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宇宙最大黑洞|黑洞也能孕育行星 但在上面寻找生命有点难

黑洞也能孕育行星 但在上面寻找生命有点难
浩瀚宇宙中 ， 黑洞犹如一只吞噬猛兽 ， 没有任何物质能从它的巨大引力“魔爪”中逃脱 ， 就连光也不例外 。
近日 ， 有研究团队提出 ， 超大质量黑洞周围存在类似围绕恒星运转的行星 。 这类行星是如何形成的？是否普遍存在？它们又是如何被发现的？这些行星上是否有生命存在？带着这些问题 ， 科技日报采访人员专访了华中科技大学物理学院副院长吴庆文教授 。
距离决定黑洞行星能否“降生”
在黑洞附近发现行星并非一次偶然之举 。
人类是宇宙中唯一的生命吗？为回答这个问题 ， 科学家不断搜寻系外行星 。 2019年诺贝尔物理学奖三位获奖者中 ， 就有两人是因为在系外行星研究方面取得突破性进展而获奖 。
截至目前 ， 我们已发现4000多个系外行星 。
“系外行星是当前天文学最热点和最前沿的研究领域之一 ， 科学家主要是在类似太阳这样的恒星周围寻找 。 ”吴庆文说 ， 寻找更多系外行星 ， 有利于理解太阳系形成、地球演化史及生命起源等谜题 。
近日 ， 日本研究团队表示银河系中心黑洞周围也可能存在大量行星 ， 这一新观点顿时引爆学术界 。
吴庆文介绍 ， 此前科学家利用阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波望远镜阵列(ALMA) ， 观测到类似早期太阳系的形成过程 。 首先是气体和尘埃在自引力作用下坍缩形成恒星；随着时间推移 ， 恒星周围的盘状气体、尘埃等会逐渐聚集形成更大团块 ， 并进一步凝聚 ， 逐渐形成行星 。
日本天文学家提出 ， 气体和尘埃并非年轻恒星独有 ， 在星系中心黑洞周围也存在着大量气体和尘埃 ， 其质量可以比原恒星盘大数十亿倍 ， 像银河系中心黑洞这样黯淡、寒冷的超大质量黑洞或许也是孕育行星的理想场所 。
冰的形成以及更多气体和尘埃等的凝结 ， 是形成行星的关键条件 。 吴庆文说 ， 黑洞周围气体盘中 ， 离黑洞越近气体温度越高 ， 但在一定距离之外 ， 温度足够低 ， 能够让一些水变成冰 。 经计算 ， 对于银河系中心这种400万倍太阳质量的超大质量黑洞来说 ， 距离黑洞大约10光年 ， 就足以让尘埃和水等气体凝结 ， 并形成几倍到几千倍地球质量的行星 ， 这类行星被称为黑洞行星 。
生活在黑洞身边 ， 黑洞行星多少有些“担惊受怕” 。 黑洞拥有强大的引力 ， 在视界范围之内连光都难以逃脱 ， 即便在稍远一点的地方 ， 黑洞周围强大的潮汐力也可能将天体撕碎 。 这听上去非常恐怖 ， 但随着距离进一步增大 ， 黑洞引力将会迅速减小 ， 在一定距离以外(约几光年) ， 炙热气体的运动几乎不再受黑洞引力控制 。 所以 ， 黑洞行星的形成条件已决定它不会被黑洞吞噬 。
遥远的距离 ， 正是黑洞行星形成壮大的温床 。
另辟蹊径寻找类地行星
吴庆文说 ， 宇宙存在数千亿个星系 ， 每个星系又存在数千亿颗恒星 ， 因此类地行星必然存在 ， 黑洞行星或许也应该普遍存在 。 因距离遥远 ， 人类对银河系中心超大质量黑洞周围的行星进行直接探测 ， 还存在巨大困难 。
或许另辟蹊径才能找到正确的答案 。
此前 ， 日本鹿儿岛大学天体物理学教授惠田敬一认为 ， 现代天体物理学发展显现出一种倾向 ， 即向不习惯的、出乎意料的、甚至仿佛是不可能的方向发展 。
“人类作为生活在行星上的智慧生物 ， 一直对围绕其他恒星绕转的行星有着浓厚兴趣 。 ”吴庆文介绍 ， 宇宙存在活动星系核、低光度星系核和X射线双星等不同的黑洞系统 ， 根据惠田敬一团队的研究模型 ， 生命周期较短、光度相对较低的活动星系核周围一般会出现黑洞行星 。
一般而言 ， 对于常见的围绕恒星运转的行星系统 ， 形成恒星后 ， 尘埃和气体会在新生恒星周围原行星盘中冷却 ， 尘埃会凝结聚集成更大的颗粒 ， 在碰撞和压缩中形成小行星 ， 小行星之间相互碰撞形成更大尺寸的行星胚胎 ， 最终经过不同的物理过程形成不同的行星 ， 如类似木星的气体巨行星 ， 或类似地球的岩石行星 。
与恒星一样 ， 黑洞也有类似的培育行星的“育婴室” 。 吴庆文说 ， 超大质量黑洞一般位于星系中心 ， 通过吸积物质向星系提供能量 。 吸积是一种致密中心天体通过引力作用捕获周围介质的高效率过程 ， 被吸积的物质由于带有初始角动量而围绕中心黑洞旋转形成吸积盘 。 除吸积盘外 ， 黑洞周围还存在着巨大的尘埃环 ， 在吸积盘外区和尘埃环中的物质与原行星盘存在一定相似性 ， 以此为基础考虑黑洞周围是否存在行星 ， 十分合理 。
惠田敬一团队的模型计算结果显示 ， 最可能形成的黑洞行星质量约是地球的几十到几百倍 ， 甚至有可能达到行星质量上限 。 在默认两种行星平均内部密度相似的条件下 ， 黑洞行星半径最大可达到地球半径的十倍 。
“夹缝”中寻找地外生命
【宇宙最大黑洞|黑洞也能孕育行星 但在上面寻找生命有点难】“生命起源是一个重大的科学命题 ， 黑洞行星上是否有可能存在生命形态值得研究 。 ”吴庆文表示 ， 生命很伟大 ， 但也很脆弱 ， 适宜、安全的环境对孕育生命起到至关重要的作用 。
吴庆文指出 ， 虽然星系中心超大质量黑洞周围可以形成行星 ， 但这类行星和恒星周围行星有着较大的差异 。
类似地球这种行星围绕类太阳恒星运转 ， 可以获得阳光滋润 ， 黑洞行星未必具有这个条件 。 虽然不排除黑洞周围可能形成类似太阳系的恒星和行星系统 ， 然而黑洞行星与黑洞的距离比地球到太阳的距离大很多 ， 对于形单影只的黑洞行星而言 ， 不一定像地球一样拥有阳光 。
银河系中心黑洞辐射主要是在X射线波段 ， 而太阳辐射主要是在光学波段 ， 意味着黑洞行星无法获得较好的日照 。 此外 ， 超大质量黑洞周围存在很多高能活动现象 ， 这些高能X射线辐射或紫外辐射会将行星表面的大气电离并吹走 。 火星表面大气极其稀薄 ， 正是因为其大气几乎都被太阳风剥离 。
吴庆文说 ， 生命存在需要特定条件 ， 比如适宜的温度、水等 。 行星形成后 ， 根据中心恒星的光度和与行星的距离 ， 我们可以估算行星的表面温度 ， 判断其是否宜居 。 如果黑洞行星是孤立的 ， 很难具备上述条件 。 此外 ， 考虑到黑洞周围X射线暴发、黑洞潮汐瓦解、中心区域超新星爆发等高能事件 ， 生命在这里生存十分困难 。
通常在搜寻地外生命过程中 ， 会考虑行星是否处在宜居带上 ， 以及在恒星周围适宜距离内 ， 水是否能以液态方式存在 ， 这样才有孕育生命的可能 。
需要指出的是 ， 在黑洞行星中寻找生命的迹象 ， 除满足液态水存在条件外 ， 还必须考虑更多因素 。 如果在星系中心区域恒星等物质相对密集 ， 黑洞行星很容易受到一些灾难性事件的影响 ， 例如星系中心黑洞活动产生大量的高能射线、部分近距离的恒星被中心超大质量黑洞瓦解等 ， 这些高能天文事件可能每几千年就会出现 ， 这将给黑洞周围行星生命带来毁灭性打击 。
吴庆文说 ， 目前关于黑洞行星的一切均是初步探究与计算 ， 或许在不久的将来 ， 黑洞这一现代天文学“魔主”的神秘面纱终将被揭开 。
“在黑洞附近探寻生命迹象的可能性难以预料 ， 但如果我们永远不去探索 ， 可能性就是零 。 ”吴庆文表示 ， 探索星际本应如此 ， 尽管人类还无从得知黑洞行星上是否有可能存在生命 。


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