Сверхмассивные черные дыры могут сдувать атмосферу с планеты: исследование

Новое исследование в The Astrophysical Journal показывает: даже если планета стоит точно в нужном месте у своей звезды, ее атмосферу может уничтожить сверхмассивная черная дыра — та, что находится в центре галактики. Работу возглавил Журдан Ваас из Флоридского технологического института.

Сверхмассивные черные дыры есть в центре большинства крупных галактик. В центре нашего Млечного Пути тоже — это Стрелец A*, он весит примерно четыре миллиона солнечных масс. Пока черная дыра ничего не поглощает, она относительно тихая. Но когда она активно засасывает вещество, вокруг нее загорается аккреционный диск — раскаленное кольцо падающего газа — и система начинает выбрасывать наружу мощные потоки частиц. Это называется активным ядром галактики, или AGN. По суммарной мощности такой объект способен превзойти вспышку сверхновой — только не в один момент, а непрерывно, на протяжении миллионов лет.

Раньше астрономы в основном беспокоились именно о сверхновых: взрываются — и заливают окрестности жестким излучением, сдувают атмосферы, иногда вообще разрушают планеты. Особенно плотно они упакованы в балдже — центральном утолщении галактики, где звезды стоят тесно. Там с обитаемостью все плохо. Но AGN — другая история: он работает дольше и, возможно, добивается до значительно большей части галактики.

Ваас и соавторы сосредоточились на том, что вылетает из активного ядра в виде ветра. Точнее — на ультрабыстрых выбросах, UFO (ultrafast outflows). Это потоки газа, которые разгоняются до десятой доли скорости света — то есть до 30 000 км/с. Они стартуют с аккреционного диска и летят вовне, пока не врезаются в межзвездную среду, газ, которым заполнена галактика между звездами.

Когда ветер сталкивается с межзвездной средой, возникают две ударные волны сразу: одна тормозит сам ветер, другая продавливается в окружающий газ вперед. И здесь начинается самое важное: дальнейшее поведение ветра зависит от того, успевает ли тормозящийся газ остыть.

Если да — ветер остается компактным и передает только импульс, как бильярдный шар. Это называется импульсно-управляемым ветром. Он не очень сильно разлетается по галактике и влияет на ограниченную область. Если нет — горячий газ ведет себя как расширяющийся пузырь, выметает все на своем пути. Это энергетически-управляемый ветер, и он значительно опаснее.

Черные дыры в 2025 году: восемь главных открытий ученых

Авторы посчитали, что происходит с атмосферой планеты, когда на нее налетает такой ветер. Результаты неудивительны по направлению, но внушительны по масштабу: чем массивнее черная дыра и чем ближе к ней планетная система, тем быстрее нагревается атмосфера. Молекулы разгоняются и улетают в космос — планета буквально теряет воздух. Энергетически-управляемые ветра во всех сценариях оказываются разрушительнее импульсных.

Отдельная история с озоном. На Земле озоновый слой защищает все живое от ультрафиолета. Он образуется в стратосфере и разрушается в присутствии оксидов азота — их, к примеру, генерируют солнечные вспышки. AGN-ветра тоже могут запустить этот процесс, причем масштабнее. Расчеты показывают: для черных дыр массой от ста миллионов солнечных масс и выше энергетически-управляемые выбросы способны уничтожить озоновый слой практически полностью — и не только вблизи центра галактики, а на значительной ее части.

Сам по себе исчезнувший озон — не приговор. Жизнь в океане может существовать и без него: вода экранирует ультрафиолет. Но выйти на сушу у нее не получится. На Земле именно так и было: сотни миллионов лет жизнь развивалась в воде, и только когда в атмосфере накопилось достаточно кислорода и сформировался озоновый слой, она начала осваивать берега и континенты.

Авторы делают еще один важный вывод: для самых массивных черных дыр зона влияния AGN-ветров может уходить в галактическое гало — разреженную область далеко за пределами видимого диска галактики. Это означает, что кинетическое воздействие активных ядер распространяется гораздо дальше, чем принято было считать. Оговорка одна: если межзвездная среда достаточно плотная, она может сдержать ветер, но разрушение озона через частицы плотность газа не останавливает.

В текущей модели авторы намеренно оставили за скобками само излучение AGN — рентгеновское и ультрафиолетовое, — сосредоточившись только на ветрах. Следующий шаг: объединить оба фактора, чтобы понять, где в галактике вообще реалистично искать долгоживущие атмосферы. Пока ответ звучит примерно так: подальше от центра и подальше от активной черной дыры — хотя «подальше» оказывается значительно дальше, чем думали раньше.

На обложке генерация ProКосмос