黑洞只意味著毀滅嗎?不,它有可能成為孕育生命的搖籃

2020-12-06 聞宇愛百科

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

黑洞除了毀滅，也能成為孕育生命的搖籃嗎？本文將為你揭曉。

我們一直在宇宙中尋找適宜人類生存的地外家園。最近，有研究發現，在超大質量的黑洞附近，也有可能存在適合生命生存的巖石行星。

宇宙中毀滅的代名詞——黑洞

我們知道，黑洞的核心存在強大引力，在某個範圍內，光線也無法逃脫，因此它內部所發生的的事，我們是無法知曉的，這也是黑洞名稱的由來。這個區域的大小，被稱為史瓦西半徑，它的界面，我們稱之為事件視界。黑洞不可抗拒的引力，牢牢控制著它周圍的天體，而貪婪吞噬星際物質時釋放出來的強烈射線和能量流，也對生命有著致命的傷害。

這不禁讓我們產生疑問，深空中最可怕的深淵巨獸身邊，會產生什麼樣的生命呢？

在科幻小說和電影中，我們幻想過形態各異的外星生命，但在嚴謹的科學探索研究中，負責任的做法，是通過已知來推斷未知。所以，在探查地外生命，搜尋適宜星球時，我們基本以地球為模板——合適大小的恆星和擁有液態水的行星。

液態水行星假想圖

這樣，在判斷地外世界是否適宜生存時，就需要兩個苛刻的前提條件。

其一，液態水。水在宇宙中是最常見的分子，它由兩個氫原子和一個氧原子組成。氫是宇宙中最豐富的的元素，而氧元素則是恆星內部核聚變最常見的副產品。但在宇宙中，水不是在高溫下以等離子體的形式存在，就是被封存在固體冰中。這對於地球生命來說，都是不友好的。

可見，液態水在宇宙是很難得的，它需要一個不冷且不熱的環境。在宇宙中，我們發現，有兩種環境可以保存有液態水。一是被稱為恆星宜居帶的區域，再者就是類似木衛二堅實的冰層以下，潮汐及地熱使得水可以液態的形式存在。

適宜生命生存行星假想圖

其二，適宜的地表溫度。能量對生命來說是至關重要的，它通過複雜的化學反應，在生命體內流轉變化，使得生命得以新陳代謝生息繁衍。因此，一顆能夠穩定吸收恆星熱量的行星，對於生命來說是必需的。

但是，僅僅只是吸收是不夠的。適合生命繁衍的行星，還需要能夠吐出多餘的熱量。否則，行星將陷入溫室效應的惡性循環。金星就是一個很典型的例子，濃重的大氣，留住了大部分太陽熱量，使金星地表溫度高達400-500℃。這樣的溫度，會使得構成地球生命最基本的蛋白質，在短時間內失活變性。

相反，我們的地球，以紅外線的形式，將多餘熱量散發到宇宙中。所以，我們的地球在幾十億年的滄桑歲月中，都保持了相對穩定的地表溫度，生命得以生息繁衍。

一星一世界，一葉一菩提。宇宙中存在著很多超出我們想像的奇特世界。

熔巖橫流的火山星球

熔巖橫流的火山地獄，冰封萬裡的寒冷世界，還有水冰為山脈、甲烷為河流的奇異星球……我們不知道，哪些環境會孕育生命，甚至存在文明。目前為止，我們知道的，只有我們的家園，地球。

每當聽到黑洞，我們能聯想到的，就是毀滅和終結，從來不會將它和生命締造者聯繫起來。因為，黑洞的巨大引力，使得史瓦西半徑內成為死域，連光線也無法逃脫它的魔掌。它將史瓦西半徑範圍內的一切，和外部世界永遠地隔離開來。

黑洞自身是不會發光的，我們可以在它吞噬周邊物質時，放射出來的宇宙射線和吸積盤兩側的噴射流來定位它。

那黑洞在什麼情況下，可能成為生命的搖籃呢？

宇宙中，充滿著一種被稱為「宇宙背景輻射」的電磁波，它是宇宙大爆炸的餘波。如果把宇宙大爆炸想像成手榴彈爆炸，爆炸時的煙雲（熱量分布）經過擴散，形成了今天的背景輻射。如果看過三體，應該記得，當倒計時在宇宙背景輻射的尺度上閃爍時，汪淼院士的心神崩潰。

宇宙背景輻射分布

宇宙爆炸的巨大熱量，經過137億年的擴散，如今殘存的熱量，只比絕對零度高了2.7度。

可是，當背景輻射落入黑洞中時，它將從引力中獲得能量，在到達史瓦西半徑之前，就會因為頻率的升高而轉變為紅外線，甚至紫外線。換句話說，在接近黑洞時，背景輻射會被持續加熱。

如果黑洞自身存在旋轉的話，它會把紅外化的背景輻射匯聚起來，使其看上去像一顆恆星。

黑洞吸積盤和視界附近被扭曲的光線

當黑洞的質量大到1.6x10e8個太陽時，它存在宜居帶的可能性就會很大。如果史瓦西半徑之外有一顆行星的話，並且正好位於宜居帶上，它很有可能存在著我們期望的地表環境——不熱且不冷，擁有流動的液態水。

但是，這個行星怎樣才能維持它的運行軌道，不落入到黑洞中呢？

這種情況下，這顆行星的公轉將達到光速！在這樣的一個世界中，相對論的鐘慢效應將發生作用。換句話說，這個行星上每過一秒，外部世界早已滄海桑田。原來，神話中的「天上一日，地上一年」，是存在的！西遊記中煙霧繚繞的仙境，原來存在於深空之中，黑洞之側。

愛因斯坦說過，想像力比知識更重要。也許，謎題的答案，有時就隱藏在我們無法想到的地方，等待著我們大膽想像勇於探索。

這個研究成果的相關論文已經提審，詳見參考。

我將會持續關注這個話題，感興趣的同學，可以關注球球大百科。

註：部分圖片來自網絡，侵刪

參考：

Is life possible around black holes? By Paul Sutter. From space.comarxiv.org/abs 論文編號 2001.10991

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