我们过去常常认为,在围绕像太阳这样的恒星上运转的行星可能存在生命的家园,但一份新的研究报告发现了一个新的潜在栖息地:一颗岩石行星在一个快速旋转的超大质量黑洞的活动视界附近运行。
这个黑洞周围的奇异力量能够让星球变暖,但这个设想有一个附带条件:这个星球必须以接近光速的速度公转。
我们不知道宇宙中所有可能出现生命的地方,因为到目前为止我们只有一个生命的例子:我们自己。虽然科学家和科幻作家喜欢思考各种奇异的生命形式的可能性,但要认真寻找外星生命,我们最好的办法是利用我们自己的环境作为模板,寻找与我们在地球上发现的相似的生命。
由此,我们大家可以得出两个非常宽泛的要求。第一,像我们这样的生命需要液态水。水是宇宙中最常见的分子,它由氢(宇宙中最丰富的元素之一)和氧(像我们的太阳这样的恒星内部的聚变反应的副产品,这使得它也很常见)组成。但这些水通常要么蒸发成等离子体(因此对生命非常不利),要么以固态冻结成冰(对生命也不是很好)。
液态物质更难获得,而且需要一种不太热的热源,不至于让水蒸发掉。我们只在两种地方发现了这种完美的平衡:一种是所谓的恒星“可居住带”,光线刚好足够的地方;另一种是在我们太阳系外行星的某些卫星的冰壳下,潮汐加热产生必要的能量。
但是光有生热是不够的。生命是一个复杂的过程,它利用能量做一些有趣的事情(比如四处走动、进食和繁殖)。所有这些过程都不是完全有效的,所以它们会产生废热。这些废热必须安全地倾倒在远离环境的地方,否则,你将以噩梦般的温室场景结束,温度上升到无法控制的水平,杀死任何开始的生命。
在地球上,我们把废热以红外线辐射的形式排放到真空的空间中。这种能源和垃圾处理场所之间的对比,使我们的家园星球上的生命得以蓬勃发展,想必其他星球上也有类似的情况。
这样一看,黑洞似乎是任何潜在生命形式最不受欢迎的家园。毕竟,它们是由纯重力构成的物体,任何太靠近它们的视界的东西都会被拉进去,让它们永远与宇宙的其他部分隔绝。没有一点东西可以逃脱它们的引力,即使是光。
黑洞本身并不发光,但无法逃脱的引力可以给它们带来惊喜,这种惊喜在整个宇宙中都是独一无二的。
贯穿宇宙的是所谓的宇宙微波背景(CMB)。宇宙微波背景辐射是宇宙刚诞生时的残余辐射,当时宇宙只有38万年。到目前为止,它是整个宇宙中最大的辐射源,很容易就把所有的恒星和星系淹没了好几个数量级。你看不到它的原因是它主要在电磁波谱的微波区域。换句话说,CMB是冷的,温度仅比绝对零度高3度。
但当宇宙微波背景辐射的光落入黑洞时,它就会发生蓝移,并在极端重力的作用下能量慢慢的变高。就在它到达视界之前,CMB光能够得到如此多的能量,以至于它可以转换成光谱中的红外线、可见光甚至紫外线部分。换句话说,在黑洞附近,CMB变得非常非常热。更重要的是,如果黑洞在旋转,它能够将光线聚焦成窄束,使CMB看起来像天空中的一个点。有点像太阳。
因此,如果你能足够接近一个黑洞,你会发现了自己出奇的温暖,如果你是一颗行星,你可能会发现你的水冰变成了液态水海洋——一个潜在的生命家园。但是,要让生命茁壮成长,它还需要一个吸热器,而这个吸热器可以由黑洞本身轻易地提供。在黑洞附近,引力的扭曲放大了事件视界的外观,使它膨胀得比你认为的要大得多。
在离黑洞足够近的地方(比如,在距离视界不到1%的地方),热的CMB缩小到只有一个小圆盘,而视界则膨胀到覆盖天空的40%。如果你的行星在旋转,那么你就有了一个“太阳”和一个“夜晚”,而生命则拥有它所需要的一切来完成它的使命。
但是在这个半径的轨道通常是非常不稳定的,很容易坠入可怕的黑暗之中。最近,一组研究人员在《天体物理学杂志》上发表了一篇分析文章,探讨了这样的一种情况,看看是否有办法稳定这样的一种情况。
他们找到了一种方法。如果黑洞很大,至少是太阳质量的1.6×10^8倍,并且快速旋转,那么它就拥有一个刚好位于活动视界之上的“宜居带”,在那里,CMB的光在光谱的紫外线部分达到峰值,但并不可怕。离得越近,行星就会被极端的引力摧毁,离得越远,宇宙微波背景辐射就会越冷。但在窄带内呢?刚刚好。
虽然这样的一种情况是可能的,但它不会很漂亮。这颗行星将以接近光速的速度运行,经历数千倍的时间膨胀,这在某种程度上预示着在这个星球上每过一秒钟,我们就会错过几个小时。谁知道一颗行星能不能在离黑洞这么近的地方找到自己的路,而且还能存活下来。
尽管如此,这项研究表明,当涉及到可能存在生命的家园,甚至包括宇宙中一些最糟糕的环境时,我们一定要保持开放的思维。