我們只能通過外面的吸積流來大致判斷黑洞的視界區域,黑洞在宇宙中佔據著重要位置。而貫穿宇宙的是所謂的宇宙微波背景(CMB)。宇宙微波背景輻射是宇宙剛誕生時的殘餘輻射,當時宇宙只有38萬年。到目前為止,它是整個宇宙中最大的輻射源,很容易就把所有的恆星和星系淹沒了好幾個數量級。你看不到它的原因是它主要在電磁波譜的微波區域。
換句話說,宇宙微波背景是冷的,溫度僅比絕對零度高3度。但當宇宙微波背景輻射的光落入黑洞時,它就會發生藍移,並在極端重力的作用下被撞向越來越高的能量。就在它到達視界之前,CMB光可以獲得如此多的能量,以至於它可以轉換成光譜中的紅外線、可見光甚至紫外線部分。
換句話說,在黑洞附近,CMB會停止變冷,變得非常非常熱。更重要的是,如果黑洞在旋轉,它能夠將光線聚焦成窄束,使CMB看起來像天空中的一個點。有點像太陽。因此,如果你能足夠接近一個黑洞,你會發現自己出奇的溫暖,如果你是一顆行星,你可能會發現你的水冰變成了液態水海洋,一個潛在的生命家園。
但是,要讓生命茁壯成長,它還需要一個吸熱器,而這個吸熱器可以由黑洞本身輕易地提供。在黑洞附近,引力的扭曲放大了事件視界的外觀,使它膨脹得比你可能認為的要大得多。
在離黑洞足夠近的地方,比如,在距離視界不到1%的地方,熱的CMB縮小到只有一個小圓盤,而視界則膨脹到覆蓋天空的40%。如果你的行星在旋轉,那麼你就有了一個“太陽”和一個“夜晚”,而生命則擁有它所需要的一切來延續自己。
但是在這個半徑的軌道通常是非常不穩定的,很容易墜入可怕的黑暗之中。最近,一組研究人員在《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal)上發表了一篇分析文章,探討了這種情況,看看是否有辦法穩定這種情況。
他們找到了一種方法。如果黑洞很大,至少是太陽品質的1.6×108倍,並且快速旋轉,那麼它就擁有一個剛好位於活動視界之上的“宜居帶”,在那裡,CMB的光在光譜的紫外線部分達到峰值,雖然很熱,但並不可怕。離得越近,行星就會被極端的引力摧毀,離得越遠,宇宙微波背景輻射就會越冷。但在窄帶內呢?剛剛好。
雖然這種情況是可能的,但這顆行星將以接近光速的速度執行,經歷數千倍的時間膨脹。這意味著,在這個世界上,每過一秒鐘,我們就會錯過幾個小時。誰知道一顆行星能不能在離黑洞這麼近的地方找到自己的路,而且還能存活下來。
儘管如此,這項研究表明,當我們在尋找可能存在生命的家園,甚至包括宇宙中一些最糟糕的環境時,我們必須要有完全的想象力,因為宇宙中的其他生命形式可能並不和我們一樣。