看黑洞如何孕育生命

2022年10月17日14:50:08 科学 1320

物理定律告诉我们,黑洞是生命的终点,任何生命体掉到黑洞中都会不复存在。但其实,黑洞更是生命的起点,如果没有黑洞,也许生命并不会出现。

黑洞:星系的管理者

在星系的中心,我们通常都能找到质量可达太阳数百万倍甚至更重的超大黑洞,如银河系中心的黑洞“人马座A* ”,它是太阳质量的400多万倍。太阳具有强大的引力,八大行星在太阳的引力作用下围绕其运行,形成了一个稳定的太阳系。质量如此巨大的“人马座A*”的引力比太阳还要大得多,它吸引的不是行星,而是许多星体组成的星系。

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黑洞的周围会慢慢形成一个庞大的星系结构,银河系就是在人马座A*的引力下形成的。星系中心的黑洞也成为了维持整个星系运行稳定的关键,在它强大的引力作用下,各大星系包括其中的恒星系才能够保持稳定运行。

银河系的情况同样如何,包括太阳系在内的所有恒星系都围绕人马座A*运动,只要这个黑洞保持稳定,那么银河系乃至太阳系就能持续且稳定地存在下去,为生命的诞生提供土壤。地球之所以能出现生命,得益于太阳系确实是一片“沃土”,因为中心黑洞人马座A*实在是一个“温柔”的黑洞。

黑洞的巨大引力会吸引周围的所有物质,这些物质聚集在黑洞周围快速旋转,形成一个圆盘状结构——吸积盘。吸积盘不断向外辐射X射线和紫外线等电磁波,黑洞引力越大,吸积盘辐射的能量越大。幸运的是,人马座A*在过去的许多年都十分“安静”,吸积盘的亮度与其质量和引力大小并不相符。正因为人马座A*如此稳定,地球生命才获得了长久的演化和生存的时间。

黑洞:行星的塑造者

恒星系稳定存在还不够,生命并不能生存在高温的恒星中,只能生存在于与恒星距离适当的行星,这个条件黑洞也为生命准备好了。

科学家已经观察到,黑洞至少有两种塑造固态行星的方法。第一种是“聚沙成塔”,吸积盘在辐射出巨大能量的同时,还会“吐出”许多重元素。吸积盘的物质在快速旋转的过程中会产生方向稳定的磁场,后来被吸引过来的物质与磁场相互吸引或排斥,有些物质被吸入黑洞;有些物质则被喷出黑洞,其中就包括硅酸盐石墨镍铁等重元素,这些重元素正是组成行星的原料。黑洞喷出来的物质越飘越远,随着温度的下降,这些物质逐渐凝结,一个个或大或小的行星就逐渐“堆”出来了。

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类星体从黑洞中被撞了出来

第二种是“破茧成蝶”,黑洞能将巨型气态行星的“外套”脱掉,让它变成与地球类似的固态行星,这样,行星孕育生命的可能性就大大提高了。美国哈佛·史密斯森天体物理中心的天文学家曾分析过人马座A*,他们认为,银河系中心附近之所以存在许多的固态行星,正是因受到人马座A*的影响。不过,距黑洞太近的行星遭受的辐射尤其强烈,而且由于黑洞附近恒星分布十分密集,这些行星还会受到恒星的引力干扰,甚至被甩出宜居带,所以这里的类地行星无法出现生命。但是,只要远离了这些超大质量黑洞的影响,生命便也许能在此类行星上生根发芽。

黑洞:生命的孕育者

有了行星还不够,宇宙环境并不一定适合生物生存,黑洞为生命创造了更适宜的环境。

宇宙刚刚诞生时,它比现今的体积小许多,而且整个空间充满了足以破坏DNA和其它生命所需的基础元素的宇宙射线,所有恒星和行星都无法逃开射线的袭击。黑洞的出现扭转了这一情况,随着黑洞不断增长,它们吞噬了一部分宇宙射线,使得威胁DNA分子的宇宙射线减弱,从而为生命形成和进化提供了机会。

黑洞不仅为生命的出现扫清了障碍,还为生命的出现提供了原料。宇宙诞生后花了大约38万年的时间,温度才冷却到质子和电子足以形成氢原子的程度,在接下来的几亿年内,氢原子及其组成的氦原子等轻原子逐渐聚合形成了恒星与星系。高温高压的恒星中不断发生核反应,生成更重的原子。当恒星中的能量耗尽后,就会坍缩成黑洞。黑洞形成后,会吸收周边的星体继续生长,可能形成几百万太阳质量的超大质量黑洞。这个过程中,恒星的各种原子和物质就集中到了黑洞中,一旦黑洞发生重大事件,比如两个黑洞相撞,这些物质会被传播到很远的地方。

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黑洞“管理”着众多星系

2019年,天文学家观测到一起黑洞“撞车”事件,事故后,黑洞的一部分——类星体被撞了出来。类星体是超大质量黑洞因为吞噬大量物质、吸积盘发光发热而形成的宇宙中最明亮的一类天体,它携带有大量物质和能量。在这起撞车事件中,科学家观察到类星体的光用了35天飞了上亿光年来到地球人类的观测范围;又过了40天,离开了人类的观测范围,飞向了宇宙的其他角落。整个过程中,类星体不断向外辐射能量和喷发物质,如果这些物质被宜居带中的某个小行星接收到,也许不用多久,新的生命就会在那里萌芽。而46亿年前,地球上的生命萌芽又是否来自黑洞呢?

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