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看黑洞如何孕育生命

 大科技雜志社 2022-10-17 發(fā)布于海南

 物理定律告訴我們,黑洞是生命的終點,任何生命體掉到黑洞中都會不復(fù)存在。但其實,黑洞更是生命的起點,如果沒有黑洞,也許生命并不會出現(xiàn)。

  黑洞:星系的管理者

  在星系的中心,我們通常都能找到質(zhì)量可達太陽數(shù)百萬倍甚至更重的超大黑洞,如銀河系中心的黑洞“人馬座A* ”,它是太陽質(zhì)量的400多萬倍。太陽具有強大的引力,八大行星在太陽的引力作用下圍繞其運行,形成了一個穩(wěn)定的太陽系。質(zhì)量如此巨大的“人馬座A*”的引力比太陽還要大得多,它吸引的不是行星,而是許多星體組成的星系。

  黑洞的周圍會慢慢形成一個龐大的星系結(jié)構(gòu),銀河系就是在人馬座A*的引力下形成的。星系中心的黑洞也成為了維持整個星系運行穩(wěn)定的關(guān)鍵,在它強大的引力作用下,各大星系包括其中的恒星系才能夠保持穩(wěn)定運行。

  銀河系的情況同樣如何,包括太陽系在內(nèi)的所有恒星系都圍繞人馬座A*運動,只要這個黑洞保持穩(wěn)定,那么銀河系乃至太陽系就能持續(xù)且穩(wěn)定地存在下去,為生命的誕生提供土壤。地球之所以能出現(xiàn)生命,得益于太陽系確實是一片“沃土”,因為中心黑洞人馬座A*實在是一個“溫柔”的黑洞。

  黑洞的巨大引力會吸引周圍的所有物質(zhì),這些物質(zhì)聚集在黑洞周圍快速旋轉(zhuǎn),形成一個圓盤狀結(jié)構(gòu)——吸積盤。吸積盤不斷向外輻射X射線和紫外線等電磁波,黑洞引力越大,吸積盤輻射的能量越大。幸運的是,人馬座A*在過去的許多年都十分“安靜”,吸積盤的亮度與其質(zhì)量和引力大小并不相符。正因為人馬座A*如此穩(wěn)定,地球生命才獲得了長久的演化和生存的時間。

  黑洞:行星的塑造者

  恒星系穩(wěn)定存在還不夠,生命并不能生存在高溫的恒星中,只能生存在于與恒星距離適當(dāng)?shù)男行牵@個條件黑洞也為生命準(zhǔn)備好了。

  科學(xué)家已經(jīng)觀察到,黑洞至少有兩種塑造固態(tài)行星的方法。第一種是“聚沙成塔”,吸積盤在輻射出巨大能量的同時,還會“吐出”許多重元素。吸積盤的物質(zhì)在快速旋轉(zhuǎn)的過程中會產(chǎn)生方向穩(wěn)定的磁場,后來被吸引過來的物質(zhì)與磁場相互吸引或排斥,有些物質(zhì)被吸入黑洞;有些物質(zhì)則被噴出黑洞,其中就包括硅酸鹽、石墨和鎳鐵等重元素,這些重元素正是組成行星的原料。黑洞噴出來的物質(zhì)越飄越遠,隨著溫度的下降,這些物質(zhì)逐漸凝結(jié),一個個或大或小的行星就逐漸“堆”出來了。

類星體從黑洞中被撞了出來

  第二種是“破繭成蝶”,黑洞能將巨型氣態(tài)行星的“外套”脫掉,讓它變成與地球類似的固態(tài)行星,這樣,行星孕育生命的可能性就大大提高了。美國哈佛·史密斯森天體物理中心的天文學(xué)家曾分析過人馬座A*,他們認為,銀河系中心附近之所以存在許多的固態(tài)行星,正是因受到人馬座A*的影響。不過,距黑洞太近的行星遭受的輻射尤其強烈,而且由于黑洞附近恒星分布十分密集,這些行星還會受到恒星的引力干擾,甚至被甩出宜居帶,所以這里的類地行星無法出現(xiàn)生命。但是,只要遠離了這些超大質(zhì)量黑洞的影響,生命便也許能在此類行星上生根發(fā)芽。

  黑洞:生命的孕育者

  有了行星還不夠,宇宙環(huán)境并不一定適合生物生存,黑洞為生命創(chuàng)造了更適宜的環(huán)境。

  宇宙剛剛誕生時,它比現(xiàn)今的體積小許多,而且整個空間充滿了足以破壞DNA和其它生命所需的基礎(chǔ)元素的宇宙射線,所有恒星和行星都無法逃開射線的襲擊。黑洞的出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)了這一情況,隨著黑洞不斷增長,它們吞噬了一部分宇宙射線,使得威脅DNA分子的宇宙射線減弱,從而為生命形成和進化提供了機會。

  黑洞不僅為生命的出現(xiàn)掃清了障礙,還為生命的出現(xiàn)提供了原料。宇宙誕生后花了大約38萬年的時間,溫度才冷卻到質(zhì)子和電子足以形成氫原子的程度,在接下來的幾億年內(nèi),氫原子及其組成的氦原子等輕原子逐漸聚合形成了恒星與星系。高溫高壓的恒星中不斷發(fā)生核反應(yīng),生成更重的原子。當(dāng)恒星中的能量耗盡后,就會坍縮成黑洞。黑洞形成后,會吸收周邊的星體繼續(xù)生長,可能形成幾百萬太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。這個過程中,恒星的各種原子和物質(zhì)就集中到了黑洞中,一旦黑洞發(fā)生重大事件,比如兩個黑洞相撞,這些物質(zhì)會被傳播到很遠的地方。

黑洞“管理”著眾多星系

  2019年,天文學(xué)家觀測到一起黑洞“撞車”事件,事故后,黑洞的一部分——類星體被撞了出來。類星體是超大質(zhì)量黑洞因為吞噬大量物質(zhì)、吸積盤發(fā)光發(fā)熱而形成的宇宙中最明亮的一類天體,它攜帶有大量物質(zhì)和能量。在這起撞車事件中,科學(xué)家觀察到類星體的光用了35天飛了上億光年來到地球人類的觀測范圍;又過了40天,離開了人類的觀測范圍,飛向了宇宙的其他角落。整個過程中,類星體不斷向外輻射能量和噴發(fā)物質(zhì),如果這些物質(zhì)被宜居帶中的某個小行星接收到,也許不用多久,新的生命就會在那里萌芽。而46億年前,地球上的生命萌芽又是否來自黑洞呢?

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