地球可能受超級黑洞影響,現有生命演化史需重新評估

除了太陽之外的影響

通常來說,太陽是唯一能對地球生命產生影響的光源。但SgrA*或許也在地球生命的演化中發揮瞭重要的作用。

地球可能受超級黑洞影響,現有生命演化史需重新評估
地球可能受超級黑洞影響,現有生命演化史需重新評估

 

黑洞紫外線

中心的黑洞射出的,或許影響了地球生命的演化。

1939年,阿爾伯特·愛因斯坦在《數學年鑒》(Annals of Mathematics)上發表瞭一篇論文,宣稱界中不存在黑洞。但僅僅25年後,馬爾滕·施密特(Maarten Schmidt)發現瞭類星體——一種在遙遠宇宙中極為明亮的光源。上世紀60年代中期,蘇聯的雅科夫·澤爾多維奇(Yakov Zel dovich)和美國的埃德溫·薩爾皮特(Edwin Salpeter)認為這種神秘的點狀光源是正在吸收宿主星系氣體的超大質量黑洞。當氣體流入黑洞時,它會產生類似水槽排水時的渦流。在環繞著黑洞的最內層穩定圓形軌道(ISCO)上,氣體會以接近光速的速度流動,氣體之間的湍流粘性會讓氣體在摩擦中升溫。

因此,黑洞的吸積盤會逐漸變得明亮,向外輻射接近其靜止質量1/10的物質,產生的亮度甚至可能超過其宿主星系中全部恒星的總和。幾十年後,天文學傢發現幾乎所有星系的中心都存在一個超大質量黑洞,它們通常保持著沉寂,隻會零星地爆發,每次持續數千萬年。

超級黑洞的存在被證實

2020年,安德烈亞·蓋茲(Andrea Ghez)和賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel)因為證實瞭銀河系中潛伏著一個處於沉寂狀態的超大質量黑洞,而獲得諾貝爾學獎。

SgrA*

這個黑洞名為半人馬座A*(縮寫為SgrA*),質量相當於400萬個太陽。它正處在休眠狀態,散發出微弱的無線電波,目前的亮度隻有它“進食”時期的十億分之一。

雖然SgrA*目前很黯淡,但我們仍能基於一些線索判斷出它一度極其耀眼。這並不令人驚訝,因為當氣體雲靠近銀河系中心或者恒星進入SgrA*的視界(大約等於日地距離)10倍距離以內時,就會因為強大的潮汐力“面條化”,形成一條氣體噴流,產生如同類星體的光芒。

SgrA*的軌道平面上存在著大量年輕恒星,這是證明SgrA*在最近的“進食”時期曾吸入大量氣體雲的確鑿證據。由於SgrA*附近的恒星年齡還不到銀河系年齡的百分之一,基於哥白尼原則(Copernican principle,觀測的時刻並不特殊),圍繞著SgrA*發生的大型氣體雲吸積過程必然已經發生過上百次。實際上,科學傢已經觀察到一對被稱為費米氣泡(Fermi bubbles)的大型熱氣團,正沿著銀河系中心的旋轉軸向外發散。這意味著SgrA*在最近一次氣體雲吸積過程中,可能促進瞭它們的擴張。理論計算顯示,黑洞吸積過程除瞭擾亂大量的氣體雲外,單個恒星也會因為引力逐漸靠近黑洞,以每一萬年為周期發生潮汐瓦解事件。當大量殘骸被SgrA*吸入時,就會出現明亮的耀斑。

SgrA*爆發形成的耀斑會影響地球上的生命嗎?原則上來說,會,因為耀斑會釋放具有破壞性的X射線和紫外線。我與我之前的博士後約翰·福佈斯(John Forbes)合作,在2018年證明瞭如果太陽系與銀河中心的距離縮小到現在的1/10,SgrA*爆發產生的紫外線就能蒸發掉或地球的大氣層。即使距離較遠,紫外線依然會抑制復雜生命體的生長,就像在你頻繁踩踏的草地上,小草難以生長。

地球目前是安全的

以太陽系目前的位置來說,來自SgrA*的紫外線對於地球生命是安全的。不過,近期有研究指出,太陽在誕生初期可能非常靠近銀河系中心,在“引力反推”的作用下,它才移動到瞭現在的位置。

按照這個理論,太陽曾近距離暴露在SgrA*的紫外線下,這可能已經對地球早期的復雜生命造成瞭傷害。這也能解釋為什麼在經過20億年後,地球大氣中的氧氣濃度才升到如今的水平——或許直到那時,地球離SgrA*才足夠遠。最近,我正與馬納斯維·林加姆(Manasvi Lingam)合作,探究地球生命與太陽到銀河系中心距離變化的潛在聯系。

通常來說,太陽是唯一能對地球生命產生影響的光源。但SgrA*黑洞或許也在地球生命的演化中發揮瞭重要的作用。如果SgrA*和地球生命之間的聯系得到確認,這個超大質量黑洞很可能為研究者帶來另一個諾貝爾獎。