I buchi neri potrebbero supportare la vita?

Una nuova ricerca suggerisce che le “zone Riccioli d’oro”, cioè quelle aree di spazio dove eventuali pianeti potrebbero avere le condizioni perfette per la vita, potrebbero esistere anche vicino a buchi neri supermassicci.

Nel film Interstellar, una squadra di coraggiosi astronauti guidati da Joseph Cooper si avventura in un wormhole vicino Saturno, emergendo anni luce di distanza sul pianeta Miller, un mondo oceanico in orbita attorno a un buco nero supermassiccio noto come Gargantua. Così va la trama dell’epica Hollywoodiana del 2014 e, secondo questa nuova ricerca, l’idea potrebbe non essere così inverosimile come appare a prima vista.

La capacità di individuare altri pianeti nello spazio ha fatto progressi sbalorditivi nell’ultimo quarto di secolo. Ora conosciamo più di 6.000 esopianeti confermati, mondi oltre il nostro Sistema Solare in orbita attorno a stelle lontane.

Per coloro che cercano vita extraterrestre, la saggezza convenzionale dice che dovremmo cercare la Terra 2.0: un pianeta come il nostro, che orbita a una distanza sicura e calda da una stella simile al Sole. Solo lì potremmo trovare l’unica cosa di cui la vita ha bisogno: l’acqua.

Al contrario delle stelle come il nostro Sole, i buchi neri sono visti come oggetti enormi e spaventosi, forieri di morte e distruzione. Si formano quando enormi stelle muoiono e la loro attrazione gravitazionale è così estrema che agiscono come gigantesche trappole cosmiche. In effetti, non sembra lo scenario ideale per lo sviluppo della vita.

Keiichi Wada, dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, invece pensa di sì. Lavora sulla fisica dei buchi neri, ma ha collaborato con i colleghi che fanno ricerche sulla formazione dei pianeti per vedere se l’idea è plausibile.

“I due campi, formazione del pianeta e buchi neri, sono così diversi che di solito non c’è interazione tra di loro”, sostiene Wada. Hanno deciso di cambiare la situazione combinando le loro conoscenze per modellare la formazione di pianeti attorno a buchi neri supermassicci, proprio come Gargantua in Interstellar.

I pianeti si formano intorno alle stelle quando la gravità inizia a raccogliere i granelli di polvere insieme in minuscole palline, che poi si scontrano gradualmente tra loro per formare oggetti sempre più grandi. Wada e il suo team volevano vedere se questo potrebbe accadere intorno a un buco nero.

Il loro modello, pubblicato nel Novembre 2019, mostra che a distanze abbastanza lontane dai buchi neri, almeno 10 anni luce di distanza, l’ambiente gravitazionale dovrebbe essere abbastanza stabile da consentire ai pianeti di formarsi proprio come fanno intorno a stelle come il nostro Sole.

Questo è il primo studio che afferma la possibilità di formazione diretta di oggetti simili a pianeti attorno a buchi neri supermassicci. “Ci aspettiamo più di 10.000 pianeti attorno a un buco nero supermassiccio perché la quantità totale di polvere lì è enorme”, afferma Wada.

Quindi i pianeti potrebbero potenzialmente formarsi attorno ai buchi neri, ma l’ambiente potrebbe non essere favorevole alla vita. Sulla Terra, gli esseri viventi dipendono enormemente dalla luce e dal calore del Sole per sopravvivere. Senza il bagliore di una stella, la vita per nascere intorno a un buco nero avrebbe probabilmente bisogno di una fonte di energia alternativa.

Fortunatamente, potrebbe non essere troppo difficile da trovare. Secondo un documento pubblicato dal dottor Jeremy Schnittman della NASA nell’ottobre 2019, una caratteristica di molti buchi neri, ovvero il disco di accrescimento, potrebbe sostituire il Sole.

Il disco di accrescimento è effettivamente una banda piatta di materiale in orbita attorno al buco nero in attesa di essere divorato. Mentre il materiale scende a spirale nell’oblio, finisce per viaggiare incredibilmente veloce, ed emette enormi quantità di energia prima di scomparire oltre il punto di non ritorno.

“Tutti i buchi neri che conosciamo hanno dischi di accrescimento incredibilmente luminosi“, dice Schnittman. Secondo i suoi calcoli, mettendo un pianeta alla giusta distanza da un buco nero, il disco di accrescimento apparirebbe delle stesse dimensioni e luminosità del Sole nel nostro cielo. 

Il cielo diurno su un simile pianeta potrebbe apparirci familiare, ma il cielo notturno sarebbe tutt’altro. I centri delle galassie in cui di solito risiedono i buchi neri supermassicci sono così pieni di stelle che, secondo Schnittman, il cielo notturno sarebbe 100.000 volte più luminoso del nostro.

Maggiori informazioni sulla vita extraterrestre

Tuttavia, quelle stelle non sono ben distribuite nei cieli. La gravità del buco nero accelererebbe il pianeta a velocità così elevate che la luce delle stelle sembrerebbe provenire da un unico punto più piccolo del Sole. 

Tuttavia, un pianeta riscaldato da un disco di accrescimento, assorbirebbe molte più radiazioni ultraviolette e raggi X rispetto al Sole, dice Schnittman. Questo tipo di radiazione potrebbe potenzialmente sterilizzare un pianeta altrimenti abitabile. Avrebbe bisogno di un’atmosfera densa e torbida una cosa non impossibile, dato quello che sappiamo già sugli esopianeti che abbiamo trovato in orbita attorno ad altre stelle. Le atmosfere dense e nebulose sembrano essere abbastanza comuni. 

Luce da un buco nero

Dati questi pericoli e restrizioni, potrebbe esserci un modo più sicuro per riscaldare i mondi attorno ai buchi neri: l’energia residua del Big Bang. Gli astronomi lo chiamano “fondo cosmico a microonde” (CMB), ed è stato rilasciato nell’Universo 380.000 anni dopo la creazione del cosmo.

Secondo il dottor Pavel Bakala, dell’Università della Slesia nella Repubblica Ceca, potrebbe prendere il posto di una stella, grazie a un effetto chiamato lente gravitazionale. A causa della loro enorme massa, i buchi neri deformano lo spazio intorno a loro a tal punto da agire come una lente.

Proprio come una lente d’ingrandimento può incendiare un bastone concentrando la luce del Sole, quindi, l’estrema gravità dei buchi neri potrebbe focalizzare l’energia della CMB su un pianeta in orbita.

Eppure Bakala sostiene che solo questo non sarebbe abbastanza, indicando il fatto che sulla Terra passiamo attraverso l’alternanza di giorno e notte, grazie alla rotazione della Terra. “Questo aiuta a far circolare l’energia in tutto il pianeta“, afferma.

La tregua della notte è importante per un mondo abitabile quanto il bagliore del giorno. Bakala ha una soluzione anche per questo problema: l’ombra del buco nero. Quando la luce attraversa lo spazio estremamente deformato attorno a un buco nero, crea un anello, con un’area scura, l’ombra al suo interno.

Un pianeta che nel suo moto attraversasse quest’ombra verrebbe immerso nella notte. Questo potrebbe creare un’esperienza davvero simile alla nostra esperienza sulla Terra.

Tuttavia, non tutti i buchi neri sono adatti. “Avremmo bisogno di un buco nero a rotazione molto veloce“, dice Bakala. “Dovrebbe girare quasi alla velocità della luce“, Questo perché più lentamente gira un buco nero, più lontano da lui devi stare per raggiungere un’orbita stabile.

Avventurarsi troppo lontano non permetterebbe di ottenere il ciclo giorno/notte fornito dallo sfondo cosmico delle microonde e dall’ombra del buco nero. L’età di un buco nero non è l’unica questione legata al tempo da considerare quando si valuta se è probabile che la vita si trovi in ​​orbita attorno ad uno di essi. I buchi neri incasinano il tempo stesso. Nella sua Teoria generale della relatività, Albert Einstein ci ha detto che lo spazio e il tempo sono intrecciati in un tessuto chiamato spazio-tempo, il famoso continuum spazio-temporale.

Quindi un buco nero non solo deforma lo spazio circostante, ma anche il tempo. “Il tempo scorre più lentamente lì di un fattore 1.000”, afferma Bakala. Ciò significa che per ogni 1.000 giorni che passano sulla Terra, poco più di tre anni, trascorre solo un giorno sul pianeta del buco nero. Questo effetto, noto come “dilatazione del tempo”, costituisce un punto importante della trama in Interstellar, con un’ora che passa sul pianeta di Miller ogni sette anni sulla Terra.

La vita sulla Terra è iniziata relativamente presto, entro il primo mezzo miliardo di anni circa. Perché il pianeta vicino al buco nero possa raggiungere mezzo miliardo di anni, l’Universo dovrebbe avere 500 miliardi di anni.

Quindi, la vita su un pianeta di Miller del mondo reale, dovrebbe germogliare molto più velocemente di quanto non sia successo qui per essere trovata.

Rotazione dei buchi neri

Secondo il dottor Lorenzo Iorio, del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca in Italia, quella vita avrebbe dovuto fare i conti con l’ennesima dura conseguenza della Relatività Generale così vicina a un mostro gravitazionale. Un buco nero può devastare l’obliquità di un pianeta quanto il suo asse di rotazione è ribaltato dalla verticale. L’obliquità della Terra è attualmente poco più di 23° ed è questa inclinazione che ci dà le stagioni.

Questa inclinazione varia tra 22,1° e 24,5° su un ciclo della durata di 41.000 anni. È un cambiamento relativamente piccolo per un lungo periodo di tempo e quindi otteniamo stagioni stabili con variazioni di temperatura minime tra di loro. Al contrario, l’obliquità di un pianeta vicino ad un buco nero sarebbe molto meno stabile mentre si muove attraverso lo spazio deformato attorno al suo ospite. “Può variare di diverse decine di gradi in soli 400 anni“, afferma Iorio.

I suoi calcoli, pubblicati nel febbraio 2020, rappresentano la prima volta che gli effetti della Relatività Generale sono stati presi in considerazione in questo modo. “È dannoso per la possibilità che si formino e si sviluppino forme di vita e civiltà stabili“, afferma.

Tutto questo, però, resterà solo un mero esercizio intellettuale finché non troveremo effettivamente pianeti in orbita attorno ai buchi neri. Per fortuna, un’imminente missione spaziale potrebbe essere all’altezza del compito.

Nel 2034 l’Agenzia spaziale europea (ESA) ha in programma di lanciare la missione Laser Interferometer Space Antenna (LISA). È un rilevatore incredibilmente sensibile per captare le onde gravitazionali: le increspature create quando gli oggetti si muovono e distorcono lo spazio-tempo.

“LISA sarà abbastanza sensibile da vedere un pianeta delle dimensioni della Terra orbitare intorno al buco nero supermassiccio della Via Lattea”, afferma Schnittman.

E potremo fare osservazioni anche su altre 50 galassie locali nella mischia, tra cui Andromeda e Triangulum. Forse allora finalmente sapremo se questi mondi fantascientifici senza sole e senza stelle sono davvero là fuori.