La scurt timp după ce Einstein a publicat Teoria relativității generale în 1915, fizicienii au început să speculeze despre existența găurilor negre. Aceste regiuni de spațiu-timp din care nu poate scăpa nimic (nici măcar lumină) sunt cele care apar în mod natural la sfârșitul ciclului de viață al celor mai masive stele. În timp ce găurile negre sunt în general considerate a fi mâncători voraci, unii fizicieni s-au întrebat dacă ar putea susține și sistemele planetare proprii.
Încercând să abordeze această întrebare, dr. Sean Raymond - un fizician american în prezent la Universitatea din Bourdeaux - a creat un sistem planetar ipotetic în care o gaură neagră se află în centru. Pe baza unei serii de calcule gravitaționale, el a stabilit că o gaură neagră va fi capabilă să păstreze nouă Soare individuale într-o orbită stabilă în jurul acesteia, care să poată susține 550 de planete într-o zonă locuibilă.
El a numit acest sistem ipotetic „The Black Hole Ultimate Solar System”, care constă dintr-o gaură neagră care nu se învârte, de 1 milion de ori mai masivă decât Soarele. Aceasta este aproximativ un sfert din masa Săgetătorului A *, gaura neagră super-masivă (SMBH) care se află în centrul Galaxiei Calea Lactee (care conține 4,31 milioane de mase solare).
După cum indică Raymond, unul dintre avantajele imediate ale acestei găuri negre în centrul unui sistem este că poate susține un număr mare de Suns. De dragul sistemului său, Raymond a ales 9, a crezut că indică faptul că multe altele pot fi susținute datorită influenței pur gravitaționale a găurii negre centrale. După cum scria pe site-ul său:
„Având în vedere cât de masivă este gaura neagră, un inel ar putea ține până la 75 de Soare! Dar asta ar muta zona locuibilă în afară destul de departe și nu vreau să se extindă prea mult sistemul. Așa că voi folosi 9 Suns în inel, care mișcă totul într-un factor de 3. Să punem inelul la 0,5 AU, în afara orbitei circulare stabile (la aproximativ 0,02 AU), dar în interiorul zonei locuibile (de la aproximativ 2,7 - 5,4 UA). "
Un alt avantaj major de a avea o gaură neagră în centrul unui sistem este că acesta micșorează ceea ce este cunoscut sub denumirea de „raza Hill” (de asemenea, sferă Hill sau sfera Roche). Aceasta este, în esență, regiunea din jurul unei planete în care gravitația sa este dominantă peste cea a stelei pe care o orbitează și, prin urmare, poate atrage sateliți. Potrivit lui Raymond, raza Hill a planetei ar fi de 100 de ori mai mică în jurul unei găuri negre de un milion de soare decât în jurul Soarelui.
Aceasta înseamnă că o anumită regiune de spațiu s-ar putea încadra stabil de 100 de ori mai multe planete dacă ar orbita o gaură neagră în locul Soarelui. După cum a explicat:
„Planetele pot fi foarte apropiate unele de altele, deoarece gravitatea găurii negre este atât de puternică! Dacă planetele sunt mici jucării cu mașini cu rotile calde, majoritatea sistemelor planetare sunt prevăzute ca autostrăzi normale (notă laterală: I love Hot Roats). Fiecare mașină rămâne pe propria bandă, dar mașinile sunt mult mai mici decât distanța dintre ele. În jurul unei găuri negre, sistemele planetare pot fi reduse până la piste de dimensiuni de roți calde. Mașinile cu rotile calde - planetele noastre - nu se schimbă deloc, dar pot rămâne stabile în timp ce sunt mult mai strânse între ele. Ei nu ating (asta nu ar fi stabil), ci sunt doar mai aproape împreună. "
Acest lucru permite ca multe planete să fie plasate în zona locuibilă a sistemului. Pe baza razei Dealului Pământului, Raymond estimează că aproximativ șase planete de masă a Pământului s-ar putea încadra în orbite stabile în aceeași zonă din jurul Soarelui nostru. Aceasta se bazează pe faptul că planetele de masă ale Pământului ar putea fi distanțate la aproximativ 0,1 AU unul de celălalt și să mențină o orbită stabilă.
Având în vedere că zona locuibilă a Soarelui corespunde aproximativ distanțelor dintre Venus și Marte - care se află la o distanță de 0,3 și respectiv 0,5 AU - aceasta înseamnă că există 0,8 UA de spațiu cu care să lucrezi. Cu toate acestea, în jurul unei găuri negre cu 1 milion de mase solare, cea mai apropiată planetă vecină ar putea fi doar 1/1000lea (0,001) ale unei UA distanță și mai au o orbită stabilă.
Făcând matematica, aceasta înseamnă că aproximativ 550 de Pământuri s-ar putea încadra în aceeași regiune orbitând gaura neagră și cei nouă Soare. Există un dezavantaj minor pentru acest scenariu, care este că gaura neagră ar trebui să rămână la masa sa actuală. Dacă ar deveni din ce în ce mai mare, aceasta ar determina radiile de pe Hill ale celor 550 de planete ale sale să se micșoreze din ce în ce mai departe.
Odată ce raza Hill a coborât până la punctul în care avea aceeași dimensiune ca oricare dintre planetele de masă ale Pământului, gaura neagră va începe să le distrugă. Dar la 1 milion de mase solare, gaura neagră este capabilă să sprijine confortabil un sistem masiv de planete. „Cu gaura noastră neagră de milioane de Soare, raza Dealului Pământului (pe orbita sa actuală) ar fi deja până la limită, doar un pic mai mult de două ori decât raza reală a Pământului”, spune el.
În sfârșit, Raymond ia în considerare implicațiile pe care le-ar avea traiul într-un astfel de sistem. Pentru un an, pe orice planetă din zona locuibilă a sistemului ar fi mult mai scurtă, din cauza faptului că perioadele lor orbitale ar fi mult mai rapide. Practic, un an ar dura aproximativ 1,6 zile pentru planetele de la marginea interioară a zonei locuibile și 4,6 zile pentru planetele de la marginea exterioară a zonei locuibile.
În plus, pe suprafața oricărei planete din sistem, cerul ar fi mult mai aglomerat! Cu atât de multe planete în orbită strânsă împreună, s-ar trece foarte aproape unul de altul. Acest lucru înseamnă, în esență, că de pe suprafața oricărui Pământ, oamenii ar putea vedea Pământurile din apropiere la fel de limpede cum vedem Luna în unele zile. După cum a ilustrat Raymond:
„La cea mai apropiată apropiere (conjuncție) distanța dintre planete este aproximativ de două ori distanța Pământ-Lună. Aceste planete au toate dimensiunile Pământului, de aproximativ 4 ori mai mari decât Luna. Aceasta înseamnă că, în conjuncție, cel mai apropiat vecin al fiecărei planete apare de aproximativ două ori mai mare decât Luna plină pe cer. Și există doi vecini mai apropiați, cel interior și exterior. În plus, vecinii apropiați sunt de două ori mai departe, așa că sunt încă la fel de mari ca Luna plină în timpul conjuncției. Și încă patru planete care ar avea cel puțin jumătate din Lună plină ca dimensiune în timpul conjuncției. "
El indică, de asemenea, că conjuncțiile ar avea loc aproape o dată pe orbită, ceea ce ar însemna că, la fiecare câteva zile, nu va lipsi obiectele gigantice care să treacă pe cer. Și, desigur, ar fi Soarele înșiși. Amintiți-vă acea scenă din Star Wars în care un tânăr Luke Skywalker urmărește doi soare aprinși în deșert? Ei bine, ar fi cam așa, cu excepția unui mod mai fain!
Conform calculelor lui Raymond, cei nouă Suns vor completa o orbită în jurul găurii negre la fiecare trei ore. La fiecare douăzeci de minute, unul dintre acești Suns ar trece în spatele găurii negre, luând doar 49 de secunde pentru a face acest lucru. În acest moment, s-ar produce lentile gravitaționale, unde gaura neagră ar focaliza lumina Soarelui spre planetă și ar denatura forma aparentă a Soarelui.
Pentru a ilustra cum ar arăta acest lucru, el oferă o animație (prezentată mai sus) creată de @GregroxMun - un model de planetă care dezvoltă grafică spațială pentru Kerbal și alte programe - folosind Space Engine.
Deși un astfel de sistem nu poate apărea niciodată în natură, este interesant de știut că un astfel de sistem ar fi posibil din punct de vedere fizic. Și cine știe? Poate că o specie suficient de avansată, cu capacitatea de a remorca stelele și planetele dintr-un singur sistem și de a le plasa pe orbită în jurul unei găuri negre, ar putea modela acest Sistem Solar Ultimate. Ceva pentru cercetătorii SETI să fie în căutarea, poate?
Acest exercițiu ipotetic a fost a doua versiune din seria din două părți de Raymond, intitulată „Gauri negre și planete”. În prima tranșă, „Sistemul solar cu gaura neagră”, Raymond a considerat cum ar fi dacă sistemul nostru ar orbita în jurul unui binar cu gaura neagră-Sun. După cum a indicat el, consecințele pentru Pământ și pentru celelalte planete solare ar fi interesante, să spunem cel puțin!
De asemenea, Raymond s-a extins recent pe Sistemul Solar Ultimate propunând Sistemul Solar Million Earth. Verificați-le pe site-ul său, PlanetPlanet.net.
