Nu, nu este o greșeală, deși cuvântul blanetă nu îl veți găsi în dicționare, deoarece a fost inventat abia vara asta. Atunci când va apărea în dicționare el va fi definit ca fiind o planetă care s-a format în vecinătatea unei găuri negre supermasive.
Dacă nu ați văzut filmul Interstellar vă invit să o faceți cât mai repede. Este un film SF care a beneficiat de un consultant științific de seamă, Kip Thorne, laureat al Premiului Nobel. Despre contribuția lui Thorne la realizarea filmului Interstellar am scris în ediţia din august 2018 a revistei noastre. Nu voi dezvălui acțiunea filmului, vă voi spune doar că acțiunea se petrece pe trei planete care orbitează în jurul unei găuri negre supermasive.
Nu știu dacă Interstellar a fost sursa de inspirație, dar către sfârșitul anului 2019, un grup de cercetători japonezi, condus de Keiichi Wada de la Universitatea din Kagoshima, publicau articolul ”Planet Formation around Supermassive Black Holes in the Active Galactic Nuclei„ (Formarea planetelor în jurul găurilor negre supermasive în nucleele galactice active) în The Astrophysical Journal. Articolul a primit o versiune actualizată, sub forma unui preprint posta,t la sfârșitul lunii iulie, pe baza de date arXiv, sub titlul ”Formation of Blanets from Dust Grains around the Supermassive Black Holes in Galaxies” (Formarea blanetelor din grăunțe de praf în jurul găurilor negre supermasive galactice). În acest al doilea articol, cercetătorii propun, pentru prima oară, cuvântul nou, blanetă. Ambele articole m-au fascinat, așa că mi-am propus să vi le povestesc în rândurile care urmează. Voi începe cu…
Găuri negre supermasive
Așa cum sugerează numele, găurile negre supermasive au mase uriașe, cuprinse între sute de mii și miliarde de mase solare. Marea majoritate a galaxiilor, inclusiv cele pitice, adăpostesc în centrul lor găuri negre supermasive. Gaura neagă supermasivă din centrul galaxiei noastre are o masă echivalentă cu patru milioane de mase solare, iar cea mai mare gaură neagră supermasivă descoperită până în prezent are o masă echivalentă cu 21 miliarde de mase solare și se află în centrul galaxiei eliptice NGC 4889, aflată la 336 milioane de ani lumină distanță de noi.
În Universul actual găurile negre reprezintă ultima etapă de evoluție a stelelor masive, cu mase mai mari de 20 de mase solare, care, la sfârșitul vieții lor, devin supernove în timp ce zona lor centrală colapsează transformându-se într-o gaură neagră. Acest tip de găuri negre au mase mult mai mici decât cele supermasive. Deocamdată nu este cunoscut procesul prin care au apărut primele găuri negre supermasive în zonele centrale ale galaxiilor, în schimb, de-a lungul timpului au fost propuse mai multe ipoteze.
Una dintre ele fost prezentată de doi cercetători canadieni, Shantanu Basu și Arpan Das, de la Universitatea Western Ontario, în ediția din 28 iunie 2018, a revistei The Astrophysical Journal Letters. Cei doi, au analizat datelor obținute prin observarea quasarilor. Quasarii sunt nuclee active ale unor galaxii tinere. Altfel spus, în centrul acelor galaxii se află găuri negre supermasive, care au la dispoziție un prânz cu adevărat copios. Un quasar mediu devorează zece stele în fiecare an, pentru a putea genera imensa cantitate de energie pe care o putem observa astăzi.
Pe baza datelor obținute ei au elaborat un model care implică ceva ce am putea numi ca fiind o gaură neagră primară, care joacă rolul de sămânță pentru apariția găurii negre supermasive. Cei doi nu explică cum apare aceasta, dar reușesc să modeleze ceea ce se întâmplă în etapele ulterioare de evoluție a găurii negre către stadiul de gaură neagră supermasivă.
În lucrarea lor ei prezintă un scenariu de tip reacție în lanț. Găurile negre primare încep să atragă materia din vecinătatea lor, proces în urmă căruia sunt radiate cantități uriașe de energie, ceea ce duce la încălzirea puternică a norilor de gaz din vecinătatea lor, ceea ce face ca ei să fie atrași mai rapid de către gaura neagră. Ea ”înghite” mai multă materie. Discul de materie din jurul găurii negre devine și mai fierbinte, ceea ce duce la o încălzire suplimentară a norilor de gaz din vecinătate, fapt care accelerează capturarea lor de către gaura neagră și așa mai departe. Prin acest mecanism găurile negre acumulează rapid masă, ajungând la stadiul de găuri negre supermasive. Vrau să subliniez că acest proces este complet diferit de cel al formării găurilor negre din prezent, el neimplicând colapsarea nucleului unor stele supermasive.
Shantanu Basu și Arpan Das rată că modelul lor sugerează o creștere exponențială a numărului de găuri supermasive în Universul timpuriu. Tot ei mai arată că, la un moment dat, în urma apariției unui număr mare de stele și galaxii, procesul descris mai devreme este stopat ”deoarece fondul de radiații din Univers a devenit prea puternic și nu mai permitea colapsarea directă a norilor de gaz”. Conform celor doi cercetători, acest tip de găuri negre supermasive s-a format în primele 150 de milioane de ani ai Universului.
Există și alte ipoteze care încearcă să explice formarea primelor găuri negre supermasive, unele din ele implică și participarea materiei întunecate, dar nu voi mai insista acum asupra lor, pentru că vreau să ajung repede la subiectul principal al acestui text.
Blanete
Sunt convins că deja știți că planetele se formează în discurile protoplanetare care sunt prezente în vecinătatea stelelor aflate în primele faze ale vieții lor. Ceva similar se întâmplă și în cazul blanetelor, care se formează în discurile de acreție aflate în vecinătatea găurilor negre supermasive.
În articolul din 2019, cercetătorii japonezi arată că: ”analizând consecințele naturale ale proceselor elementare de creștere a grăunților de praf, am descoperit că o nouă clasă de planete se poate forma în jurul găurilor negre supermasive. […] În acest articol propunem, propunem un nou loc de formare pentru «planete»: discul de acreție din jurul găurilor negre supermasive. Cele mai multe galaxii adăpostesc în centrul lor găuri negre supermasive cu mase cuprins între câteva milioane până la miliarde de mase solare. Discurile de gaz din jurul găurilor negre supermasive emit cantități uriașe de energie, prin fenomenul de acreție, devenind astfel «motorul central» al nucleelor galaxiilor active.”
Câteva explicații: atunci când se află în jurul obiectelor cerești compacte, discurile de acreție devin locul unor fenomene generatoare de cantități mari de energie. Vâscozitatea discului de acreție, care duce la apariția unor forțe de frecare între particulele componente, face ca energia gravitațională să fie disipată sub formă de unde electromagnetice. În cazul stelelor, discurilor de acreție protoplanetare, disiparea de energie se face mai ales în domeniul radiațiilor infraroșii. În cazul stelelor neutronice și al găurilor negre, disiparea de energie se face mai ales în domeniul radiațiilor X. În cazul găurilor negre supermasive se generează cantități mari de energie în domeniul vizibil al spectrului electromagnetic.
La o primă vedere, ne-am putea imagina că în discul de acreție din jurul unei găuri negre supermasive se vor produce procese similare cu cele din discurile protoplanetare pentru formarea blanetelor. Nu este așa. Condițiile din vecinătatea găurilor negre supermasive sunt mult mai aspre iar densitatea materiei din discurile de acreție este mult mai scăzută decât cea din discurile protoplanetare. În apropierea orizontului evenimentelor temperatura este atât de mare încât nu permite formarea gheții, un ingredient foarte important, atât pentru formarea planetelor cât și a blanetelor. Pentru site-ul LiveScience Wada explica: ”Fără apă înghețată sau dioxid de carbon (gheață uscată) este foarte greu de construit o blanetă”. De ce ar fi importantă gheața (chiar și cea uscată) în procesul de formare al blanetelor? Încercați să vă imaginați ce este mai simplu de construit: un castel din nisip uscat sau unul din nisip ud?
Tocmai de la aceste considerații pornește lucrarea din 2019 a cercetătorilor japonezi. Ei au calculat distanța față de gaura neagră supermasivă, dincolo de care condițiile locale permit ”supraviețuirea” gheții. ”Dincolo de această distanță particulele sunt acoperite [cu gheață]. Ele se lipesc cu ușurință unele de altele, atunci când intră în coliziune” explica Wada.
Blanetele se formează rapid în discul de acreție al unei găuri negre supermasive, într-un interval de numai 10 milioane de ani. În articolul publicat în 2019 cei doi cercetători japonezi au folosit un model matematic aproximativ, ceea ce avea drept rezultat apariția unor blanete ”pufoase”, deci nerealiste. În articolul din 2020 ei reiau modelul anterior și îl rafinează, introducând restricții suplimentare. De această dată blanetele sunt mult mai realiste, apropiindu-se de planetele pe care le cunoaștem noi, cele care se formează în discurile protoplanetare. Ele se formeză la distanțe de peste 10 ani lumină față de gaura neagră supermasivă, pot fi gazoase sau din roci, iar masa lor poate varia între 4 și 3.000 de mase terestre.
Ne-am putea aștepta ca pe aceste blanete să existe forme de viață? Cei doi cercetători japonezi nu au căutat să răspundă la această întrebare firească pentru noi, iubitorii filmului Interstellar. Asta m-a făcut să caut prin arhivele revistelor de știință și așa am descoperit preprintul ”Life on Miller’s Planet: The Habitable Zone Around Supermassive Black Holes” (Viața pe planeta lui Miller, zona locuibilă din vecinătatea unei găuri negre supermasive) semnat de către Jeremy D. Schnittman, cercetător la centrul de cercetări Goddard al NASA.
Zona locuibilă din vecinătatea unei găuri negre supermasive
Schnittmann pleacă de la definiția zonei locuibile din jurul unei stele, care, vă reamintesc, este acea zonă în care este posibilă existența apei în stare lichidă. În cazul unei stele lucrurile sunt, cel puțin la o primă vedere, simple. Avem un astru central care emite o anumită cantitate de energie care asigură o anumită temperatură pe suprafața planetelor. Dar în cazul blanetelor? Cum ar sta lucrurile în acest caz?
În lucrarea amintită Schnittmann arată că: ”Cele mai multe date pe care le avem de la găurile negre provin din observarea radiațiilor electromagnetice care vin din zona discului lor de acreție. De fapt, energia prezentă în aceste discuri de acreție depășește cu multe ordine de mărime pe cea produsă [în Soare] prin prin procese de fuziune nucleară. Este deci firesc să ne imaginăm că înlocuirea Soarelui cu discul de acreție al unei găuri negre nu ar trebui să ducă la imposibilitatea apariţiei vieții.” Am avea deci o speranță pentru apariția vieții pe blanete.
Apoi, în continuarea lucrării, Schnittman începe să pună condiții, care îndepărtează speranțele pe care tocmai ni le făceam. Schnittmann: ”Toate formele de viață cunoscute au nevoie de un gradient de energie pentru a supraviețui. Un fond de energie constant nu este propice pentru apariţia vieții complexe.” Cred că este bine să explic ce vrut să spună autorul în citatul anterior. Pe Pământ avem variații ale energiei venite de la Soare între zi și noapte și pe parcursul unui an. În cazul unei blanete, energia primită din exterior este aproximativ constantă.
Din păcate Schnittman se oprește în analiza lui strict la planeta lui Miller din filmul Interstellar, o planetă care este extrem de aproape de orizontul evenimentelor unei găuri negre supermasive. Din acest motiv, de acum încolo voi reveni la denumirea de planetă. Pe o asemenea planetă efectele relativiste devin extrem de importante. De exemplu, datorită efectelor gravitaționale, prin deplasarea spre albastru, fondul cosmologic de microunde nu mai este ”văzut” ca având o temperatură mult mai mare decât cele 2,7K măsurate de cosmologi. O bună parte din el ar fi detectat pe o planetă de tipul celei a lui Miller în zona ucigașă a radiațiilor ultraviolete, devenind astfel un obstacol serios pentru apariția și supraviețuirea vieții.
O altă problemă ar reprezenta-o stelele. Noaptea, pe Pământ, vedem cerul negru deoarece ne aflăm undeva la periferia galaxiei. Găurile negre supermasive se găsesc cel mai adesea în centrele galaxiilor, acolo unde densitatea de stele este semnificativ mai mare. Pentru o planetă care orbitează în jurul unei găuri negre supermasive cerul ar fi de 100.000 de ori mai luminos decât pe Pământ, și, drept consecință, ea va fi bombardată cu fluxuri uriașe de radiații X și UV. Schnittman: ”Probabil că o civilizație suficient de avansată tehnologic va fi capabilă să construiască un soi «Sferă Dyson inversată», înconjurând planeta cu un ecran puternic reflectiv. Aceasta ar permite aducerea zonei de habitabilitate în apropierea [orizontului evenimentelor] găurii negre supermasive, chiar în condițiile unui fon intens de radiații UV și X.” Schnittman ne aduce din nou în zona speranței, dacă nu ne întrebăm cum de a putut, înainte de toate, să apară o civilizație avansată pe o planetă din apropierea unei găuri negre. Desigur, de dragul speculației, ne putem imagina o planetă rătăcitoare, colonizată de ființe ultrainteligente, care decid să își găsească adăpost pe o orbită aflată în apropierea unei găuri negre supermasive. Dar tot el, Schnittman, după ce ne oferă o oarecare speranță, ne oferă și dezamăgirea. ”Chiar și cu un asemenea scut protector, natura mai are un ucigaș tăcut: neutrinii.” Neutrinii interacționează extrem de slab cu materia, dar, atunci când ei sunt prezenți sub forma unor fluxuri foarte intense, ele pot avea un impact semnificativ. Există chiar ipoteza că fluxul de neutrini produs în timpul unor supernove din vecinătatea noastră a produs, de-a lungul timpului, extincții masive pe Terra. Neutrinii care vor lovi planetele din imediata apropiere a unei găuri negre supermasive văr împiedica apariția și supraviețuirea vieţii…
O posibilă concluzie
O privire pesimistă, dar să nu uităm că avem de-a face cu niște considerații referitoare la planete aflate în imediata vecinătate a orizontului evenimentelor unei găuri negre supermasive. Blanetele despre care v-am vorbit în acest text se formează la distanțe ceva mai mari, de circa 10 ani-lumină față de gaura neagră supermasivă, iar acolo condițiile sunt cu totul altele. Nu ne mai rămâne decât să așteptăm până când cercetători entuziaști își vor îndrepta atenţia asupra posibilităţii existenței vieții pe blanete.
