¿Podría un planeta habitable orbitar un agujero negro supermasivo?

Imagen promocional de la película Interestalar PARAMOUNT PICTURES Y WARNER BROS. FOTOS

Interestelar tiene un lugar especial para los fanáticos de la ciencia ficción. El productor ejecutivo y asesor científico de la película fue Kip Thorne, un físico ganador del Premio Nobel que prometió que nada en la película violaría las leyes de la física y que cualquier especulación salvaje provendría de la ciencia.

La premisa de la película es que la Tierra se está volviendo inhabitable y los humanos deben encontrar otro lugar para vivir. Por suerte, los astrónomos han descubierto un agujero de gusano cerca de Saturno que actúa como un túnel a través del espacio-tiempo hasta un agujero negro supermasivo distante llamado Gargantuan.

Varios planetas orbitan Gargantuan. Entonces, la NASA envía una serie de misiones para inspeccionar los planetas con la esperanza de encontrar uno que sea habitable.

Mucho se ha escrito sobre la precisión científica de la película, su descripción de los agujeros negros, etc., la mayoría llena de elogios. El físico Michio Kaku dijo que era el estándar de oro con el que se juzgarían las futuras películas de ciencia ficción.

Pero aún queda una pregunta por resolver: ¿es posible que un planeta habitable orbite un agujero negro supermasivo? Y hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Jeremy Schnittman en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Schnittmann analizó la pregunta con despreocupación y calculó si podrían existir condiciones propicias para la vida en un planeta que orbita cerca de un agujero negro supermasivo. Y sus conclusiones son sorprendentes.

Primero algunos antecedentes. Los astrobiólogos han discutido durante mucho tiempo sobre las condiciones necesarias para la vida de la variedad similar a la Tierra. Existe un amplio acuerdo en que la presencia de agua líquida es uno de los requisitos fundamentales, y esto establece límites específicos en la temperatura de los planetas habitables.

El enfoque de Schnittman es preguntar qué tipo de fuentes de energía podrían generar este tipo de temperaturas en un planeta que orbita alrededor de un agujero negro. Tal fuente de energía tendría que ser completamente diferente a la de la Tierra.

La temperatura atmosférica aquí es el resultado del equilibrio entre la energía entrante del sol, que calienta la atmósfera, y la energía saliente que quita energía. Esta resulta ser una relación compleja que ha generado toda una disciplina propia en forma de ciencia del clima.

Sin embargo, sin un sol, la luz entrante se desvanecería, eliminando casi toda la energía para la vida en la Tierra. Sin su constante flujo de calor, los océanos probablemente se congelarían en cuestión de días, dice Schnittman.

Pero resulta que hay una serie de otras fuentes de energía para un planeta que orbita un agujero negro supermasivo. La más obvia es que los agujeros negros supermasivos no son negros en absoluto. La mayor parte de lo que sabemos sobre los agujeros negros proviene de la observación de la radiación electromagnética proveniente del gas a medida que se acumula en el agujero negro, dice Schnittman. Naturalmente, uno podría imaginar que reemplazar el sol con un agujero negro creciente podría no ser el final de la vida en la Tierra después de todo.

Pero los agujeros negros supermasivos no son solo brillantes; son las fuentes persistentes de radiación más brillantes del universo, particularmente en la región ultravioleta donde la radiación alcanza su punto máximo. Están rodeados por un disco de acreción de gas caliente que cae en el agujero negro.

Las condiciones en tal disco son demasiado extremas para soportar agua líquida, pero Schnittman dice que se pueden sentir más cómodos imaginando que la tasa de acreción del agujero negro es una pequeña fracción del valor observado.

El resultado es que cualquier planeta que orbite cerca de un agujero negro supermasivo lo haría en una nube de gas caliente. En la película, los planetas de interés orbitan justo más allá del horizonte de sucesos del agujero negro, donde Schnittman calcula que estarían rodeados por un campo de radiación de cuerpo negro de 6000 grados. Difícilmente hospitalario para la vida, comenta.

Más lejos, el gas estaría más frío. Para que esté a temperatura ambiente, el planeta tendría que orbitar a una distancia 100 veces mayor que el radio gravitatorio del agujero negro.

Entonces, a primera vista, el agua líquida sería posible en un planeta así. Si la vida podría evolucionar es más difícil de evaluar. Todas las formas de vida conocidas requieren una energía degradado para sobrevivir, por lo que un fondo de radiación de cuerpo negro omnipresente probablemente no sería muy propicio para la vida compleja, dice Schnittman.

Hay un pequeño problema con la película en el sentido de que el planeta orbita claramente más allá del disco de acreción, que, según Schnittman, sería dinámicamente inestable.

Un problema mayor es que si la tasa de acreción fuera menor, la densidad del disco también sería menor, lo que dificultaría la radiación. Y sin esta radiación, el disco de acreción se calentaría más allá de la temperatura del agua líquida. Así que hay una paradoja en el corazón de este argumento que finalmente lo invalida.

No todo está perdido, sin embargo. Existe otra fuente de energía en forma de fondo cósmico de microondas, el eco del Big Bang. Los astrónomos han medido esta radiación y tiene una temperatura de solo 2,7 K, apenas suficiente para mantener el agua líquida.

Pero aquí es donde entra en juego la magia de la relatividad. Como se hace evidente en la película, el tiempo se ralentiza para los observadores en la superficie del planeta, y esto tiene el efecto de cambiar la luz al azul, haciéndola más caliente. Y cuanto más cerca esté el planeta del agujero negro, mayor será este efecto.

Schnittman calcula que un planeta que orbita un poco más allá del radio gravitatorio experimentaría suficiente calentamiento del fondo cósmico de microondas para hacer el truco. Esto sería como orbitar una enana blanca a una distancia de 0,2 AU, dice. Eso proporcionaría suficiente energía para el agua líquida, pero también bañaría el planeta en peligrosos niveles de ultravioleta.

Luego está la luz de otras estrellas. En la Tierra, el cielo nocturno es oscuro porque estamos sentados en un brazo relativamente escaso de la galaxia. Pero los agujeros negros supermasivos generalmente se encuentran en el centro de las galaxias, donde la densidad de estrellas es significativamente mayor. Entonces, para un planeta que orbita alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, el cielo nocturno sería 100 000 veces más brillante que en la Tierra.

Eso proporcionaría un fondo significativo de luz ultravioleta y rayos X. Schnittman imagina una civilización lo suficientemente avanzada como para construir una especie de esfera Dyson inversa que refleje esta energía. Esto permitiría la habitabilidad mucho más cerca del agujero negro supermasivo anfitrión, incluso frente a la abrumadora radiación ultravioleta o de rayos X de fondo, dice, con suerte.

Sin embargo, incluso con un escudo tan protector, todavía existe el espectro del asesino silencioso de la naturaleza: los neutrinos, dice con una creciente sensación de miseria. Los neutrinos no interactúan fuertemente con la materia. Pero cuando hay un gran número de ellos, pueden tener un impacto significativo.

Algunos científicos creen que los eventos de extinción masiva en la Tierra fueron causados ​​por enormes explosiones de neutrinos de supernovas cercanas. Y un agujero negro supermasivo crearía más que suficiente para apagar el espíritu de fiesta en cualquier planeta.

Sin embargo, los neutrinos podrían conducir al calentamiento geotérmico. Y a diferencia del dañino flujo de rayos UV o rayos X de esta radiación electromagnética desplazada hacia el azul, el calentamiento del núcleo del planeta por neutrinos podría conducir a una próspera población de formas de vida similares a las que se encuentran cerca de los respiraderos oceánicos profundos en la Tierra, dice Schnittman, con más de un indicio de ilusiones.

Este sentido se pierde rápidamente a medida que pasa a otras razones para ser pesimista. Cerca de un agujero negro, las ondas gravitacionales proporcionarían un zumbido constante de vibraciones destructivas. Y la materia oscura, si existiera, proporciona un rico tapiz de fatalidad.

Schnittman tiene cuidado de no descartar por completo la posibilidad de que un planeta habitable pueda orbitar un agujero negro supermasivo, al menos no explícitamente.

Pero el mensaje implícito es claro: allí hay poca hospitalidad. Si hay algún lugar en el universo donde los humanos deberían buscar planetas habitables, probablemente sea lo más lejos posible de los agujeros traseros supermasivos.

Aficionados de Interestelar, ¡tenga en cuenta!

Ref: arxiv.org/abs/1910.00940 : La vida en el planeta de Miller: la zona habitable alrededor de los agujeros negros supermasivos

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