Un pianeta abitabile potrebbe orbitare attorno a un buco nero supermassiccio?

Immagine promozionale dal film Interstallar IMMAGINI DI PARAMOUNT E WARNER BROS. IMMAGINI

Interstellare occupa un posto speciale per gli appassionati di fantascienza. Il produttore esecutivo e consulente scientifico del film era Kip Thorne, un fisico vincitore del premio Nobel che ha giurato che nulla nel film avrebbe violato le leggi della fisica e che qualsiasi speculazione selvaggia sarebbe derivata dalla scienza.

La premessa del film è che la Terra sta diventando inabitabile e gli esseri umani devono trovare un altro posto dove vivere. Per fortuna, gli astronomi hanno scoperto un wormhole vicino a Saturno che funge da tunnel attraverso lo spaziotempo fino a un lontano buco nero supermassiccio chiamato Gargantuan.

Vari pianeti orbitano giganteschi. Quindi la NASA invia una serie di missioni per sondare i pianeti nella speranza di trovarne uno abitabile.

Molto è stato scritto sull'accuratezza scientifica del film, sulla sua rappresentazione dei buchi neri e così via, per lo più pieno di lodi. Il fisico Michio Kaku ha affermato che è il gold standard con cui verranno giudicati i futuri film di fantascienza.

Ma una domanda deve ancora essere affrontata: è possibile che un pianeta abitabile orbiti attorno a un buco nero supermassiccio? E oggi riceviamo una risposta grazie al lavoro di Jeremy Schnittman presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.

Schnittmann ha dato un'occhiata spensierata alla domanda e ha calcolato se potrebbero esistere condizioni mature per la vita su un pianeta in orbita vicino a un buco nero supermassiccio. E le sue conclusioni sono sorprendenti.

Prima un po' di background. Gli astrobiologi hanno discusso a lungo sulle condizioni necessarie per la vita della varietà simile alla Terra. Vi è ampio consenso sul fatto che la presenza di acqua liquida sia uno dei requisiti fondamentali, e questo pone limiti specifici alla temperatura dei pianeti abitabili.

L'approccio di Schnittman è chiedersi che tipo di fonti di energia potrebbero generare questo tipo di temperature su un pianeta in orbita attorno a un buco nero. Una tale fonte di energia dovrebbe essere completamente diversa da quella terrestre.

La temperatura atmosferica qui è il risultato dell'equilibrio tra l'energia in entrata dal sole, che riscalda l'atmosfera, e l'energia in uscita che sottrae energia. Questa si rivela essere una relazione complessa che ha generato un'intera disciplina a sé stante sotto forma di scienze del clima.

Tuttavia, senza un sole, la luce in arrivo svanirebbe, rimuovendo quasi tutta l'energia per la vita sulla Terra. Senza il suo costante flusso di calore, gli oceani probabilmente si congelerebbero nel giro di pochi giorni, afferma Schnittman.

Ma si scopre che ci sono una serie di altre fonti di energia per un pianeta in orbita attorno a un buco nero supermassiccio. Il più ovvio è che i buchi neri supermassicci non sono affatto neri. La maggior parte di ciò che sappiamo sui buchi neri deriva dall'osservazione della radiazione elettromagnetica proveniente dal gas mentre si accumula sul buco nero, afferma Schnittman. Si potrebbe naturalmente immaginare che sostituire il sole con un buco nero in accrescimento potrebbe non essere la fine della vita sulla Terra, dopotutto.

Ma i buchi neri supermassicci non sono solo luminosi; sono le sorgenti di radiazione persistenti più luminose nell'universo, in particolare nella regione dell'ultravioletto dove la radiazione raggiunge il picco. Sono circondati da un caldo disco di accrescimento di gas che sta cadendo nel buco nero.

Le condizioni in un disco del genere sono semplicemente troppo estreme per supportare l'acqua liquida, ma Schnittman afferma che possono essere rese più confortevoli immaginando che la velocità di accrescimento del buco nero sia una minuscola frazione del valore osservato.

Il risultato è che qualsiasi pianeta in orbita vicino a un buco nero supermassiccio lo farebbe in una nuvola di gas caldo. Nel film, i pianeti di interesse orbitano appena oltre l'orizzonte degli eventi del buco nero, dove Schnittman calcola che sarebbero circondati da un campo di radiazione del corpo nero di 6.000 gradi. Difficilmente ospitale per la vita, commenta.

Più fuori, il gas sarebbe più fresco. Per essere a temperatura ambiente, il pianeta dovrebbe orbitare a una distanza 100 volte il raggio gravitazionale del buco nero.

Quindi, a prima vista, l'acqua liquida sarebbe possibile su un pianeta del genere. Se la vita potrebbe evolversi è più difficile da valutare. Tutte le forme di vita conosciute richiedono un'energia pendenza per sopravvivere, quindi uno sfondo di radiazione di corpo nero onnipervasivo non sarebbe probabilmente molto favorevole alla vita complessa, afferma Schnittman.

C'è un piccolo problema con il film in quanto il pianeta orbita chiaramente oltre il disco di accrescimento, che secondo Schnittman sarebbe dinamicamente instabile.

Un problema più grande è che se la velocità di accrescimento fosse inferiore, anche la densità del disco sarebbe inferiore, rendendo più difficile l'irradiazione. E senza questa radiazione, il disco di accrescimento si riscalderebbe oltre la temperatura dell'acqua liquida. Quindi c'è un paradosso al centro di questa argomentazione che alla fine la invalida.

Non tutto è perduto, però. C'è un'altra fonte di energia sotto forma di fondo cosmico a microonde, l'eco del Big Bang. Gli astronomi hanno misurato questa radiazione e ha una temperatura di appena 2,7 K, appena sufficiente per sostenere l'acqua liquida.

Ma è qui che entra in gioco la magia della relatività. Come diventa evidente nel film, il tempo rallenta per gli osservatori sulla superficie del pianeta, e questo ha l'effetto di cambiare la luce blu, rendendola più calda. E più il pianeta è vicino al buco nero, maggiore sarà questo effetto.

Schnittman calcola che un pianeta in orbita appena oltre il raggio gravitazionale sperimenterebbe abbastanza riscaldamento dal fondo cosmico a microonde per fare il trucco. Sarebbe come orbitare attorno a una nana bianca a una distanza di 0,2 UA, dice. Ciò fornirebbe energia sufficiente per l'acqua liquida, ma inonderebbe anche il pianeta in pericolosi livelli di ultravioletti.

Poi c'è la luce di altre stelle. Sulla Terra, il cielo notturno è scuro perché ci troviamo in un braccio relativamente rado della galassia. Ma i buchi neri supermassicci generalmente si trovano al centro delle galassie, dove la densità delle stelle è significativamente 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 sulla Terra.

Ciò fornirebbe uno sfondo significativo di luce UV e raggi X. Schnittman immagina una civiltà sufficientemente avanzata per costruire una sorta di sfera di Dyson inversa che rifletta questa energia. Ciò consentirebbe un'abitabilità molto più vicina al buco nero supermassiccio ospite, anche di fronte a schiaccianti radiazioni UV o raggi X di fondo, dice, si spera.

Eppure, anche con uno scudo così protettivo, c'è ancora lo spettro dell'assassino silenzioso della natura: i neutrini, dice con un crescente senso di miseria. I neutrini non interagiscono fortemente con la materia. Ma quando ce ne sono un numero enorme, 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 da supernove vicine. E un buco nero supermassiccio creerebbe più che sufficiente per smorzare lo spirito di festa su qualsiasi pianeta.

Tuttavia, i neutrini potrebbero portare al riscaldamento geotermico. E a differenza del dannoso flusso di raggi UV o di raggi X da questa radiazione elettromagnetica spostata verso il blu, il riscaldamento dei neutrini del nucleo del pianeta potrebbe portare a una fiorente popolazione di forme di vita simili a quelle che si trovano vicino alle prese d'aria oceaniche profonde sulla Terra, afferma Schnittman, con più di un accenno di pio desiderio.

Questo senso si perde rapidamente mentre passa ad altri motivi per essere pessimista. Vicino a un buco nero, le onde gravitazionali fornirebbero un costante ronzio di vibrazioni distruttive. E la materia oscura, se esistesse, fornisce un ricco arazzo di sventura.

Schnittman è attento a non respingere del tutto la possibilità che un pianeta abitabile possa orbitare attorno a un buco nero supermassiccio, almeno non esplicitamente.

Ma il messaggio implicito è chiaro: c'è poca ospitalità lì. Se c'è un punto nell'universo in cui gli esseri umani dovrebbero cercare pianeti abitabili, è probabilmente il più lontano possibile dai buchi posteriori supermassicci.

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Rif: arxiv.org/abs/1910.00940 : La vita sul pianeta di Miller: la zona abitabile intorno ai buchi neri supermassicci

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