Ubrzo nakon što je Einstein 1915. objavio svoju Teoriju opće relativnosti, fizičari su počeli nagađati o postojanju crnih rupa. Ove regije prostora i vremena iz kojih ništa (pa ni svjetlost) ne može pobjeći ono su što se prirodno događa na kraju najmasovnijeg životnog ciklusa zvijezda. Dok se smatra da su crne rupe proždrljive, neki se fizičari pitaju mogu li podržati svoje planetarne sustave.
Želeći se pozabaviti tim pitanjem, dr. Sean Raymond - američki fizičar koji se trenutno nalazi na Sveučilištu u Bourdeauxu - stvorio je hipotetički planetarni sustav gdje u sredini leži crna rupa. Na temelju niza gravitacijskih izračuna, utvrdio je da će crna rupa biti sposobna držati devet pojedinačnih Sunca u stabilnoj orbiti oko nje, koja će moći podržati 550 planeta unutar naseljene zone.
Ovaj je hipotetički sustav nazvao "Ultimate solarni sustav Crne rupe", koji se sastoji od crne rupe koja se ne vrti i koja je milion puta veća od Sunca. To je otprilike jedna četvrtina mase Strijelca A *, supermasivne crne rupe (SMBH) koja se nalazi u središtu Galaksije Mliječnog Puta (koja sadrži 4,31 milijuna Sunčevih masa).
Kao što Raymond kaže, jedna od neposrednih prednosti crne rupe u središtu sustava je ta što može podržati veliki broj Sunca. Radi svog sustava, Raymond je odabrao 9, mislio je da ukazuje na to da se mnogo više može održati zahvaljujući čistom gravitacijskom utjecaju središnje crne rupe. Kako je napisao na svojoj web stranici:
"S obzirom na to koliko je crna rupa masivna, jedan prsten bi mogao primiti do 75 sunca! Ali to bi pomaknulo životnu zonu prema van prilično daleko, a ne želim da se sustav previše raširi. Dakle, koristit ću 9 sunca u prstenu, koji sve pomiču s faktorom 3. Stavimo prsten na 0,5 AU, izvan unutarnje najstarije stabilne kružne orbite (na oko 0,02 AU), ali dobro unutar naseljene zone (od oko 2,7 do 5,4 AU). "
Još jedna velika prednost crne rupe u središtu sustava je ta što smanjuje ono što je poznato pod nazivom "radijus brda" (aka. Sferna brda ili sfera Roche). Ovo je u biti regija oko planete u kojoj je njena gravitacija dominantna nad zvijezdom koju orbitira, i stoga može privući satelite. Prema Raymondu, radijus brda planete bio bi 100 puta manji oko crne rupe od milijun sunca nego oko Sunca.
To znači da bi dano područje prostora moglo stabilno stajati 100 puta više planeta ako bi zaobišlo crnu rupu umjesto Sunca. Kako je objasnio:
"Planeti mogu biti vrlo blizu jedni drugima jer je gravitacija crne rupe toliko snažna! Ako su planeti mali igrački automobili s vrućim kotačima, većina planetarnih sustava postavljena je poput normalnih autocesta (bočna napomena: Volim tople kotače). Svaki automobil ostaje u svom traku, ali automobili su mnogo manji od udaljenosti između njih. Oko crne rupe, planetarni sustavi mogu se smanjiti prema tračnicama veličine kotača. Automobili s vrućim točkovima - naši planeti - uopće se ne mijenjaju, ali mogu ostati stabilni dok su puno bliže jedni drugima. Ne diraju (to ne bi bilo stabilno), oni su samo bliskiji. "
Ovo omogućava postavljanje mnogih planeta u prostor za stanovanje u sustavu. Na temelju polumjera Zemljine brdo, Raymond procjenjuje da bi se oko šest planeta Zemljine mase moglo uklopiti u stabilne orbite unutar iste zone oko našeg Sunca. To se temelji na činjenici da bi planeti Zemljine mase mogli biti udaljeni otprilike 0,1 AU jedan od drugoga i održavati stabilnu orbitu.
S obzirom na to da Sunčeva zona za stanovanje Sunca otprilike odgovara udaljenosti između Venere i Marsa - koje su udaljene 0,3 i 0,5 AU - to znači da ima 0,8 AU prostora za rad. Međutim, oko crne rupe s milijun solarnih masa, najbliža susjedna planeta mogla bi biti samo 1/1000th (0,001) udaljenog AU i još uvijek imaju stabilnu orbitu.
Ako napravite matematiku, to znači da bi se oko 550 Zemalja moglo uklopiti u isto područje u orbiti oko crne rupe i njenih devet Sunca. Postoji čitav mali nedostatak cijelog ovog scenarija, a to je da bi crna rupa trebala ostati pri svojoj sadašnjoj masi. Ako bi postala veća, uzrokovala bi da se radijusi brda svojih 550 planeta smanjuju sve dalje i dalje.
Jednom kada bi se radijus brda spustio do točke u kojoj je bio iste veličine kao i bilo koji od planeta Zemljine mase, crna rupa će ih početi razdvajati. No, pri 1 milijun solarnih masa, crna rupa može ugodno podržavati golemi sustav planeta. "S našom crnom rupom od milion Sunca, polumjer brda Zemlje (na njenoj trenutnoj orbiti) već bi bio spušten do granice, tek nešto više od dvostrukog stvarnog polumjera Zemlje", kaže on.
I na kraju, Raymond razmatra implikacije koje bi imalo živjeti u takvom sustavu. Jednom, godina na bilo kojem planetu unutar zone za stanovanje u sustavu bila bi mnogo kraća, budući da bi njihova orbitalna razdoblja bila znatno brža. U osnovi bi godina trajala otprilike 1,6 dana za planete na unutarnjem rubu nastanjene zone i 4,6 dana za planete na vanjskom rubu nastanjene zone.
Uz to, na površini bilo kojeg planeta u sustavu nebo bi bilo puno gužnije! Sa toliko planeta u orbiti zajedno, oni bi prolazili vrlo blizu jedan drugom. To u suštini znači da bi s površine bilo koje pojedinačne Zemlje ljudi mogli vidjeti obližnju Zemlju tako jasnu kao što vidimo Mjesec nekih dana. Kao što je Raymond ilustrirao:
"Kod najbližeg približavanja (konjukcije) udaljenost između planeta je približno dvostruka udaljenost od Zemlje i Mjeseca. Sve su ove planete veličine Zemlje, oko 4 puta veće od Mjeseca. To znači da se u spoju najbliži susjed svakog planeta pojavljuje oko dvostruko više od punog Mjeseca na nebu. A tu su i dva najbliža susjeda, unutarnji i vanjski. Osim toga, sljedeći najbliži susjedi dvostruko su udaljeniji, tako da su još uvijek veći kao puni Mjesec tijekom konjunkcije. I još četiri planeta koji bi bili u veličini barem pola Punog Mjeseca. "
Također navodi da bi se konjunkcije događale gotovo jednom po orbiti, što bi značilo da svakih nekoliko dana neće nedostajati divovskih predmeta koji prolaze nebom. I naravno, bilo bi i Sunca. Sjetite se one scene u Ratovima zvijezda gdje mladi Luke Skywalker promatra dva sunca postavljena u pustinji? Pa, bilo bi malo tako, osim što je cool!
Prema Raymondovim proračunima, devet bi Sunca izvršilo orbitu oko crne rupe svaka tri sata. Svakih dvadeset minuta jedno bi Sunce prolazilo iza crne rupe i za to bi joj trajalo samo 49 sekundi. U tom bi se trenutku dogodila gravitacijska leća, gdje bi crna rupa usmjerila Sunčevu svjetlost prema planeti i iskrivila prividni oblik Sunca.
Kako bi ilustrirao kako bi to izgledalo, pruža animaciju (prikazanu gore) koju je stvorio @GregroxMun - planetarni model koji razvija svemirsku grafiku za Kerbal i druge programe - koristeći Space Engine.
Iako se takav sustav u prirodi nikad ne može dogoditi, zanimljivo je znati da bi takav sustav bio fizički moguć. A tko zna? Možda bi dovoljno napredna vrsta, sposobna vući zvijezde i planete iz jednog sustava i postavljati ih u orbitu oko crne rupe, mogla oblikovati ovaj Ultimate Sunčev sustav. Možda nešto za istraživanje istraživača SETI-a?
Ova hipotetička vježba bila je druga serija u dvodijelnim serijama Raymonda, pod nazivom "Crne rupe i planete". U prvom dijelu, "Solarni sustav crne rupe", Raymond je razmislio o tome kakav bi bio kada bi naš sustav bio u orbiti oko binarne crne rupe - Sunca. Kao što je naveo, posljedice za Zemlju i ostale Sunčeve planete bile bi, u najmanju ruku, zanimljive!
Raymond se također nedavno proširio na Ultimate Sunčev sustav predlažući Milion Sunčevog sustava. Sve ih potražite na njegovoj web stranici, PlanetPlanet.net.
