Zaskakujące nowe badania ujawniają, że promieniowanie emitowane przez czarne dziury może mieć niespodziewany, pielęgnujący wpływ na życie.

W sercu większości dużych galaktyk, w tym naszej Drogi Mlecznej, znajduje się supermasywna czarna dziura. Gaz międzygwiazdowy okresowo wpada w jej obręb, przekształcając czarną dziurę w aktywne jądro galaktyczne (AGN), które emituje wysokoenergetyczne promieniowanie w całej galaktyce.

To ekstremalne środowisko nie wydaje się sprzyjać rozwojowi życia. Niemniej jednak nowe badania opublikowane w czasopiśmie „Astrophysical Journal” przez naukowców z Dartmouth i University of Exeter sugerują, że promieniowanie AGN może paradoksalnie sprzyjać rozwojowi życia. Zamiast prowadzić do wyginięcia gatunków, może one wspierać ich sukces w ewolucji.

Badania te są pionierskie, ponieważ jako pierwsze użyły symulacji komputerowych do zbadania wpływu promieniowania ultrafioletowego AGN na atmosferę planet, a tym samym na życie. Naukowcy odkryli, że korzyści lub szkody, jakie niesie ze sobą promieniowanie, zależą od odległości planety od źródła promieniowania oraz od obecności życia na niej.

Kiedy życie już istnieje i dotlenia atmosferę, promieniowanie staje się mniej destrukcyjne, a nawet może okazać się korzystne – powiedziała główna autorka badań, Kendall Sippy. Po osiągnięciu kluczowego momentu, planeta staje się bardziej odporna na promieniowanie UV, co chroni ją przed potencjalnymi zagrożeniami wyginięcia.

Naukowcy przeprowadzili symulacje nie tylko dla Ziemi, ale także dla planet podobnych do niej, z różnorodnym składem atmosfery. Odkryli, że jeżeli tlen byłby już obecny, promieniowanie mogłoby przyczynić się do reakcji chemicznych, które zwiększają ochronną warstwę atmosfery. Im wyższy poziom tlenu, tym efekt byłby silniejszy.

Wysokoenergetyczne promieniowanie łatwo reaguje z tlenem, powodując rozszczepienie cząsteczek na pojedyncze atomy, które następnie rekombinują, tworząc ozon. W miarę gromadzenia się O3 w górnych warstwach atmosfery, odbija on coraz więcej niebezpiecznego promieniowania z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Ziemia zawdzięcza swój korzystny klimat podobnemu procesowi, który miał miejsce około dwóch miliardów lat temu, kiedy to pierwsze mikroby zaczęły produkować tlen.

Promieniowanie słoneczne odegrało kluczową rolę w początkach życia na Ziemi, umożliwiając dotlenienie atmosfery i wzrost zawartości ozonu. Gdy warstwa ozonowa zgęstniała, planeta stawała się coraz bardziej przyjazna dla życia, co skutkowało produkcją większej ilości tlenu i jeszcze więcej ozonu. Zgodnie z hipotezą Gai, te korzystne pętle sprzężenia zwrotnego umożliwiły rozwój złożonego życia.

Badania z ostatnich lat wskazują, że jeśli życie będzie w stanie szybko dotlenić atmosferę, to ozon mógłby regulować atmosferę, sprzyjając warunkom niezbędnym do dalszego rozwoju. Bez takich mechanizmów, życie mogłoby szybko wymrzeć w niekorzystnych warunkach.

W rzeczywistości Ziemia nie znajduje się wystarczająco blisko czarnej dziury Sagittarius A*, by odczuwać jej wpływ, nawet w trybie AGN. Naukowcy chcieli jednak zbadać, co mogłoby się wydarzyć, gdyby Ziemia była znacznie bliżej hipotetycznej AGN, w strefie narażonej na promieniowanie miliardy razy większe niż obecnie.

Odtwarzając beztlenową atmosferę Ziemi w archaiku, odkryli, że promieniowanie skutecznie uniemożliwiłoby rozwój życia. Jednak wraz ze wzrostem poziomu tlenu, zbliżającym się do współczesnych wartości, warstwa ozonowa wzrastałaby, chroniąc planetę przed szkodliwym promieniowaniem.

Przy współczesnych poziomach tlenu, zmiany te mogłyby zachodzić w ciągu kilku dni, co, miejmy nadzieję, oznaczałoby, że życie mogłoby przetrwać – mówił Eager-Nash. Zaskoczyło nas, jak szybko zareagowałby poziom ozonu.

Kiedy badano potencjalne konsekwencje dla planet podobnych do Ziemi w starszych galaktykach, gdzie gwiazdy są bardziej skoncentrowane w pobliżu AGN, odkryli zupełnie inne wyniki. W galaktykach soczewkowatych, takich jak NGC 1277, skutki byłyby katastrofalne. Gwiazdy w bardziej masywnych galaktykach o eliptycznym kształcie, takich jak Messier 87 lub nasza Droga Mleczna, są bardziej rozproszone, a tym samym oddalone od niebezpiecznego promieniowania AGN.

Niespodziewana pętla sprzężenia zwrotnego, którą odkryli naukowcy w natlenionej atmosferze, wzmocniła ich zainteresowanie tematem. To pokazuje, jak różne dyscypliny mogą współpracować, aby uzyskać nowe spojrzenie na złożone problemy astrofizyczne. Sippy, która po studiach w Dartmouth podjęła pracę jako badacz podyplomowy, wnosi ze sobą unikalną perspektywę. W swoich badaniach skupia się na rentgenowskich układach podwójnych, gdzie gwiazda neutronowa odciąga materię z normalnej gwiazdy, co powoduje emisję promieniowania rentgenowskiego.

Zrozumienie mechanizmu reakcji chemicznych, które zachodzą w atmosferze planet podczas intensywnego promieniowania, może mieć ogromne znaczenie dla przyszłych poszukiwań życia poza Ziemią.

Jak widać, czarne dziury, które są często postrzegane jako niszczyciele dostępu do życia, mogą odgrywać zaskakująco pozytywną rolę w ewolucji i rozwoju życia jakiegokolwiek dostępnego wszechświata.