Dieses Szenario ist aus zwei Hauptgründen ziemlich problematisch: Verdunstung und Spitzenwellenlänge.

Die Lebensdauer des Schwarzen Lochs ist zu kurz

Wir können die Eigenschaften der vom Schwarzen Loch ausgehenden Hawking-Strahlung grob abschätzen . Beginnen wir zunächst mit der Leuchtkraft. Seit$L\propto M^{-2}$, Wo$L$ist Leuchtkraft und$M$ist die Masse des Schwarzen Lochs, wie sich herausstellt

$$L=9.01\times10^{-29}\left(\frac{M}{M_{\odot}}\right)^{-2}\text{ Watts}=2.34\times10^{-55}\left(\frac{M}{M_{\odot}}\right)^{-2}L_{\odot}$$ Wo$M_{\odot}$Und$L_{\odot}$sind die Masse und Leuchtkraft der Sonne. Man braucht ein sehr massearmes Schwarzes Loch, um eine signifikante Lichtmenge zu erzeugen. Damit ein Schwarzes Loch Energie im Wert von einer Sonnenhelligkeit erzeugen kann, muss seine Masse etwa 960 kg betragen. Das große Problem? Ein solch winziges Schwarzes Loch würde in etwa 75 Nanosekunden verdampfen (und selbst während dieser Zeit wird die Menge an optischem Licht, die erzeugt wird, gering sein – siehe unten). Sie können seine Lebensdauer verlängern, indem Sie seine Masse erhöhen - die Zeitskala der Verdunstung ist es$\tau\propto M^3$- aber dies wird wiederum seine Leuchtkraft verringern, und damit der Fluss ausreicht, um einen Planeten bewohnbar zu machen, müssen Sie Ihren Planeten näher am Schwarzen Loch haben, was gefährlich sein könnte, wenn das Schwarze Loch aktiv Materie ansammelt.

Viel Gammastrahlen, kein sichtbares Licht

Das andere große Problem ist, dass die Spitzenwellenlänge der Strahlung nicht im sichtbaren Bereich liegt. Die Temperatur eines Schwarzen Lochs ist umgekehrt proportional zu seiner Masse und seiner Spitzenwellenlänge$\lambda_p$ist umgekehrt proportional zu seiner Temperatur. Dann haben wir die Relation

$$\lambda_p=5.87\times10^{12}\left(\frac{M}{M_{\odot}}\right)\text{ nm}$$ und für unser winziges, 960 kg schweres Schwarzes Loch würde der Peak weit, weit im Gammastrahlenbereich des Spektrums liegen – nicht gut für das Leben. Zum Vergleich: Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von etwa 300–700 nm, und man bräuchte ein Schwarzes Loch mit etwa 1 % der Masse des Mondes, um optische Hawking-Strahlung zu erzeugen.

Wie sieht es mit der Akkretion aus?

Andere haben über die Möglichkeit von Energie aus einfallender Materie in der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs gesprochen . Denken wir ein bisschen darüber nach. Es besteht eine Beziehung zwischen der maximal zulässigen Leuchtkraft – der Eddington-Grenze – und der Masse des Schwarzen Lochs:

$$L_{\text{Edd}}=1.26\times10^{31}\left(\frac{M}{M_{\odot}}\right)\text{ Watts}^{-1}=3.37\times10^4\left(\frac{M}{M_{\odot}}\right)L_{\odot}$$ Ist das signifikant? Nun ja, auf jeden Fall. Aber es gibt Probleme:

• A$1M_{\odot}$Schwarzes Loch, das mit einer Effizienz von akkretiert$\epsilon=0.1$(ziemlich typisch) würde a zunehmen$1M_{\odot}$Akkretionsscheibe in etwa 45 Millionen Jahren, nicht genug Zeit für die Entwicklung des Lebens.
• Diese Akkretionsscheibe wäre heiß und würde mehr hochenergetische Strahlung erzeugen.

Von Hawking-Strahlung? NEIN.

Die emittierte Hawking-Strahlung ist umgekehrt proportional zur Größe des Schwarzen Lochs. Um das Schwarze Loch mit genug Licht zum Leuchten zu bringen, um allein durch die Hawking-Strahlung so hell wie ein Stern zu sein, müsste es sehr klein sein.

Das Problem mit sehr kleinen Schwarzen Löchern ist, dass sie auch eine sehr kurze Lebensdauer haben, da die Hawking-Strahlung ihnen Energie und damit Masse raubt ($E=mc^2$schließlich). Diese kleinen Schwarzen Löcher haben schließlich eine außer Kontrolle geratene Hawking-Strahlung und explodieren. Dies ist das endgültige Schicksal aller Schwarzen Löcher in unserem Universum, aber auf sehr großen Zeitskalen.

Wie andere Antworten bereits erwähnt haben, hat ein Schwarzes Loch, das Photonen im optischen EM-Bereich emittieren kann, eine Masse von einem kleinen Bruchteil des Mondes (~ 1%) und lebt sehr lange (~$10^{40}$Jahre). Um jedoch so relativ hochenergetische Photonen über einen so langen Zeitraum zu emittieren, muss ein Schwarzes Loch dieser Größe SEHR, SEHR langsam brennen. Die SI-Einheit für die Energieabgabe ist das Watt und entspricht ungefähr dem Watt einer gewöhnlichen Haushaltsglühlampe.

1 % der Mondmasse beträgt etwa 7e20 kg, und dies hätte eine emittierte Leistung von ~7.3e-10 Watt. Ein solches Schwarzes Loch wäre immer noch viel zu schwach, um irgendwelche Planeten im Orbit zu erwärmen. Der vom Planeten Erde empfangene Lichtstrom beträgt als Referenz etwa 1000 Watt/m ² , und dies ist ein verschwindend kleiner Bruchteil der Gesamtleistung der Sonne von 3,8 bis 26 Watt. Dieses Maß wird als Bestrahlungsstärke bezeichnet und gibt im Wesentlichen an, wie viele Photonen zu einem bestimmten Zeitpunkt einen bestimmten Bereich passieren.

Wenn wir davon ausgehen, dass das Schwarze Loch Photonen bei 700 nm (eine rötliche Farbe, die gut für die Photosynthese ist) bei dieser Wattzahl emittiert, wird es 2,3 Milliarden Photonen pro Sekunde emittieren (gemäß der Planck-Einstein-Beziehung und der Definition von Watt als Joule- pro Sekunde). Das mag nach viel klingen, aber eine 100-Watt-Glühlampe emittiert$10^{32}$Photonen pro Sekunde, also wird Ihr Schwarzes Loch extrem schwach sein.

Die Bestrahlung unterliegt dem Abstandsgesetz, d. h. wenn Sie sich von der Quelle entfernen, sinkt die empfangene Energie um das Quadrat der Entfernung. Wenn Ihre Startleistung 1 ist und Sie die Entfernung verdoppeln, erhalten Sie jetzt 1/2 der Leistung, die dreifache Entfernung erhalten Sie 1/9 der Leistung usw. ... Da Ihr Schwarzes Loch bereits weniger als ein Nanowatt emittiert, von da an wird es nur noch schlimmer. Selbst wenn Ihr Schwarzes Loch auf der Oberfläche Ihres Planeten sitzt, kann es die Umgebung nicht erwärmen, geschweige denn den gesamten Planeten.

Es ist jedoch möglich, dass ein Planet in einem Schwarzen-Loch-System beleuchtet wird, aber nur, wenn es eine Gasquelle gibt. Gas, das in ein Schwarzes Loch fällt, kann eine Akkretionsscheibe bilden, in der die Geschwindigkeit des umkreisenden Gases durch Bremsstrahlung und Reibung Strahlung freisetzen kann. Deshalb konnten wir zum Beispiel das Bild von M87* machen. Was wir abbildeten, war weder das Schwarze Loch selbst noch seine Hawking-Strahlung, sondern das Licht seiner Akkretionsscheibe.

Leider muss die Akkretionsscheibe wieder aufgefüllt werden, daher benötigen Sie dafür eine Gasquelle. Darüber hinaus wird das Vorhandensein dieser Gasquelle wahrscheinlich die Umlaufbahnen um Ihr Schwarzes Loch instabil machen, was keine gute Nachricht für Ihren Planeten ist.

Aus wissenschaftlicher Sicht ist es jedoch nicht unmöglich , nur weniger wahrscheinlich und eher unwahrscheinlich, dass Ihr Planet lange genug in einer stabilen Position bleibt, damit sich das Leben zu etwas Interessantem entwickeln kann.

Denken Sie auch daran, dass sich die meisten Schwarzen Löcher als Ergebnis von Supernovae bilden, was bedeutet, dass alle Planeten um den explodierenden Stern sterilisiert und wahrscheinlich durch die Entstehung des Schwarzen Lochs überhaupt verdampft werden.

Die Antwort von HDE 226868 deckt die Hauptpunkte ab, aber es gibt noch eine weitere Möglichkeit, wie die Umgebung eines Schwarzen Lochs einen Planeten erwärmen könnte.

Wenn der Planet nahe genug am Schwarzen Loch ist, dass er eine erhebliche Zeitdilatation erfährt, könnte der Planet durch blauverschobene kosmische Hintergrundstrahlung erwärmt werden. Damit dies funktioniert, müsste das Schwarze Loch einen hohen Spin-Parameter haben, damit die innerste stabile Umlaufbahn nahe genug am Schwarzen Loch ist. Sie müssten auch ein supermassives Schwarzes Loch haben, um ausreichend schwache Gezeitenkräfte zu haben, damit der Planet nicht auseinandergerissen wird.

Siehe die Arbeit von Opatrný et al. (2016) „ Life under a black sun “ für weitere Details. Sie berechnen, dass die kosmische Hintergrundstrahlung Millers Planeten im Film Interstellar ohne Berücksichtigung der zusätzlichen Strahlung der Akkretionsscheibe auf rund 890°C aufheizen würde. Wie sie bemerken:

So könnten die auf dem Planeten beobachteten Flutwellen zB aus geschmolzenem Aluminium bestehen. Außerdem würden die Astronauten von extremer UV-Strahlung gegrillt.

Wenn Sie nicht fest davon überzeugt sind, dass es sich um Hawking-Strahlung handelt, sollten Sie sich vielleicht mit Quasaren befassen . Stellen Sie sich im Grunde ein Schwarzes Loch vor, das verschlingt, was um es herum ist, und das Ganze strahlt dabei enorme Mengen an Energie aus:

Der hellste Quasar am Himmel ist 3C 273 im Sternbild Jungfrau. Es hat eine durchschnittliche scheinbare Helligkeit von 12,8 (hell genug, um durch ein mittelgroßes Amateurteleskop gesehen zu werden), aber es hat eine absolute Helligkeit von –26,7. Aus einer Entfernung von etwa 33 Lichtjahren würde dieses Objekt etwa so hell wie unsere Sonne am Himmel leuchten. Die Leuchtkraft dieses Quasars ist daher etwa 4 Billionen (4 × 1012) mal so groß wie die der Sonne oder etwa 100 mal so groß wie das Gesamtlicht von Riesengalaxien wie der Milchstraße.

Um 33 Lichtjahre in einen Zusammenhang zu bringen, ist Alpha Centauri etwas mehr als 4 Lichtjahre von der Sonne entfernt.

Wie auch immer, mit ein bisschen Handbewegung scheint es, als könnte man sich einen erdgroßen Planeten vorstellen, der im Weltraum schwebt. Vielleicht stürzte eine Galaxie in eine andere Galaxie, was dazu führte, dass der Planet aus der Nähe seines ursprünglichen Sterns herausgeschleudert wurde. Ein Quasar entzündete sich, als die Kerne der beiden Galaxien aufeinanderprallten, und der sternlose Planet wird jetzt von sichtbarem Licht überschüttet.