Buchi neri

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adb82
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Buchi neri

Messaggio da adb82 » 7 apr 2021, 23:32

Salve a tutti,
premetto che non sono uno studioso di fisica purtroppo ma, in qualità di persona curiosa, mi sono sempre chiesto se, teoricamente, sarebbe possibile la vita su un pianeta in relativa prossimità di un buco nero ed, in caso, quali conseguenze ne scaturirebbero per le creature che lo popolano e per il pianeta stesso (ammesso che la relativa prossimità possa essere tale da causare conseguenze). Ammetto che la domanda è alquanto bizzarra (e magari anche "ingenua" per chi conosce l'argomento in maniera più approfondita) ma, come immagino capirete, è di una certa complessità reperire info simili, in rete come altrove.
Ringrazio in anticipo tutti coloro che proveranno a risolvere questo mio dubbio.

adb82
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Re: Buchi neri

Messaggio da adb82 » 10 apr 2021, 18:42

Cerco di spiegare meglio il mio dubbio:

considerando che al centro di ogni galassia c'è un buco nero supermassiccio, considerando che questo buco nero presumibilmente avrà un'ergosfera immensa, è teoricamente possibile che un pianeta orbitante intorno ad una stella, in una qualsiasi galassia, ospiti la vita anche all'interno dell'ergosfera di un buco nero e qundi prima ovviamente di superare l'orizzonte degli eventi? Cosa succederebbe alle creature che lo popolano? Se ho afferrato almeno il meccanismo, credo di aver capito che più grande è il buco nero, più tempo passerà per arrivare all'orizzonte degli eventi dopo aver superato l'ergosfera, ciò può dare ad un pianeta un certo numero di anni di vita (magari secoli) prima di arrivare all'orizzonte degli eventi? E' possibile sopravvivere in teoria oltre l'ergosfera? Si avvertirebbero effetti della prossimità del buco nero anche prima di entrare nell'ergosfera? Il buco nero sarebbe visibile dal pianeta in questione?

Chiedo scusa visto che magari l'argomento può risultare banale o anche privo di senso a chi ha una visione più tecnica della mia, o magari cmq relegato più al campo astrofisico che alla fisica in generale, però non riesco a trovare nessuna info a riguardo e vi garantisco che ho cercato fin dove ho potuto con le mie conoscenze.

adb82
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Re: Buchi neri

Messaggio da adb82 » 10 apr 2021, 22:28

Intanto aggiorno un pò il tread con le info che ho trovato:

Oltre l'ergosfera il pianeta verrebbe distrutto dal https://it.wikipedia.org/wiki/Processo_Penrose, quindi almeno questo dubbio me lo sono tolto.

Vorrei ancora capire però se la prossimità al buco nero supermassiccio, ipotizzando un'orbita stabile, ipotizzando un disco di accrescimento ad una tale distanza che dia abbastanza calore ed energia per la vita, pur senza sterilizzare qualsiasi cosa con le emissioni ionizzanti, porterebbe gli abitanti di quel pianeta ad avvertire effetti relativistici di qualche tipo. Inoltre mi chiedo, se il pianeta fosse stato simile alla Terra, si ritroverebbe al buio totale e con qualsiasi forma vegetale (e non solo) perduta a causa della mancanza della luce? Ed anche, ipotizzando un'orbita particolarmente favorevole, quanto tempo può sopravvivere (in linea di massima, mesi? Anni? Secoli? Millenni? etc etc) il pianeta in questione ospitando la vita?

adb82
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Re: Buchi neri

Messaggio da adb82 » 11 apr 2021, 16:26

Altro aggiornamento:

Il disco di accrescimento dovrebbe produrre anche la luce necessaria, quindi in teoria il pianeta non resterebbe al buio, resta da capire come il disco di accrescimento lo illuminerebbe, mi chiedo se le regioni inondate dalla luce possano essere considerate le stesse che irradierebbe il Sole sulla Terra o se ci si aspetterebbe molte più o molte meno zone irradiate e se la luminosità sarebbe più o meno intensa (ma questo dipende probabilmente da orbita, inclinazione etc etc, quindi immagino siano plausibili diversi scenari).

Mi resta ancora da capire a quali effetti relativistici potrebbero andare incontro gli ipotetici abitanti di questo pianeta, su due piedi direi, oltre alla dilatazione temporale che comunque non sarebbe percepita se non da un viaggiatore esterno al pianeta, la possibilità di vedersi "da dietro" (probabilmente in prossimità dei poli dell'orbita del pianeta, che di certo saranno il punto più vicino dell'intera orbita all'orizzonte degli eventi, visto che ai poli ergosfera ed orizzonte degli eventi dovrebbero quasi coincidere), il vedere l'intero universo nel cielo (o quasi) grazie alle lenti gravitazionali. Vi viene in mente altro? Anche se comunque, in prossimità dei poli andrebbero incontro ai getti relativistici che immagino spazzerebbero via qualsiasi forma di vita, inoltre dovrebbe avere un'orbita abbastanza larga da non entrare nel disco di accrescimento, senza però allontanarsene troppo e perdere eccessiva energia e calore. Per quanto è estremamente improbabile mantenere la vita sul pianeta in prossimità dei poli, ritenete che, se per una fortuita coincidenza ciò avvenisse, gli abitanti del pianeta sperimenterebbero effetti relativistici come quelli sopra descritti? Potrebbero sperimentarne altri?

Pigkappa
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Re: Buchi neri

Messaggio da Pigkappa » 11 apr 2021, 20:44

In che senso vedersi da dietro?
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Re: Buchi neri

Messaggio da Pigkappa » 11 apr 2021, 20:46

Se chiedi su physics.com secondo me puoi ricevere risposte interessanti, qua devi sperare che un fisico che sa la relatività (e se la ricorda meglio di me) legga il forum e non è così probabile...
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adb82
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Re: Buchi neri

Messaggio da adb82 » 12 apr 2021, 4:05

Ciao,
grazie della risposta.

Allora, vedersi "da dietro" intendo proprio vedere se stessi come se si stesse alle proprie spalle, però se ho ben capito è un effetto che si avrebbe solo in prossimità dell'orizzonte degli eventi, quindi dubito che il pianeta possa essere ancora integro a quel punto, o appunto dovrebbe verificarsi un caso estremamente improbabile come quello descritto sopra (e non ho ben capito se è completamente impossibile o le possibilità sono comunque così basse da renderle molto vicine allo 0%).

Ho trovato questo in rete che sembra riguardare proprio ciò che cerco: https://arxiv.org/pdf/1601.02897.pdf
fa riferimenti anche ad un film che vidi anni fa, ma che onestamente non pensavo fosse così accurato come descrizione.
Purtroppo dei calcoli non ci capisco praticamente nulla, ma dovrei essere riuscito a capire che la cosa sarebbe possibile solo attorno ad un buco nero rotante di Kerr (che sono i supermassici al centro delle galassie se non erro), anche se poi non spiega quali effetti relativistici sperimenterebbero gli abitati di un tale pianeta, a parte la dilatazione temporale che cmq non avvertirebbero senza spostarsi dal pianeta credo.

Proverò comunque a seguire il tuo consiglio e chiederò su phisics.com. Grazie ancora.

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Re: Buchi neri

Messaggio da adb82 » 12 apr 2021, 16:07

Pigkappa ha scritto: 11 apr 2021, 20:46 Se chiedi su physics.com secondo me puoi ricevere risposte interessanti, qua devi sperare che un fisico che sa la relatività (e se la ricorda meglio di me) legga il forum e non è così probabile...
Scusami ma physics.com non mi apre nulla se non una pagina con quasi nulla. E' corretto il link?

Pigkappa
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Re: Buchi neri

Messaggio da Pigkappa » 12 apr 2021, 17:51

Scusa, volevo dire physicsforums.com
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Re: Buchi neri

Messaggio da adb82 » 16 apr 2021, 18:51

Ho chiesto un pò in giro ed ho letto un pò di info, provo a tenere anche questo post aggiornato per eventuali curiosi:

In primis mi sono imbattuto in questo: https://arxiv.org/pdf/1601.02897.pdf

sembrava promettente, mi sembra escluda del tutto che sia possibile la vita con un buco nero di poche masse solari, ma non esclude che sia possibile attorno ad un buco nero rotante di milioni di masse solari.Io sono solo riuscito a capire che tramite lo slittamento verso il blu dovuto alla radiazione di fondo (CMB) nelle vicinanze di un buco nero simile, si avrebbe abbastanza calore da permettere teoricamente la vita. La cosa sarebbe possibile tramite una qualche interazione fra la CMB e la radiazione riemessa verso il BN che rilascerebbe particelle con un gradi di entropia maggiore rispetto a quelle in arrivo (credo sia necessario per l'evoluzione giusto?). Una descrizione più tecnica del fenomeno credo direbbe così: "sfruttare gli effetti di dilatazione temporale presso un BN per ricavare energia dalla radiazione di fondo sfruttando il delta di entropia tra la radiazione di fondo e la radiazione riemessa verso il BN."

Così ho cercato ancora, finendo per trovare questo: https://arxiv.org/pdf/1910.00940.pdf

Qui sembrano calcolare la zona abitabile intorno ad un buco nero supermassiccio, basandosi sul fatto che micronde di background dell'universo switcheranno verso il blu nei pressi del buco nero, generando il calore necessario. Il problema però sembra che per generare il calore necessario alla zona abitabile (che sarebbe all'interno dell'ergosfera peraltro se ho ben capito) lo spettro scivoli nell'UV e quindi forme di vita complesse sarebbe impossibile trovarle (credo anche i microbi vengano uccidi dagli UV.

Avevo quasi rinunciato, quando infine ho trovato questo: https://arxiv.org/pdf/1705.07688.pdf
Sembra che attorno alle pulsar sia possibile avere superterre con abbastanza calore, e radiazioni che non comprometterebbero la vita, questo perchè queste superterre potrebbero avere atmosfere estremamente dense e quindi schermare eventuali abitanti dai raggi x delle pulsar, producendo anche il calore necessario con questi. Ciò che mi chiedevo a questo punto è se non è pensabile che il disco di accrescimento di un buco nero supermassiccio svolga lo stesso lavoro e che essendoci un'atmosfera come quella descritta per alcune delle superterre questa possa schermare dai raggi x del disco di accrescimento e produrre abbastanza calore (Perchè in questo modo non ci sarebbe più bisogno della zona abitabile presente solo nello spettro UV, ma potrebbe tranquillamente orbitare in zone dove lo switch è meno intenso, anche se più fredde il calore sarebbe comunque dato dal disco di accrescimento con i raggi x che l'atmosfera superdensa del pianeta dovrebbe tramutare in calore), purtroppo non ho ancora trovato una risposta.

Un altro possibile scenario che mi è venuto in mente è invece in un sistema di 2 soli gemelli con un buco nero < 10M.
Qui mi pare di capire che i problemi deriverebbero da diversi fattori:

1) Il pianeta dovrebbe essere ad una certa distanza dal buco nero (ben > roche limit probabilmente)
2) Le radiazioni dal disco di accrescimento (questo forse è un falso problema: visto che abbiamo due soli, non ci serve l'energia del disco di accrescimento, possiamo ipotizzare non ci sia. In caso ci fosse comunque, un pianeta come quello che andrò a descrivere potrebbe essere bloccato dalle forze di marea e quindi potrebbe avere almeno un emisfero abitabile)
3) La distanza fra il pianeta e le stelle non può variare troppo
4) Avere abbastanza luce
5) Un orbita stabile

Per quanto riguarda la 1, pensavo appunto ad un buco nero < 10M perchè leggevo che considerando un corpo centrale di 10 M ed un satellite della densità di 5000 kg/m^3 (come la Terra), il limite di Roche dovrebbe essere lo 0,8% di 1 AU, che sembra sufficientemente piccolo, però mi chiedo se non possano esserci problemi con l'atmosfera vista la densità della Terra (sarebbe meglio se il pianeta fosse più grande immagino o che comunque avesse un'atmosfera più densa).

Per quanto riguarda 2, come dicevo credo sia il problema minore, ma in ogni caso non sono riuscito a calcolare in che tempi questo pianeta sarebbe eventualmente bloccato dalle forze di marea.

3, 4 e 5 mi fanno pensare che il pianeta debba essere più vicino al buco nero che alle 2 stelle, nel senso che, per avere un'orbita abbastanza stabile, mi figuravo il pianeta orbitante al centro della massa del sistema (che se ho fatto bene i calcoli sarebbe a 0.32 AU dal BN e 1.28 AU dai soli, se questi distassero 1.6 AU dal BN ed il BN fosse di 8 M, o 0.27 AU dal BN con un BN di 10 M e stessa distanza fra soli e BN, ho però considerato la distanza fra i due soli trascurabile. considerandoli come 2 M nello stesso punto, ma non credo sia corretto, per quanto possano essere vicini non credo sia nemmeno un'approssimazione decente, però mi pare di capire che sarebbe in ogni molto distante dal limite di Roche, il che è un bene), in questo modo pensavo che il pianeta avrebbe (in linea di massima) sempre le stesse forze che agiscono nello stesso momento e potrebbe avere un'orbita sufficientemente stabile, il che ovviamente non credo sia così sicuro, ma non saprei come calcolare un'orbita "safe". Inoltre, se il pianeta fosse bloccato, immagino ci sarebbero eventi "stagionali" sull'unico emisfero utile alla vita in quanto ci sarebbe un'effettivo avvicinamento ed allontamento periodico dai due soli.

In ogni caso, mi sembra di capire che si dovrebbero comunque escludere effetti relativistici in ognuno di questi scenari.

Sperando di non aver scritto troppe sciocchezze, saluto tutti e ringrazio come al solito chiunque vorrà intervenire.

PS Ho anche provato a vedere se capivo come calcolare il tempo necessario ad un corpo per essere bloccato dalle forze di marea, ma poi mi sono imbattuto in questo ed ho deciso che forse era il caso di fermarmi :D : https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_locking#Timescale

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