19.05.2023. - Развитая жизнь достигла своего пика миллиарды лет назад

Развитая жизнь достигла своего пика миллиарды лет назад

Соскучилось ли человечество по вечеринке? Являются ли SETI, уравнение Дрейка и парадокс Ферми всего лишь артефактами нашего невежества в отношении Продвинутой жизни во Вселенной? И если мы ошибаемся, как мы узнаем? Новое исследование, посвященное черным дырам и их мощному влиянию на звездообразование, предполагает, что мы, как развитая жизнь, можем быть реликвиями ушедшей эпохи во Вселенной.

Читатели Universe Today знакомы с SETI, уравнением Дрейка и парадоксом Ферми. Все три — разные способы, которыми человечество борется со своей ситуацией. Все они связаны с Великим вопросом: одиноки ли мы? Мы задаем эти вопросы так, как будто человечество очнулось на этой планете, оглядело окрестности и задалось вопросом, где все остальные. Что-то вроде того, что произошло.

Мы живем в эпоху открытий экзопланет, и астрономы заняты поиском планет, которые могут быть пригодными для жизни, т. е. имеют жидкую поверхностную воду. Это простое определение пригодности для жизни, но оно полезно для сортировки тысяч экзопланет, которые мы обнаружили, и бесчисленных миллионов других, ожидающих своего открытия. Потому что, как говорит нам априорное рассуждение, отдельные планеты — это ключ к поиску жизни.

Но как насчет более широкого взгляда на обитаемость и, особенно, на другую развитую жизнь? Является ли прочесывание отдельных планет способом найти другую жизнь? Или в некоторых галактиках с большей вероятностью может быть развитая жизнь, на эволюцию которой могут уйти миллиарды лет? Влияют ли черные дыры в галактиках на вероятность возникновения развитой жизни?

Дэвид Гарофало — адъюнкт-профессор физики Государственного университета Кеннесо в Джорджии. Гарофало исследует физику черных дыр и в новой статье объясняет, как черные дыры могут повлиять на существование развитой жизни.

Статья называется «Развитая жизнь достигла своего пика миллиарды лет назад, согласно данным о черных дырах». Он доступен на сервере препринтов arXiv и скоро будет опубликован в журнале Galaxies. Гарофало является единственным автором, и статья еще не прошла рецензирование.

Гарофало объясняет, как обратная связь черной дыры может либо стимулировать, либо подавлять звездообразование. Будет это или нет, зависит от окружающей среды и от того, находится ли СМЧД в газовой среде или в богатой газом.

«Связь между черными дырами и звездообразованием позволяет нам установить связь между черными дырами и местами и временем, когда внеземные разумы (ETI) имели больше шансов на появление», — пишет Гарофало.

Уравнение Дрейка пытается придать форму нашим размышлениям о других разумных цивилизациях. Это вероятностное уравнение, которое пытается вычислить количество разумных и общительных цивилизаций в Млечном Пути. Усилия Гарофало простираются за пределы Млечного Пути во вселенную. Но Вселенная обширна и древняя. С чего начать?

Гарофало начинает с черных дыр, обратной связи и звездообразования.

«Наше понимание процессов, определяющих, где и когда происходит пик звездообразования во Вселенной, значительно расширилось до такой степени, что мы можем начать более широко исследовать вопрос разума в пространстве и времени», — пишет Гарофало. Обратная связь с черной дырой влияет на звездообразование в галактиках, но эффект варьируется.

Гарофало активно исследовал черные дыры, и эта статья в значительной степени опирается на его исследования и работы других специалистов в той же области. Гарофало утверждает, что пик развитой жизни пришелся на миллиарды лет назад, и все из-за прямой связи между слияниями, черными дырами, звездообразованием и планетами, которые формируются вокруг этих звезд. Все начинается со слияния черных дыр, которое, вероятно, приведет к активным галактическим ядрам (АЯГ), что является термином для сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в центре галактики, которая аккрецирует достаточно материи, чтобы ярко сиять. Некоторые AGN излучают струи, и они зависят от природы вещества, аккрецирующегося на дыру. Дело в газе галактики, а разные галактики имеют разное газовое окружение.

Обратная связь с черной дырой играет важную роль в работе Гарофало. Разные черные дыры вызывают разные типы обратной связи, а некоторые обратные связи вызывают более высокие темпы звездообразования. Джеты — это основной способ, с помощью которого черные дыры взаимодействуют с окружающей средой, перекачивая вещество из своих аккреционных дисков обратно в свое окружение.

Иногда вся эта обратная связь способствует формированию звезд. Но иногда он направляет слишком много энергии в свою галактику или скопление галактик, и это подавляет звездообразование. Он слишком сильно нагревает газ, а для коллапса и образования звезд газ должен быть холодным. Основная часть работы Гарофало заключается в том, чтобы определить, когда обратная связь с черной дырой стимулирует звездообразование, а когда подавляет звездообразование.

Иногда аккреционный диск черной дыры вращается в противоположном направлении относительно самой черной дыры в результате слияния, и это влияет на обратную связь и джеты. «Противовращение связано с различными общими релятивистскими эффектами, которые максимизируют мощность и коллимацию струи», — пишет Гарофало. «Этот тип струи направляется через холодный газ и толкает его в состояния с более высокой плотностью, тем самым вызывая звездообразование».

Но этот вращающийся в противоположных направлениях аккреционный диск может замедлить, а затем и остановить вращение черной дыры. В конце концов, он меняет направление и снова ускоряет его. Когда черная дыра имеет нулевое вращение, она перестает создавать струи, и ее обратная связь с галактикой или скоплением галактик прекращается. Состояние с нулевым спином также наклоняет аккреционный диск. В этот момент «входящий газ образует диск, который поддерживает угловой момент газового резервуара большей галактики», — объясняет Гарофало. Состояние нулевого спина длится разное время в зависимости от того, бедна ли галактика газом или богата газом. Это длится около восьми миллионов лет в среде с низким содержанием газа.

Но все меняется в более плотной и богатой газом среде. «Вместо этого в более плотных средах масса черной дыры, как правило, больше, струя мощнее, а ее эффект обратной связи сильнее», — объясняет Гарофало. Это связано с тем, что способ нарастания газа на диск меняется. Он принимает другой тип потока, чем в разреженной среде.

Другой поток означает, что черной дыре в плотной среде требуется на два порядка больше времени, чтобы развернуться вниз. Результат? «В результате в среднем самые богатые среды производят мощные коллимированные струи, которые усиливают звездообразование в течение времени, которое примерно на два порядка больше, чем в более изолированных средах», — пишет Гарофало. В конце концов, вращение достигает нуля, и струи прекращаются. Критически важно то, что струи вновь появляются только в более плотной среде.

Это много информации для тех из нас, кто не является астрофизиком, но Гарофало разъясняет нам ключевую часть, и она сводится к разреженной или плотной среде. «Ключевое отличие заключается в наличии только положительной обратной связи AGN в изолированных средах, тогда как в более богатых средах есть как положительная, так и отрицательная обратная связь». Струи вновь появляются только в более богатой или плотной среде, но они наклонены. Это означает, что они нацелены более непосредственно на газ галактики, и они могут нагревать его и подавлять звездообразование.

В этом случае результатом будет меньшее количество звезд. Меньше звезд — меньше планет, а значит, меньше возможностей для развитой жизни. Но эффект выходит за рамки скорости образования звезд и планет. Поскольку газ галактики нагревается, он может испускать ореол рентгеновских лучей, который пронизывает галактику и влияет на химический состав планет, что может препятствовать их обитаемости.

Это плохие новости для развитой жизни в более газоплотных галактиках и скоплениях галактик. Несмотря на то, что там больше газа, вещества, из которого рождаются звезды, газ перегрет, подавляя звездообразование.

А как насчет газовых галактик и скоплений?

«Напротив, в более изолированных средах звезды развиваются на главной последовательности, не нарушаемой обратной связью AGN», — резюмирует Гарофало. Это важно еще и потому, что речь идет не просто о появлении жизни, которая могла возникнуть на Земле всего за несколько сотен миллионов лет. Мы говорим о такой развитой жизни, как мы, которая появилась на Земле за 4,5 миллиарда лет. Звезды главной последовательности являются самыми долгоживущими и наиболее стабильными звездами, и гораздо более вероятно, что развитая жизнь может возникнуть вокруг звезд главной последовательности, чем вокруг других звезд.

Принимая все это во внимание, Гарофало переформулировал уравнение Дрейка, включив в него обратную связь с черной дырой. «Это говорит нам, где во Вселенной больше всего шансов обнаружить развитую жизнь. Ответ — в изолированных полевых условиях», — объясняет он.

Но там, где может возникнуть развитая жизнь, это только часть ее. Гарофало хотел выяснить, когда это наиболее вероятно. Все это восходит к первоначальным слияниям черных дыр, которые производят аккрецирующие черные дыры, вращающиеся в противоположных направлениях. «Аккрецирующие черные дыры, вращающиеся в противоположных направлениях, являются продуктом слияний, и функция слияния достигает своего пика при красном смещении, равном 2», — пишет он. Красное смещение, равное 2, было примерно 11 миллиардов лет назад, когда Вселенной было 2,8 миллиарда лет.

«Таким образом, это красное смещение, соответствующее моменту, когда наибольшее количество изолированных галактик поля испытало слияние, которое привело к тому, что холодный газ влился в ядро вновь образованной галактики и начал вращаться в противоположном направлении вокруг вновь образованной черной дыры», — заключает Гарофало.

Это возраст, когда появляются AGN и их джеты. Они вызвали звездообразование и формирование планет. Земля образовалась 4,5 миллиарда лет назад, а мы, высокоразвитая жизнь, способная к межзвездной коммуникации, появились только сейчас. Таким образом, используя нас в качестве точки отсчета, можно сказать, что развитая жизнь может появиться примерно через 4,5 миллиарда лет после появления правильных черных дыр в правильных галактиках. Гарофало округляет его до 5 миллиардов лет. «Таким образом, мы принимаем исходное значение в 5 миллиардов лет, что приводит нас к 7,8 миллиардам лет после Большого взрыва, или 6 миллиардам лет назад».

Здесь проницательный читатель может задаться вопросом о металличности. 6 миллиардов лет назад металличность была ниже, поэтому не повлияло ли это на типы формирующихся планет и на то, могла ли на них возникнуть развитая жизнь?

Не обязательно.

Гарофало указывает, что галактики, в которых наиболее вероятно существование критического АЯГ, являются изолированными эллиптическими галактиками. Но это не старые красные и мертвые эллиптические галактики. Те, о которых говорит Гарофало, другие. Вместо этого «ожидается, что в этих изолированных эллиптических галактиках не будет низкой металличности, потому что они вызваны AGN слияниями с обильным холодным газом, возможно, из дископодобной галактики», — объясняет он. Также известно, что старые красные и мертвые эллиптические галактики населены более старыми звездами, и в них преобладают М-карлики или красные карлики, чьи обитаемые зоны «ближе к звезде и подвержены звездным вспышкам и приливно-отливному вращению, которые препятствуют развитию жизни». ", - пишет Гарофало. Но в подмножестве эллиптических галактик, о которых он говорит, не доминируют красные карлики.

Так что у нас это. Если Гарофало прав, нам нужно переосмыслить SETI. «Учитывая время и места, определенные для внеземных цивилизаций в этой работе, мы ожидаем, что поиски SETI потребуют, чтобы сигналы исходили от цивилизаций Кардашевского типа III», — пишет он в своем заключении. Цивилизация Кардашевского типа III — это та, которая может получить доступ ко всей энергии, излучаемой ее галактикой.

Согласно работе Гарофало, человечество действительно опоздало на вечеринку. «В той мере, в какой мы можем когда-нибудь говорить о пиковой эре появления технологически развитой жизни во Вселенной, наше упрощенное исследование возникновения жизни в контексте обратной связи АЯГ указывает на то, что такое время осталось в прошлом», — сказал он. заключает. «Поэтому мы на планете Земля опоздали».

Мы можем опоздать, но мы не обязательно одни. Другие любители вечеринок могут только прибыть. Мы здесь, так что, возможно, есть и другие.

Когда дело доходит до общения с другой развитой цивилизацией, это открытый вопрос. Но посмотрите на нас. Продвинутая жизнь все еще зарождается. Возможно, когда-нибудь две цивилизации свяжутся друг с другом. Для этого нам нужно знать, куда направить наши усилия в этой огромной Вселенной. Если эта работа подтвердится, она может помочь в поиске внеземного разума, показывая нам, где искать.

А где нельзя.

Источник