Τεράστιος αριθμός δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών θα μπορούσαν θεωρητικά να υπάρχουν σε σταθερές τροχιές γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, όπως το φανταστικό Gargantua από την ταινία του 2014 "Interstellar".
(Εικόνα: © Paramount Pictures)
Μια μαύρη τρύπα θα μπορούσε να έχει περίπου 1 εκατομμύριο πλανήτες σε τροχιά γύρω από αυτό που είναι δυνητικά ικανοί να υποστηρίξουν τη ζωή όπως το γνωρίζουμε, προτείνει ένας αστροφυσικός.
Δεδομένου ότι υπάρχει ζωή σχεδόν παντού υπάρχει υγρό νερό στη Γη, οι αστρονόμοι κρίνουν συχνά έναν κόσμο ως δυνητικά κατοικήσιμο, εάν περιστρέφεται σε μια ζώνη όπου το υγρό νερό θα μπορούσε να επιβιώσει στην επιφάνειά του. Η «κατοικήσιμη ζώνη» του ήλιου μας φιλοξενεί μόνο έναν πλανήτη (Γη), αλλά η ιστορία θα μπορούσε να είναι διαφορετική για άλλα αστέρια. Για παράδειγμα, το σύστημα TRAPPIST-1 έχει τρεις πλανήτες μεγέθους Γης εντός της κατοικήσιμης ζώνης του.
Ο Sean Raymond, αστροφυσικός στο Παρατηρητήριο του Μπορντό της Γαλλίας, ερευνά πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα. Ως μέρος μιας στήλης ο Raymond γράφει με τίτλο "Building the Ultimate Solar System", ξεκίνησε να δει πόσους πλανήτες θα μπορούσαν να περιστρέφονται σε μια μαύρη τρύπα. [Οι πιο περίεργες μαύρες τρύπες στο διάστημα]
"Νομίζω ότι μπορούμε να μάθουμε από τα άκρα ... είναι βασικά τα όρια του κουτιού στο οποίο ψάχνουμε", δήλωσε ο Raymond στο Space.com. "Αυτό το σύστημα είναι ένα ακραίο - το πιο γεμάτο φαντάσιμο. Είναι ένα διασκεδαστικό μείγμα φαντασίας και επιστήμης."
Υπάρχουν επί του παρόντος δύο είδη μαύρων οπών που οι επιστήμονες γνωρίζουν καλύτερα, είπε ο Raymond. Οι αστρικές μαύρες τρύπες έχουν μάζα ίση με μερικούς ήλιους και σχηματίζονται όταν τα γιγαντιαία αστέρια πεθαίνουν και καταρρέουν. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου, και πιστεύεται ότι υπάρχουν στις καρδιές των περισσότερων, αν όχι όλων, μεγάλων γαλαξιών. (Μια τρίτη κατηγορία, μαύρες τρύπες ενδιάμεσης μάζας, είναι ελάχιστα κατανοητή.)
Οι μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά συμπαγείς. Μια μαύρη τρύπα με τη μάζα του ήλιου θα έχει πλάτος μόλις 3,7 μίλια (6 χιλιόμετρα). Συγκριτικά, ο Τοξότης A *, η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που πιστεύεται ότι παραμονεύει στην καρδιά του Γαλαξία μας, έχει μάζα περίπου 4 εκατομμυρίων ήλιων και διάμετρο περίπου 14,7 εκατομμύρια μίλια (23,6 εκατομμύρια χλμ.), Ή λίγο περισσότερο από 40 τοις εκατό του μεγέθους της τροχιάς του Ερμή γύρω από τον ήλιο.
Τι γίνεται αν ο ήλιος είχε σύντροφο μαύρης τρύπας;
Μια κοινή ερώτηση στις τάξεις φυσικής είναι να φανταστεί κανείς τι θα άλλαζε εάν ο ήλιος αντικαταστάθηκε από μια μαύρη τρύπα της ίδιας μάζας, είπε ο Raymond. Η απάντηση είναι ότι τίποτα δεν θα άλλαζε σχετικά με τις τροχιές των πλανητών - εάν η μαύρη τρύπα είχε την ίδια μάζα με τον ήλιο, οι τροχιές θα παρέμεναν οι ίδιες. (Η ζωή στη Γη προφανώς θα υποφέρει από την έλλειψη φωτός και θερμότητας σε ένα τέτοιο σενάριο, πρόσθεσε ο Raymond.)
Εάν ο ήλιος είχε έναν σύντροφο μαύρης τρύπας ίσης μάζας σε τροχιά γύρω του - στο, ας πούμε, το ένα δέκατο μιας αστρονομικής μονάδας (AU) - οι τροχιές των πλανητών του ηλιακού συστήματος δεν θα άλλαζαν πολύ, σημείωσε ο Raymond. (Ένα AU είναι η απόσταση Γης-Ήλιου - περίπου 93 εκατομμύρια μίλια ή 150 εκατομμύρια χλμ.)
Ακόμα, υποθέτοντας ότι αυτοί οι πλανήτες διατηρούσαν την ίδια απόσταση από τον ήλιο όπως κάνουν τώρα, η βαρυτική έλξη του ήλιου και ο συνεργάτης της με τις μαύρες τρύπες θα οδηγήσουν αυτούς τους κόσμους να ολοκληρώσουν τις τροχιές τους λίγο πιο γρήγορα, με το έτος της Γης να μειώνεται από 365 ημέρες σε 258 μέρες, είπε.
Στο παραπάνω σενάριο, ο ήλιος και η μαύρη τρύπα συμπληρώνουν μια τροχιά μεταξύ τους κάθε 2,9 ημέρες. Αυτό σημαίνει ότι η ποσότητα ενέργειας που θα λάβει η Γη από τον ήλιο θα κυμαινόταν μεταξύ 90 τοις εκατό και 110 τοις εκατό του μέσου όρου της καθώς ο ήλιος κινήθηκε πιο μακριά από ή πιο κοντά στη Γη.
"Είναι σαν να αναπηδάς μεταξύ Νέας Υόρκης και Μαϊάμι και κάθε 2,9 ημέρες πίσω", σημείωσε ο Raymond. [Κουίζ Black Hole: Πόσο καλά ξέρετε τις πιο περίεργες δημιουργίες της φύσης;]
Τι γίνεται αν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα είχε δακτύλιο πλανητών;
Εκτός από τη φαντασία της ζωής γύρω από μια αστρική μάζα μαύρης τρύπας, ο Raymond υπολόγισε επίσης πόσους δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες μπορεί να χωρέσουν γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα 1 εκατομμύριο φορές τη μάζα του ήλιου. "Αυτό είναι σχεδόν τόσο τεράστιο όσο αυτό στο κέντρο του Γαλαξία", είπε. Πρόκειται μόνο για τη διάμετρο του ήλιου, πρόσθεσε.
Γύρω από τον ήλιο, οι τροχιές που ταξιδεύουν οι πλανήτες μπορούν να έρθουν τόσο κοντά, προτού οι επιδράσεις των βαρυτικών τους τριβών κατακλύσουν αυτές του ήλιου, οδηγώντας σε ασταθείς τροχιές. Ο Ρέιμοντ σημείωσε ότι περίπου έξι πλανήτες μάζας Γης μπορούν να χωρέσουν σε σταθερές ομόκεντρες τροχιές εντός της κατοικήσιμης ζώνης του ήλιου.
Αντίθετα, η βαρυτική έλξη μιας υπερμεγέθης μαύρης τρύπας είναι εξαιρετικά ισχυρή, αρκετά ώστε να κατακλύζει εύκολα τους πλανήτες. Εάν ο ήλιος αντικαταστάθηκε από μια μαύρη τρύπα εκατομμυρίου ηλιακής μάζας, 550 πλανήτες μάζας Γης θα μπορούσαν να χωρέσουν σε σταθερές ομόκεντρες τροχιές στην κατοικήσιμη ζώνη, υπολόγισε ο Raymond.
Η βαρύτητα της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας θα τραβήξει πιο δυνατά στην πλευρά κάθε πλανήτη πιο κοντά στη μαύρη τρύπα. Αυτό θα τεντώσει τους πλανήτες κατοικήσιμης ζώνης, αν και δεν θα ήταν αρκετά κοντά για να διαλυθούν, είπε ο Raymond.
Ένας τρόπος για να δημιουργήσετε μια κατοικήσιμη ζώνη γύρω από αυτήν την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα είναι να τοποθετήσετε αστέρια μεταξύ αυτής και των πλανητών. Ένας δακτύλιος με εννέα ηλιακά αστέρια 0,5 AU από μια μαύρη τρύπα εκατομμυρίου ήλιων θα έκανε κάθε έναν από τους 550 πλανήτες μάζας της Γης στο παραπάνω σενάριο δυνητικά κατοικήσιμος, δήλωσε ο Raymond.
"Θα ήταν πολύ ενδιαφέρον να ζούμε σε έναν πλανήτη σε αυτό το σύστημα", σημείωσε ο Raymond. "Θα χρειαστούν λίγες μέρες για να ολοκληρωθεί μια τροχιά γύρω από τη μαύρη τρύπα - περίπου 1,6 ημέρες στο εσωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης και 4,6 ημέρες στο εξωτερικό άκρο." [10 εξωπλανήτες που θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν εξωγήινη ζωή]
Στην πλησιέστερη προσέγγιση, ή σε συνδυασμό, μεταξύ δύο τέτοιων πλανητών, η απόσταση μεταξύ αυτών των κόσμων θα ήταν «περίπου διπλάσια από τη γη-φεγγάρι», σημείωσε ο Raymond. «Σε συνδυασμό, ο πλησιέστερος γείτονας κάθε πλανήτη εμφανίζεται περίπου διπλάσιο από το μέγεθος της πανσελήνου στον ουρανό».
Επιπλέον, οι επόμενοι πλησιέστεροι γείτονες θα ήταν μόνο δύο φορές πιο μακριά, και έτσι θα φαινόταν τόσο μεγάλος όσο η πανσέληνος κατά τη διάρκεια της σύζευξης, είπε ο Ρέιμοντ. Τέσσερις ακόμη πλανήτες θα έχουν τουλάχιστον το μισό μέγεθος της πανσελήνου κατά τη διάρκεια της σύζευξης, πρόσθεσε. "Οι συζεύξεις συμβαίνουν λίγο λιγότερο από μία φορά σε τροχιά, οπότε κάθε λίγες μέρες υπάρχει ένα γέλιο γιγαντιαίων αντικειμένων που περνούν πέρα από τον ουρανό", είπε.
Οι εννέα ήλιοι "θα ήταν επίσης ένα αξιοθέατο", είπε ο Ρέιμοντ. Ο καθένας θα ολοκλήρωνε την τροχιά του γύρω από τη μαύρη τρύπα κάθε 3 ώρες.
"Αυτό σημαίνει ότι κάθε 20 λεπτά, ένας από τους ήλιους θα περνούσε πίσω από τη μαύρη τρύπα", είπε ο Raymond. "Όταν ένας ήλιος περνά πίσω από τη μαύρη τρύπα, η βαρύτητα της μαύρης τρύπας λυγίζει το φως της και μπορεί να δράσει σαν φακός. Εστιάζει το φως του ήλιου προς τον πλανήτη. Αυτό παραμορφώνει το σχήμα του ήλιου σε ένα δαχτυλίδι ... ένα πολύ γλυκό φως προβολή."
Επιπλέον, το αστέρι θα τεντώθηκε από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας. "Τα αστέρια πιο κοντά στη μαύρη τρύπα φαίνονται πιο κόκκινα και εκείνα που βρίσκονται πιο μακριά από τη μαύρη τρύπα θα φαίνονται πιο μπλε", είπε ο Ρέιμοντ.
Ένα εκατομμύριο πλανήτες γύρω από μια μαύρη τρύπα
Στο προηγούμενο σενάριο, κάθε πλανήτης ήταν μόνος στην τροχιά του γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Ο Ρέιμοντ μοντελοποίησε επίσης τι θα συνέβαινε εάν πολλοί πλανήτες μοιράζονταν μια τροχιά γύρω από μια μαύρη τρύπα εκατομμυρίων ήλιων. Προηγουμένως, ο Ρέιμοντ υπολόγισε ότι 42 πλανήτες μάζας Γης μπορούσαν να περιστρέφονται σε δακτύλιο 1 ΑΥ από τον ήλιο.
Για να έχει έναν σταθερό δακτύλιο πλανητών, ο Raymond σημείωσε ότι οι πλανήτες σε αυτόν τον δακτύλιο πρέπει όλοι να έχουν περίπου την ίδια μάζα. Πρέπει επίσης να υπάρχουν τουλάχιστον επτά πλανήτες σε έναν τέτοιο δακτύλιο, και πρέπει να βρίσκονται ομοιόμορφα σε μια κυκλική τροχιά.
Λαμβάνοντας υπόψη μια μαύρη τρύπα εκατομμυρίου ήλιων με ένα δακτύλιο σε τροχιά εννέα ηλιακών αστεριών, ο Ρέιμοντ υπολόγισε ότι ένα εκατομμύριο πλανήτες μάζας της Γης μπορούσαν να περιστρέφονται εντός της κατοικήσιμης ζώνης σε 400 δακτυλίους, ο καθένας κρατά 2.500 πλανήτες σε απόσταση περίπου από την ίδια απόσταση με αυτήν μεταξύ της Γης και του φεγγαριού. Σε αυτό το σενάριο, οι πλανήτες χρειάζονται και πάλι οπουδήποτε από 1,6 έως 4,6 ημέρες για να ολοκληρώσουν μια τροχιά. [Οι πιο περίεργες μαύρες τρύπες στο σύμπαν]
Αντί να τοποθετεί εννέα ηλιακά αστέρια μεταξύ της μαύρης τρύπας και των πλανητών, ο Ρέιμοντ πρότεινε επίσης να τοποθετηθεί 36 ηλιακά αστέρια σε ένα δαχτυλίδι πλάτους 6 AU. Σε αυτό το σενάριο, "κάθε πλανήτης λούζεται στο φως του ήλιου από όλες τις πλευρές - οι πλανήτες δεν έχουν νυχτερινή πλευρά", δήλωσε ο Ρέιμοντ. "Είναι σαν τον μόνιμο πλανήτη Kalgash της Asimov."
"Ποτέ δεν θα νιώθατε μόνος σε αυτά τα συστήματα - οι άλλοι πλανήτες θα ήταν τεράστιοι στον ουρανό", πρόσθεσε ο Raymond. Οι γειτονικοί πλανήτες θα ήταν περίπου 10 φορές πιο κοντά από το φεγγάρι στη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι θα εμφανίζονταν «περίπου 40 φορές μεγαλύτερος στον ουρανό από ό, τι η πανσέληνος», δήλωσε ο Raymond. "Αυτό είναι για το μέγεθος ενός φορητού υπολογιστή που είναι προσιτός, μόνο στον ουρανό."
Σε αυτό το τελευταίο σενάριο, οι πλανήτες θα ήταν πολύ πιο κοντά στη μαύρη τρύπα, ο καθένας ολοκληρώνει μια τροχιά σε περίπου 9 ώρες. Αυτό σημαίνει ότι θα περιστρέφονταν σε εξαιρετικές ταχύτητες - περίπου το 10% της ταχύτητας του φωτός. Σύμφωνα με τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, ο χρόνος φαίνεται να κινείται αισθητά πιο αργά όσο πλησιάζει η ταχύτητα του φωτός, έτσι "δύο μωρά που γεννιούνται την ίδια στιγμή σε διαφορετικούς δακτυλίους θα γερνούν με ελαφρώς διαφορετικούς ρυθμούς", δήλωσε ο Raymond. "Το μωρό στον εσωτερικό δακτύλιο γερνάει λίγο πιο αργά."
Οι διαφορές στην ταχύτητα μεταξύ των δακτυλίων θα ήταν αρκετά μεγάλες για να καταστήσουν αδύνατο για ένα διαστημόπλοιο να ταξιδέψει από το ένα δαχτυλίδι στο άλλο με οποιαδήποτε τρέχουσα τεχνολογία, δήλωσε ο Raymond. Ωστόσο, κάθε κόσμος θα μοιραζόταν το δαχτυλίδι του με χιλιάδες άλλους, και η σχετική ταχύτητα μεταξύ γειτονικών πλανητών θα ήταν σχεδόν μηδενική. "Ένας διαστημικός ανελκυστήρας θα μπορούσε να συνδέσει πλανήτες", είπε ο Ρέιμοντ.
Εάν κάθε ζεύγος γειτονικών πλανητών κατά μήκος ενός δεδομένου δακτυλίου ήταν συνδεδεμένο, θα μοιάζει με "Ringworld", μια τεράστια εξωγήινη υποδομή στο επικό επιστημονικής φαντασίας του Larry Niven με το ίδιο όνομα. "Η διαφορά μεταξύ αυτής της εγκατάστασης και του" Ringworld "από το βιβλίο του Larry Niven είναι ότι, στην περίπτωση αυτή, δεν υπάρχει κατοικήσιμη επιφάνεια ανάμεσα στους πλανήτες", δήλωσε ο Raymond.
Από πού μπορεί να προέρχονται τέτοια συστήματα εκατομμυρίων πλανητών; "Μπορώ να φανταστώ τους υπερ-προηγμένους εξωγήινους να δημιουργούν ένα σύστημα όπως το ηλιακό σύστημα εκατομμυρίων-Γης ως κοσμικό έργο τέχνης, σαν την τέχνη των ουρανοξυστών ή των ζωγραφισμένων παγόβουνων", δήλωσε ο Raymond. "Ένας τρόπος να πούμε," Κοιτάξτε πόσο φανταχτερό είμαστε ", στην μεγαλύτερης κλίμακας."
"Ή ίσως οι εξωγήινοι θα δημιουργούσαν αυτό το είδος συστήματος ως ζωολογικό κήπο", είπε ο Ρέιμοντ. «Θα μπορούσαν να έχουν μια κλίση σε κλίματα από το πιο ζεστό έως το πιο κρύο και να αποθηκεύσουν τους πλανήτες με όλα τα είδη των πλασμάτων που συλλέγουν σε όλο το σύμπαν. Φυσικά, θα έπρεπε να προσέχουν να μην βάλουν λάθος συνδυασμούς διαστημικών πλασμάτων στο ίδιο δαχτυλίδι πλανητών, γιατί αυτό δεν θα τελειώσει καλά. "
Συνολικά, "είναι χρήσιμο να προσπαθήσουμε να βρούμε όλα τα πιθανά πλανητικά συστήματα που μπορεί να είναι εκεί έξω", δήλωσε ο Raymond. «Μερικές ανακαλύψεις θα μπορούσαν να αναμενόταν« πηγαίνοντας εκεί »και φανταζόμενες δυνατότητες που είναι πολύ έξω από τον κανόνα. Αυτά τα συστήματα είναι ένας συνδυασμός επιστημονικής φαντασίας και« πηγαίνοντας εκεί »υπό αυτήν την έννοια."
"Το κύριο πράγμα που ζητώ είναι απλώς να προσπαθήσω να πιέσω τα όρια αυτού που πιστεύουμε ότι είναι δυνατό", κατέληξε ο Raymond.
