Buchi neri supermassicci e pianeti abitabili

Anche pianeti orbitanti intorno ad un buco nero supermassiccio avrebbero alcune possibilità di ospitare la vita.

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Anche pianeti orbitanti intorno ad un buco nero supermassiccio avrebbero alcune possibilità di ospitare la vita

Ricordate il film “Interstellar”? Fu realizzato con alla consulenza scientifica di Kip Thorne, fisico vincitore del premio Nobel, e si basa su premesse scientifiche che non violano le leggi della fisica e anche qualsiasi sfrenata speculazione deriva da assunti scientifici solidi.

Punto centrale del film è la progressiva inabilità della Terra che porterà il genere umano a cercare un altro pianeta adatto ad ospitare la vita. La fortuna sorride all’umanità perché gli astronomi scoprono un wormhole nel nostro sistema solare nei pressi di Saturno. Il whormhole ha la capacità di collegare il sistema solare con un buco nero supermassiccio molto lontano chiamato “Gargantua”.

Gargantua ospita diversi pianeti e cosi la NASA decide di inviare diverse missioni alla ricerca del pianeta giusto per gli esseri umani. L’accuratezza del film, la rappresentazione dei buchi neri e il viaggio stesso nel whormhole hanno ricevuto molti elogi.

Ma possono dei pianeti essere abitabili, pur trovandosi nei pressi di un buco nero suoermassiccio?

Oggi possiamo in una certa misura rispondere alla domanda grazie al lavoro di Jeremy Schnittman che lavora presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. Schnittmann ha cercato di capire se esistono le condizioni adatte alla vita su un pianeta in orbita vicino a un buco nero supermassiccio. E le sue conclusioni sono per certi versi, sorprendenti.

Gli astrobiologi hanno discusso a lungo su quali debbano essere le condizioni necessarie per la vita simile a quella presente sulla Terra. Si concorda su alcuni punti, ad esempio la presenza di acqua allo stato liquido che pone dei limiti di temperatura e pressione sulla superficie dei pianeti abitabili.

Schnittman ha sviluppato un approccio particolare per capire come i pianeti possano garantire acqua liquida in superficie rivolgendo la propria attenzione alle fonti di energia che potrebbero contribuire a mantenere una temperatura adeguata su un pianeta orbitante attorno a un buco nero supermassiccio.

Una tale fonte di energia, sarebbe certamente completamente diversa da quella terrestre. La temperatura atmosferica sul nostro pianeta è il risultato dell’equilibrio tra l’energia in arrivo dal sole, che riscalda l’atmosfera, e l’energia riflessa nello spazio. Ciò si rivela essere una relazione complessa che ha generato un’intera disciplina propria sotto forma di “scienza del clima”.

Tuttavia, senza una stella non ci sarebbe luce, annullando quasi tutta l’energia utile per la vita sulla Terra. A quel punto gli oceani forse gelerebbero del tutto in pochi giorni, afferma Schnittman.

Sappiamo però che un pianeta in orbita attorno a un buco nero potrebbe avere qualche possibilità di mantenere oceani liquidi: intanto un buco nero supermassiccio non è proprio “nero”.

La maggior parte di ciò che sappiamo sui buchi neri viene dall’osservazione della radiazione elettromagnetica proveniente dal gas che si accumula nei pressi del buco nero stesso“, afferma Schnittman. “Si potrebbe naturalmente immaginare che la sostituzione del sole con un buco nero in accrescimento potrebbe non essere la fine della vita sulla Terra, dopo tutto“.

I buchi neri supermassicci non emettono solo luce visibile, sono anche la fonte di  grandi quantità di  radiazione ultravioletta in cui si verificano i picchi di radiazione. Sono anche circondati da un disco di accrescimento composto da gas caldi.

Nei pressi di un oggetto del genere le condizioni sarebbero troppo estreme per consentire la presenza di acqua liquida anche se Schnittman afferma che se il tasso di accrescimento del buco nero supermassiccio avesse un valore frazionario del tasso dato ci sarebbero condizioni molto più favorevoli.

I pianeti in orbita intorno al buco nero supermassiccio si troverebbero avvolti da una nuvola di gas caldo.

Nel film “interstellar” i pianeti si trovano poco oltre l’orizzonte degli eventi dell’oggetto e secondo i calcoli di Schnittman, sarebbero immersi in una radiazione da corpo nero di 6000 gradi, in tal caso le condizioni per la vita non sarebbero certamente invitanti.

Se i pianeti, invece, fossero posti a distanze maggiori il gas avrebbe una temperatura più tollerabile, se fossero 100 volte più distanti ad esempio.

Questo renderebbe possibile la presenza di acqua liquida?

Si, sarebbe possibile ma è più complicato stabilire se la vita possa svilupparsi in un ambiente simile.Tutte le forme di vita conosciute richiedono una certa quantità di energia per sopravvivere, quindi uno sfondo di radiazione pervasiva del corpo nero probabilmente non sarebbe molto favorevole alla vita complessa“, spiega Schnittman.

Un’altro problema rilevato dal ricercatore è l’instabilità dell’orbita del pianeta posta oltre il disco di accrescimento. Anche il tasso di accrescimento, che è responsabile dell’irradiazione energetica non deve essere troppo basso, se tale disco fosse poco denso l’energia irradiata sarebbe insufficiente a creare le condizioni adatte sulla superficie del pianeta.

Un’altra fonte di energia presa in considerazione è lo sfondo cosmico a microonde, l’eco del Big Bang. Gli astronomi hanno misurato questa radiazione che ha una temperatura di soli 2,7 K, appena sufficiente per sostenere l’acqua liquida.

Ma è qui che ci viene in aiuto la relatività.

Come appare evidente nel film, il tempo rallenta per gli osservatori sulla superficie del pianeta, e questo ha effetto sulla luce che si sposta verso il blu, rendendola più energetica. E più il pianeta è vicino al buco nero, maggiore sarà questo effetto.

Schnittman calcola che un pianeta in orbita appena oltre il raggio di Schwarzschild riceverebbe sufficiente energia dal fondo cosmico per mantenere acqua allo stato liquido: “Sarebbe come orbitare attorno a una nana bianca a una distanza di 0,2 UA“, afferma. Il problema si sposterebbe ora su un’eccessiva irradiazione ultravioletta.

Un’altra fonte di energia sarebbe la luce di altre stelle.

Sulla Terra, il cielo notturno è buio perché ci troviamo in un braccio relativamente vuoto della galassia. Ma i buchi neri supermassicci si trovano generalmente al centro delle galassie, dove la densità delle stelle è molto più alta. Quindi, per un pianeta in orbita attorno al buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, il cielo notturno sarebbe 100.000 volte più luminoso che sul nostro pianeta.

Questa situazione fornirebbe energia sotto forma di raggi UV e raggi X che, immagina Schnittman, potrebbero essere utilizzati da una civiltà avanzata capace di costruire una sfera di Dyson ma che funzioni al contrario, riflettendo le radiazioni dannose.”Ciò consentirebbe l’abitabilità molto più vicino al buco nero supermassiccio ospite, anche di fronte alla radicale radiazione UV o ai raggi x di sfondo“.

Eppure, anche con uno scudo del genere, c’è ancora lo spettro del killer silenzioso della natura: i neutrini“. I neutrini non interagiscono fortemente con la materia. Ma se ce ne fossero moltissimi, possono avere un impatto significativo.

Alcuni scienziati pensano che gli eventi di estinzione di massa sulla Terra siano stati causati da enormi esplosioni di neutrini provenienti dalle supernove vicine.

Ma i neutrini potrebbero portare al riscaldamento geotermico. “E a differenza del dannoso flusso di raggi UV o raggi X da questa radiazione elettromagnetica spostata verso il blu, il riscaldamento causato dai neutrini del nucleo del pianeta potrebbe portare a una fiorente popolazione di forme di vita simili a quelle che si trovano vicino alle aperture degli oceani sulla Terra“, sostiene Schnittman.

Ci sono, però, altri pericoli nei pressi di un buco nero supermassiccio: le onde gravitazionali, la materia oscura e sarebbe dura per eventuali forme di vita sopravvivere e progredire.

Il lavoro è certamente interessante, non ci resta che aspettare e non abbandonare nessuna possibilità, anche se flebile. La vita è imprevedibile e potrebbe svilupparsi in luoghi e in modi che non abbiamo ancora considerato.

Rif: arxiv.org/abs/1910.00940 : Life on Miller’s Planet: The Habitable Zone Around Supermassive Black Holes