|
Черные дыры оказывают благоприятное воздействие на жизнь
|
|
|
|
В центре большинства крупных галактик, включая наш Млечный Путь, находится сверхмассивная черная дыра. Межзвездный газ периодически попадает на орбиту этих бездонных ям, переводя черную дыру в режим активного галактического ядра (AGN), распространяя высокоэнергетическое излучение по всей галактике.
|
|
|
|
Это не та среда, в которой, как вы ожидаете, будут процветать растения или животные. Но в недавнем удивительном исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal, исследователи из Дартмута и Университета Эксетера показали, что излучение AGN может оказывать парадоксальное благоприятное воздействие на жизнь. Вместо того чтобы обречь вид на забвение, это может помочь обеспечить его успех.
|
|
|
|
Это исследование может стать первым, в котором с помощью компьютерного моделирования будет конкретно измерено, как ультрафиолетовое излучение AGN может трансформировать атмосферу планеты, помогая или препятствуя жизни. В соответствии с исследованиями, посвященными воздействию солнечной радиации, исследователи обнаружили, что польза — или вред — зависит от того, насколько близко планета находится к источнику излучения и зародилась ли на ней жизнь.
|
|
|
|
"Как только жизнь появляется и насыщает атмосферу кислородом, радиация становится менее разрушительной и, возможно, даже полезной", - говорит Кендалл Сиппи, ведущий автор исследования. "Как только этот мост будет преодолен, планета станет более устойчивой к ультрафиолетовому излучению и защищенной от потенциальных случаев вымирания".
|
|
|
|
|
|
|
Исследователи смоделировали воздействие сверхвысокочастотного излучения не только на Землю, но и на планеты земного типа с различным составом атмосферы. Они обнаружили, что если бы кислород уже присутствовал, излучение запустило бы химические реакции, в результате чего защитный озоновый слой планеты вырос бы. Чем больше кислорода в атмосфере, тем сильнее эффект.
|
|
|
|
Высокоэнергетический свет легко вступает в реакцию с кислородом, расщепляя молекулу на отдельные атомы, которые рекомбинируют, образуя озон. По мере накопления O3 в верхних слоях атмосферы он рассеивает все более опасное излучение обратно в космос. Своим благоприятным климатом Земля обязана аналогичному процессу, который произошел около двух миллиардов лет назад с первыми микробами, производящими кислород.
|
|
|
|
Излучение Солнца помогло зарождающейся жизни на Земле насытиться кислородом и добавить озона в атмосферу. По мере того, как защитный озоновый слой нашей планеты уплотнялся, это позволяло жизни процветать, производя больше кислорода и озона. Согласно гипотезе Геи, эти полезные петли обратной связи позволили возникнуть сложной жизни.
|
|
|
|
"Если жизнь может быстро насытить атмосферу планеты кислородом, озон может помочь регулировать атмосферу, создавая условия, необходимые для роста жизни", - говорит соавтор исследования Джейк Эгер-Нэш, который в настоящее время является постдоком в Университете Виктории. "Без механизма обратной связи, регулирующего климат, жизнь может быстро угаснуть".
|
|
|
|
В реальной жизни Земля находится недостаточно близко к своей черной дыре Стрелец А, чтобы ощутить ее воздействие, даже в режиме AGN. Но исследователи хотели посмотреть, что могло бы произойти, если бы Земля была намного ближе к гипотетическому AGN и, таким образом, подвергалась воздействию радиации в миллиарды раз большей.
|
|
|
|
Воссоздавая бескислородную атмосферу Земли в архейский период, они обнаружили, что радиация практически исключала развитие жизни. Но по мере повышения уровня кислорода, приближающегося к современному уровню, озоновый слой Земли будет расти и защищать землю под ним от опасного излучения.
|
|
|
|
"При современном уровне содержания кислорода это заняло бы несколько дней, что, как мы надеемся, означало бы, что жизнь может выжить", - говорит Игер-Нэш. "Мы были удивлены тем, как быстро отреагировал уровень озона".
|
|
|
|
Когда они посмотрели на то, что могло бы произойти на планете земного типа в более старой галактике, звезды которой расположены ближе к ее звездному центру, они обнаружили совершенно иную картину. В "реликтовой галактике с красными самородками", такой как NGC 1277, последствия были бы смертельными. Звезды в более массивных галактиках эллиптической формы, таких как Мессье-87 или наш спиральный Млечный Путь, расположены шире и, следовательно, находятся дальше от опасного излучения AGN.
|
|
|
|
Сиппи приехал в Дартмут с большим интересом к черным дырам и к концу второго семестра присоединился к лаборатории Райана Хикокса, профессора и заведующего кафедрой физики и астрономии. Позже, во время обсуждения потенциального научного проекта по радиации AGN, вмешалась судьба.
|
|
|
|
Отправляясь в 2023 году в творческий отпуск в Англию, Хикокс забронировал поездку на лайнере Queen Mary 2, чтобы взять с собой свою собаку по кличке Бенджамин. На борту корабля он разговорился с астрофизиком из Эксетера Натаном Мэйном, который был приглашенным оратором на корабле. Они быстро поняли, что у них есть общий интерес к излучению и что программное обеспечение PALEO, которое Мэйн использовал для моделирования солнечной радиации в атмосферах экзопланет, может быть применено к более мощным лучам AGN.
|
|
|
|
Эта встреча позволила Сиппи начать работать с Эгер-Нэшем, в то время аспирантом лаборатории Мэйна. Используя язык программирования Julia, они ввели в свою модель начальные концентрации кислорода и других атмосферных газов на своей планете, похожей на Землю.
|
|
|
|
"Он моделирует каждую химическую реакцию, которая может произойти", - говорит Сиппи. "Он выводит графики того, сколько излучения достигает поверхности на разных длинах волн, и концентрации каждого газа в вашей модельной атмосфере в разные моменты времени".
|
|
|
|
Петля обратной связи, которую они обнаружили в насыщенной кислородом атмосфере, была неожиданной.
|
|
|
|
"Наши сотрудники не работали с излучением черных дыр, поэтому они были незнакомы со спектром черной дыры и с тем, насколько ярче может быть AGN, чем звезда, в зависимости от того, насколько близко вы к ней находитесь", - говорит Хикокс.
|
|
|
|
Если бы не счастливый случай, который свел две лаборатории вместе, проект, возможно, никогда бы не состоялся.
|
|
|
|
"Такого рода понимание можно получить, только объединив различные группы специалистов", - добавляет он.
|
|
|
|
После окончания Дартмутского университета Сиппи поступил в колледж Миддлбери, чтобы после получения степени бакалавра работать научным сотрудником в лаборатории Маккинли Брамбака, доктора философии Гуарини. Брамбак работал в лаборатории Хикокса в качестве аспиранта, а сейчас является доцентом физики в Миддлбери, изучая рентгеновские двойные системы аккрецирующих нейтронных звезд.
|
|
|
|
Она привнесла в проект уникальный подход. В рентгеновских двойных системах, которые она изучает, нейтронная звезда вытягивает вещество из обычной звезды, в результате чего падающий материал нагревается и испускает рентгеновские лучи.
|
|
|
|
В то время как AGN может потребоваться до миллионов лет, чтобы переключиться между активным и неактивным состояниями, рентгеновские двойные системы могут меняться всего за несколько дней или месяцев. "Во многом та же физика, которая применима к AGN, применима и к рентгеновским двойным системам, но временные масштабы намного быстрее, чем для AGN", - говорит она.
|
|
|
|
По ее словам, Брамбэк внесла свой вклад в анализ AGN и выступила в качестве "слегка отстраненного читателя", чтобы убедиться, что статья доступна для неспециалистов.
|
|
|
|
"Благодаря превосходному написанию Кендалл, это определенно было так".
|
|
|
|
Источник
|
