Сверхмассивные черные дыры и их влияние на жизнь

В центре большинства крупных галактик, включая Млечный Путь, находятся сверхмассивные черные дыры. Когда межзвездный газ попадает на их орбиту, черные дыры переходят в режим активного галактического ядра (AGN), выбрасывая высокоэнергетическое излучение.

Такая среда кажется непригодной для жизни, но исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, показывает, что излучение AGN может оказывать парадоксальное благотворное влияние на жизнь. Ученые из Дартмута и Эксетерского университета с помощью компьютерного моделирования изучили, как ультрафиолетовое излучение AGN может преобразовать атмосферу планеты, способствуя или препятствуя развитию жизни.

Исследование показало, что влияние излучения зависит от расстояния планеты до источника радиации и наличия жизни. Если жизнь уже существует и насыщает атмосферу кислородом, излучение становится менее разрушительным и даже полезным, так как способствует образованию озонового слоя, защищающего планету от вредного ультрафиолета. Кендалл Сиппи, ведущий автор исследования, отметил, что насыщенная кислородом атмосфера делает планету более устойчивой к радиации и защищает от вымирания.

Ученые смоделировали воздействие излучения AGN на Землю и другие планеты земного типа с разным составом атмосферы. Они обнаружили, что при наличии кислорода излучение запускает химические реакции, способствующие росту озонового слоя. Этот процесс аналогичен тому, что произошло на Земле около двух миллиардов лет назад, когда первые микробы начали производить кислород, что привело к формированию защитного озонового слоя и развитию сложной жизни.

Исследователи также изучили гипотетический сценарий, при котором Земля находилась бы ближе к AGN и подвергалась бы гораздо более интенсивному излучению. В бескислородной атмосфере радиация практически исключала возможность развития жизни, но при повышении уровня кислорода озоновый слой быстро рос, защищая планету. Однако в галактиках с более плотным расположением звезд, таких как NGC 1277, излучение AGN могло бы быть смертельным для жизни.

Исследование стало возможным благодаря сотрудничеству ученых из Дартмута и Эксетерского университета. Кендалл Сиппи, заинтересованный черными дырами, присоединился к лаборатории профессора Райана Хикокса, где начал изучать излучение AGN. Случайная встреча Хикокса с астрофизиком Натаном Мейном на борту корабля Queen Mary 2 привела к совместной работе над проектом. Используя программное обеспечение PALEO и язык программирования Julia, ученые смоделировали химические реакции в атмосфере планеты, подверженной излучению AGN.

Результаты исследования показали, что насыщенная кислородом атмосфера может быстро реагировать на излучение, формируя защитный озоновый слой. Это открытие подчеркивает важность обратной связи между жизнью и атмосферой для устойчивости планет к внешним воздействиям. Исследование также демонстрирует, как междисциплинарное сотрудничество может привести к новым научным открытиям.