Ogroman broj potencijalno naseljenih planeta teoretski bi mogao postojati u stabilnim orbitama oko supermasivne crne rupe, poput fiktivne Gargantue iz filma "Međuosova" iz 2014. godine.
(Slika: © Paramount Pictures)
Crna rupa mogla bi imati oko milijun planeta u orbiti oko nje koji bi potencijalno mogli podržati život onakav kakav znamo, sugerira astrofizičar.
Budući da na Zemlji postoji život gotovo svugdje tekuća voda, astronomi često svijet ocjenjuju potencijalno pogodnim za život ako kruži u zoni u kojoj bi tekuća voda mogla preživjeti na površini. Naše sunčano područje "Sunca" domaćin je samo jednog planeta (Zemlje), ali priča bi mogla biti drugačija za ostale zvijezde. Na primjer, sustav TRAPPIST-1 ima tri planeta veličine Zemlje unutar svoje naseljene zone.
Sean Raymond, astrofizičar u opservatoriju Bordeaux u Francuskoj, istražuje kako se planetarni sustavi formiraju i razvijaju. Kao dio kolumne koju Raymond piše pod nazivom "Izgradnja konačnog Sunčevog sustava", krenuo je vidjeti koliko planeta može orbitirati oko crne rupe. [Najčudnije crne rupe u svemiru]
"Mislim da možemo naučiti iz krajnosti ... oni su u osnovi granice okvira u kojem tražimo", rekao je Raymond za Space.com. "Ovaj je sustav jedna krajnost - najopakiranija za zamisli. Zabavni je spoj mašte i znanosti."
Trenutno postoje dvije vrste crnih rupa koje znanstvenici najbolje znaju, rekao je Raymond. Crne rupe zvjezdaste mase jednake su masi nekoliko sunca, a nastaju kada divovske zvijezde umiru i urušavaju se u sebe. Supermasivne crne rupe su milijuni do milijarde puta veće od sunčeve mase, a smatra se da postoje u srcima većine, ako ne i svih, velikih galaksija. (Crne crne rupe treće klase, srednje mase, slabo se razumiju.)
Crne rupe su izuzetno kompaktne. Crna rupa s masom sunca bila bi široka oko 6 kilometara. Usporedbe radi, Strijelac A *, supermasivna crna rupa za koju se misli da vreba u srcu Mliječnog puta, ima masu od oko 4 milijuna sunca i promjer od oko 23,7 milijuna kilometara, ili nešto više od 40 posto veličine Merkurove orbite oko sunca.
Što ako je sunce pratilo crnu rupu?
Često je pitanje na satovima fizike zamisliti što bi se promijenilo kad bi sunce zamijenili crnom rupom iste mase, rekao je Raymond. Odgovor je da se ništa ne bi promijenilo u odnosu na orbite planeta - ako bi crna rupa imala istu masu kao i sunce, orbite bi ostale iste. (Život na Zemlji očito bi patio od nedostatka svjetla i topline u takvom scenariju, dodao je Raymond.)
Kad bi sunce imalo suputnika crne rupe jednake mase u orbiti oko njega - recimo, jedna desetina astronomske jedinice (AU) - orbite planeta Sunčevog sustava ne bi se puno promijenile, primijetio je Raymond. (Jedna AU je udaljenost zemlje-sunca - oko 93 milijuna milja, ili 150 milijuna km.)
Ipak, pod pretpostavkom da su se ovi planeti zadržali na istoj udaljenosti od Sunca kao i sada, gravitacijsko povlačenje sunca i njegovog partnera iz crne rupe dovelo bi ove svjetove do bržeg izvršavanja svojih orbita, s tim da će se Zemljana godina smanjivati sa 365 dana na 258 dana, rekao je.
U gornjem scenariju, sunce i crna rupa dovršavali bi orbitu jedni s drugima svakih 2,9 dana. To znači da bi količina energije koju bi Zemlja dobila od sunca oscilirala između 90 posto i 110 posto njezinog prosjeka dok se sunce pomiče dalje od ili bliže Zemlji.
"To je poput poskakivanja između New Yorka i Miamija i natrag svakih 2,9 dana", primijetio je Raymond. [Kviz crne rupe: Koliko dobro znate najčudnije kreacije prirode?]
Što ako je supermasivna crna rupa imala prsten planeta?
Uz zamišljanje života oko crne rupe zvjezdane mase, Raymond je izračunao i koliko potencijalno useljivih planeta može stati oko supermasivne crne rupe 1 milijuna puta veće od sunčeve mase. "To je gotovo jednako masivno kao ono u središtu Mliječnog puta", rekao je. Bio bi to samo o promjeru sunca, dodao je.
Oko sunca, orbite koje planete putuju mogu se približiti samo toliko blizu prije nego što efekti njihovih gravitacijskih povlačenja nadvladaju one sunca, što dovodi do nestabilnih orbita. Raymond je napomenuo da se oko šest planeta Zemljine mase može uklopiti u stabilne koncentrične orbite unutar sunčane zone stanovanja.
Suprotno tome, gravitacijsko povlačenje supermasivne crne rupe izuzetno je snažno, dovoljno da se lako prevladaju planete. Ako bi sunce zamijenili crnom rupom od milijun sunčevih masa, 550 planeta Zemljine mase moglo bi se uklopiti u stabilne koncentrične orbite u naseljenoj zoni, izračunao je Raymond.
Gravitacija supermasivne crne rupe povukla bi se snažnije na strani svakog planeta bliže crnoj rupi. To bi istegnulo planete nastanjive zone, iako oni ne bi bili dovoljno blizu da se rastrgaju, rekao je Raymond.
Jedan od načina stvaranja nastanjive zone oko ove supermasivne crne rupe je postavljanje zvijezda između nje i planeta. Prsten od devet zvijezda sličnih suncu 0,5 AU iz crne rupe od milijun sunca učinio bi da svaki od 550 planeta Zemljine mase u gornjem scenariju bude potencijalno useljiv, rekao je Raymond.
"Bilo bi prilično zanimljivo živjeti na planeti u ovom sustavu", primijetio je Raymond. "Bilo bi potrebno samo nekoliko dana da se orbita završi oko crne rupe - oko 1,6 dana na unutarnjem rubu nastanjene zone i 4,6 dana na vanjskom rubu." [10 egzoplaneta koji bi mogli ugostiti izvanzemaljski život]
Pri najbližem pristupu, ili spoju, između dva takva planeta, udaljenost između tih svjetova bila bi "otprilike dvostruka udaljenost od zemlje i mjeseca", primijetio je Raymond. "U spoju, svaki najbliži susjed planeta pojavljuje se oko dvostruko više od punog mjeseca na nebu."
Pored toga, sljedeći najbliži susjedi bili bi udaljeni samo dva puta i činili bi se kao puni mjesec za vrijeme spajanja, rekao je Raymond. Još četiri planeta bile bi najmanje upola manje od punog mjeseca tijekom spajanja, dodao je. "Povezivanja se događaju nešto rjeđe od jednom po orbiti, tako da svakih nekoliko dana gomila divovskih predmeta prolazi nebom", rekao je.
Devet sunaca "bi također bili prizor", rekao je Raymond. Svaki bi orbitu ispunio oko crne rupe svaka 3 sata.
"To znači da bi svakih 20 minuta jedno od sunca prolazilo iza crne rupe", rekao je Raymond. "Kad sunce prođe iza crne rupe, gravitacija crne rupe savija svoju svjetlost i može djelovati poput leće. Usmjerava sunčevu svjetlost prema planeti. To izobličuje oblik sunca u prsten ... prilično slatko svjetlo pokazati."
Nadalje, zvjezdanu svjetlost bi razvukla gravitacija crne rupe. "Zvijezde bliže crnoj rupi činile bi se crvenijima, a one dalje od crne rupe činile bi se plavijima", rekao je Raymond.
Milion planeta oko crne rupe
U prethodnom scenariju, svaki je planet bio sam u svojoj orbiti oko supermasivne crne rupe. Raymond je također modelirao što će se dogoditi ako više planeta dijeli orbitu oko crne rupe od milijun sunca. Ranije je Raymond izračunao da bi 42 planeta Zemljine mase mogle orbitirati u prstenu 1 AU od sunca.
Da bi imao stabilan prsten planeta, Raymond je napomenuo da planete u tom prstenu moraju imati približno jednaku masu. Također mora postojati najmanje sedam planeta u takvom prstenu i moraju biti ravnomjerno raspoređeni duž kružne orbite.
S obzirom na crnu rupu od milijun sunčevih zraka s orbitirajućim prstenom od devet zvijezda sličnih suncu, Raymond je izračunao da bi milion planeta Zemljine mase mogao orbitirati u nastanjivoj zoni u 400 prstenova, a svaki od njih imao je 2500 planeta udaljenih otprilike na istoj udaljenosti od one između Zemlje i mjeseca. U ovom scenariju, planetima bi ponovno trebalo oko 1,6 do 4,6 dana da bi završili orbitu. [Najčudnije crne rupe u svemiru]
Umjesto da između crne rupe i planeta postavi devet zvijezda sličnih suncu, Raymond je također sugerirao da se u prsten širok 6 AU može postaviti 36 zvijezda sličnih suncu. U ovom scenariju "svaki je planet okupan sunčevom svjetlošću sa svih strana - planeti nemaju noćnu stranu", rekao je Raymond. "To je poput Asimovog planeta Kalgash za trajni dan."
"Nikad se ne biste osjećali sami u tim sustavima - ostale bi se planete na nebu našle ogromne", dodao je Raymond. Susjedni planeti bili bi oko 10 puta bliži nego što je Mjesec Zemlji, što znači da bi se na nebu pokazali "oko 40 puta veći od punog mjeseca", rekao je Raymond. "Riječ je o veličini prijenosnog računala koja se nalazi na dohvat ruke, samo gore na nebu."
U ovom posljednjem scenariju, planeti bi bili mnogo bliži crnoj rupi, a svaki bi završio u orbiti za samo oko 9 sati. To znači da bi se kretali u orbiti s izvanrednim brzinama - oko 10 posto brzine svjetlosti. Prema Einsteinovoj teoriji posebne relativnosti, čini se da se vrijeme znatno sporije kreće što se bliže približava brzini svjetlosti, tako da bi "dvije bebe rođene u istom trenutku u različitim prstenima ostarile s malo različitim brzinama", rekao je Raymond. "Beba na unutarnjem prstenu bivala je malo sporije."
Razlike u brzini između prstenova bile bi dovoljno velike da bi vjerojatno onemogućile svemirski brod da putuje od jednog prstena do drugog bilo kojom trenutnom tehnologijom, rekao je Raymond. Međutim, svaki bi svijet dijelio svoj prsten s tisućama drugih, a relativna brzina između susjednih planeta bila bi gotovo nula. "Svemirski lift mogao bi spojiti planete", rekao je Raymond.
Kad bi se svaki par susjednih planeta duž određenog prstena povezao, to bi ličilo na "Ringworld", gigantsku vanzemaljsku megastrukturu u istoimenom znanstvenofantastičnom epu Larryja Nivena. "Razlika između ove postavke i" Ringworlda "iz knjige Larryja Nivena je u tome što u ovom slučaju između planeta nema živu površinu", rekao je Raymond.
Odakle mogu takvi sustavi s milijun planeta? "Mogu zamisliti super napredne vanzemaljce koji stvaraju sustav poput Sunčevog sustava na milijun Zemlji kao kozmičko umjetničko djelo, poput umjetnosti nebodera ili oslikanih ledenih brijega", rekao je Raymond. "Način da kažem:" Pogledajte koliko smo fantastični ", na najvećoj ljestvici."
"Ili bi možda vanzemaljci stvorili ovakav sustav kao zoološki vrt", rekao je Raymond. "Mogli bi imati nagib klime od najtoplijeg do najhladnijeg, i opskrbljivati planete svim vrstama bića koja sakupljaju po svemiru. Naravno, trebali bi biti oprezni da ne postave pogrešne kombinacije svemirskih bića na isti prsten planeta, jer se to ne bi dobro završilo. "
Sve u svemu, "korisno je pokušati smisliti sve moguće planetarne sustave koji bi mogli biti vani", rekao je Raymond. "Neka otkrića mogla su se predvidjeti" odlaskom tamo "i zamišljanjem mogućnosti koje su daleko izvan norme. Ti su sustavi kombinacija znanstvene fantastike i" odlaska tamo "u tom smislu."
"Glavno za što idem je jednostavno pokušati pomaknuti granice onoga što mislimo da je moguće", zaključio je Raymond.
