Număr uriaș de planete potențial locuibile ar putea exista teoretic pe orbite stabile în jurul unei găuri negre super-masive, precum Gargantua fictivă din filmul 2014 „Interstellar”.
(Imagine: © Paramount Pictures)
O gaură neagră ar putea avea un milion de planete orbitând lângă ea, care sunt potențial capabile să susțină viața așa cum o știm, sugerează un astrofizician.
Deoarece există viață aproape oriunde există apă lichidă, astronomii consideră adesea o lume ca fiind potențial locuibilă dacă orbitează într-o zonă în care apa lichidă ar putea supraviețui pe suprafața sa. „Zona locuibilă” a soarelui nostru găzduiește doar o planetă (Pământ), dar povestea ar putea fi diferită pentru alte stele. De exemplu, sistemul TRAPPIST-1 are trei planete de mărimea Pământului în zona sa locuibilă.
Sean Raymond, astrofizician la Observatorul de la Bordeaux din Franța, cercetează modul în care se formează și evoluează sistemele planetare. Ca parte a unei coloane Raymond scrie numit „Construirea sistemului solar final”, el și-a propus să vadă câte planete ar putea orbita o gaură neagră. [Cele mai ciudate găuri negre în spațiu]
"Cred că putem învăța de la extreme ... sunt practic limitele căsuței în care căutăm", a declarat Raymond pentru Space.com. "Acest sistem este unul extrem - cel mai ambalat imaginabil. Este un amestec distractiv de imaginație și știință."
În prezent, există două tipuri de găuri negre pe care oamenii de știință le cunosc cel mai bine, a spus Raymond. Găurile negre cu masa stelară sunt egale în masă cu câțiva soare și se formează atunci când stelele gigant mor și se prăbușesc pe ele însele. Găurile negre supermasive sunt de milioane până la miliarde de ori mai mult de masa soarelui și se crede că există în inimile celor mai multe galaxii mari, dacă nu chiar toate. (O a treia clasă, găuri negre cu masă intermediară, este slab înțeleasă.)
Găurile negre sunt extrem de compacte. O gaură neagră cu masa soarelui ar avea o lățime de doar 6 km. În comparație, Săgetătorul A *, gaura neagră supermasivă gândită să pândească în inima Căii Lactee, are o masă de aproximativ 4 milioane de sori și un diametru de aproximativ 14,7 milioane de mile (23,6 milioane km), sau puțin peste 40 la sută dimensiunea orbitei lui Mercur în jurul soarelui.
Dar dacă soarele ar avea un tovarăș cu gaura neagră?
O întrebare comună la orele de fizică este să vă imaginați ce s-ar schimba dacă soarele ar fi înlocuit cu o gaură neagră din aceeași masă, a spus Raymond. Răspunsul este că nimic nu s-ar schimba în ceea ce privește orbitele planetelor - dacă gaura neagră ar avea aceeași masă ca soarele, orbitele ar rămâne aceleași. (Viața pe Pământ ar suferi în mod evident din lipsa luminii și a căldurii într-un astfel de scenariu, a adăugat Raymond.)
Dacă soarele ar avea un tovarăș cu o gaură neagră de masă egală care orbitează lângă el - la, să zicem, o zecime dintr-o unitate astronomică (AU) - orbitele planetelor sistemului solar nu s-ar schimba prea mult, a observat Raymond. (O UA este distanța Pământ-Soare - aproximativ 93 milioane mile, sau 150 milioane km.)
Cu toate acestea, presupunând că aceste planete păstrează aceeași distanță față de soare ca în prezent, tracția gravitațională a soarelui și partenerul său cu gaura neagră ar duce aceste lumi să își completeze orbitele puțin mai repede, anul Pământului scăzând de la 365 de zile la 258. zile, a spus el.
În scenariul de mai sus, soarele și gaura neagră ar completa o orbită una cu alta la fiecare 2,9 zile. Aceasta înseamnă că cantitatea de energie pe care Pământul ar primi-o de la soare ar oscila între 90% și 110 la sută din media sa, pe măsură ce soarele se deplasa mai departe de Pământ.
„Asta este ca și cum ai sări între New York și Miami și înapoi la fiecare 2,9 zile”, a remarcat Raymond. [Chestul găurilor negre: cât de bine știți cele mai ciudate creații ale naturii?]
Ce se întâmplă dacă o gaură neagră supermasivă ar avea un inel de planete?
În plus față de a-și imagina viața în jurul unei găuri negre cu masă stelară, Raymond a calculat, de asemenea, câte planete potențial locuibile s-ar putea încadra în jurul unei găuri negre supermasive de 1 milion de ori față de masa soarelui. "Este aproape la fel de masiv ca cel din centrul Căii Lactee", a spus el. Ar fi adăugat doar diametrul soarelui, a adăugat el.
În jurul soarelui, orbitele pe care planetele călătoresc nu se pot apropia decât atât înainte ca efectele atragerilor lor gravitaționale să le copleșească pe cele ale soarelui, ducând la orbite instabile. Raymond a menționat că aproximativ șase planete de masă a Pământului se pot încadra în orbite concentrice stabile în zona locuibilă a soarelui.
În schimb, tracțiunea gravitațională a unei găuri negre super-masive este extraordinar de puternică, suficient pentru a-i copleși cu ușurință pe cei ai planetelor. Dacă soarele ar fi înlocuit cu o gaură neagră de o masă solară de un milion, 550 de planete din masa Pământului s-ar putea încadra în orbite concentrice stabile în zona locuibilă, a calculat Raymond.
Gravitatea supermassive a găurii negre ar trage mai puternic de partea fiecărei planete mai aproape de gaura neagră. Acest lucru ar extinde planetele din zona locuibilă, deși nu ar fi suficient de aproape pentru a se dezlipi, a spus Raymond.
O modalitate de a crea o zonă locuibilă în jurul acestei găuri negre supermasive este de a plasa stele între ea și planetele. Un inel de nouă stele asemănătoare soarelui, 0,5 UA dintr-o gaură neagră de un milion de soare, ar face ca fiecare dintre cele 550 de planete de masă a Pământului din scenariul de mai sus să fie locuibilă, a spus Raymond.
„Ar fi destul de interesant să trăim pe o planetă în acest sistem”, a remarcat Raymond. "Ar fi nevoie de doar câteva zile pentru a completa o orbită în jurul găurii negre - aproximativ 1,6 zile la marginea interioară a zonei locuibile și 4,6 zile la marginea exterioară." [10 exoplanete care ar putea găzdui viața extraterestră]
La cea mai apropiată apropiere sau conjuncție, între două astfel de planete, distanța dintre aceste lumi ar fi „aproximativ de două ori distanța Pământ-Lună”, a remarcat Raymond. „În conjuncție, cel mai apropiat vecin al fiecărei planete apare de aproximativ două ori mai mare decât luna plină pe cer”.
În plus, vecinii cei mai apropiați ar fi doar de două ori mai departe și astfel ar apărea la fel de mare ca luna plină în timpul conjuncției, a spus Raymond. Alte patru planete ar avea cel puțin jumătate din dimensiunea lunii pline în timpul conjuncției, a adăugat el. "Conjuncțiile se petrec puțin mai puțin de o dată pe orbită, așa că, la fiecare câteva zile, există un pâlc de obiecte uriașe care trec pe cer", a spus el.
Cei nouă soare "ar fi, de asemenea, o vedere de privit", a spus Raymond. Fiecare își va completa orbita în jurul găurii negre la fiecare 3 ore.
"Asta înseamnă că la fiecare 20 de minute, unul dintre soarele ar trece în spatele găurii negre", a spus Raymond. "Când un soare trece în spatele găurii negre, gravitația găurii negre își îndoaie lumina și poate acționa ca o lentilă. Acesta focalizează lumina soarelui spre planetă. Aceasta denaturează forma soarelui într-un inel ... o lumină destul de dulce spectacol."
Mai mult, lumina stelară ar fi întinsă de gravitatea găurii negre. „Stelele mai aproape de gaura neagră ar părea mai roșii, iar cele mai îndepărtate de gaura neagră ar părea mai neclarite”, a spus Raymond.
Un milion de planete în jurul unei găuri negre
În scenariul anterior, fiecare planetă se afla singură pe orbita sa în jurul găurii negre supermasive. De asemenea, Raymond a modelat ce s-ar întâmpla dacă mai multe planete ar împărtăși o orbită în jurul unei găuri negre de un milion de soare. Anterior, Raymond a calculat că 42 de planete de masă a Pământului ar putea orbita într-un inel 1 AU de la soare.
Pentru a avea un inel stabil de planete, Raymond a menționat că planetele din acel inel trebuie să aibă toate aceeași masă. De asemenea, trebuie să existe cel puțin șapte planete într-un astfel de inel și trebuie să fie distanțate uniform de-a lungul unei orbite circulare.
Având în vedere o gaură neagră de un milion de soare, cu un inel orbitant de nouă stele asemănătoare soarelui, Raymond a calculat că un milion de planete de masă a Pământului ar putea orbita în zona locuibilă în 400 de inele, fiecare deținând 2.500 de planete distanțate aproximativ la aceeași distanță cu aceeași între Pământ și Lună. În acest scenariu, planetele ar lua din nou oriunde între 1,6 și 4,6 zile pentru a finaliza o orbită. [Cele mai ciudate găuri negre din univers]
În loc să plaseze nouă stele asemănătoare soarelui între gaura neagră și planetele, Raymond a sugerat, de asemenea, că ar putea plasa 36 de stele asemănătoare soarelui într-un inel de 6 AU lat. În acest scenariu, "fiecare planetă este scăldată în lumina soarelui din toate părțile - planetele nu au parte de noapte", a spus Raymond. „Este ca planeta Kalgash, cu o zi permanentă a lui Asimov”.
„Niciodată nu te-ai simți singur în aceste sisteme - celelalte planete ar avea un număr imens pe cer”, a adăugat Raymond. Planetele învecinate ar fi de aproximativ 10 ori mai apropiate decât luna pe Terra, ceea ce înseamnă că vor apărea „de aproximativ 40 de ori mai mari pe cer decât luna plină”, a spus Raymond. „Cam asta este dimensiunea unui computer laptop ținut la îndemână, doar pe cer”.
În acest ultim scenariu, planetele ar fi mult mai aproape de gaura neagră, fiecare completând o orbită în doar aproximativ 9 ore. Aceasta înseamnă că ar orbita la viteze extraordinare - aproximativ 10 la sută din viteza luminii. Conform teoriei relativității speciale a lui Einstein, timpul ar părea să se miște vizibil mai lent, cu cât cel mai aproape ajunge la viteza luminii, astfel încât „doi bebeluși născuți în același moment pe inele diferite ar îmbătrâni cu ritmuri ușor diferite”, a spus Raymond. "Bebelușul din inelul interior ar îmbătrâni ușor mai lent".
Diferențele de viteză între inele ar fi suficient de mari pentru a face imposibil ca o navă spațială să călătorească de la un inel la altul cu orice tehnologie curentă, a spus Raymond. Cu toate acestea, fiecare lume și-ar împărți inelul cu alte mii, iar viteza relativă între planetele vecine ar fi aproape zero. „Un elevator spațial ar putea conecta planetele”, a spus Raymond.
Dacă fiecare pereche de planete învecinate de-a lungul unui inel dat ar fi conectată, aceasta ar fi asemănătoare cu o „Rândă de cercuri”, o gigastică megastructură extraterestră din epopeea științifico-ficțională a lui Larry Niven cu același nume. „Diferența dintre această configurație și„ Lumea inelară ”din cartea lui Larry Niven este că, în acest caz, nu există o suprafață locuibilă între planete”, a spus Raymond.
De unde ar putea veni astfel de sisteme de milioane de planete? „Îmi pot imagina extratereștrii super-avansați care creează un sistem precum sistemul solar de milioane de Pământ ca o lucrare de artă cosmică, de genul artei zgârie-nori sau aisbergurilor pictate”, a spus Raymond. „O modalitate de a spune,„ Uite cât de fantezist suntem ”, la cea mai mare scară.
„Sau poate extratereștrii ar crea acest tip de sistem ca grădină zoologică”, a spus Raymond. „Ar putea avea un gradient al climei de la cele mai tari la cele mai reci și să stocheze planetele cu tot felul de creaturi pe care le colectează de-a lungul universului. Desigur, ar trebui să fie atenți să nu pună combinații greșite de creaturi spațiale pe același inel de planete, pentru că asta nu s-ar termina bine ”.
În total, „este util să încercați să veniți cu toate sistemele planetare posibile care ar putea exista acolo”, a spus Raymond. "Unele descoperiri ar fi putut fi anticipate prin„ a merge acolo "și a imagina posibilități care sunt mult în afara normei. Aceste sisteme sunt o combinație între știința ficțiune și„ a merge acolo "în acest sens."
"Principalul lucru pe care îl caut este să încerc pur și simplu să împing limitele a ceea ce credem că este posibil", a concluzionat Raymond.
