Obrovské množství potenciálně obyvatelných planet by teoreticky mohlo existovat na stabilních drahách kolem supermasivní černé díry, jako je fiktivní Gargantua z filmu „Interstellar“ z roku 2014.
(Obrázek: © Paramount Pictures)
Černá díra by mohla mít blízko sebe 1 milion planet obíhajících kolem, které jsou potenciálně schopné podporovat život, jak jej známe, jak navrhuje astrofyzik.
Protože existuje život prakticky všude, kde na Zemi existuje kapalná voda, astronomové často považují svět za potenciálně obyvatelný, pokud obíhá v zóně, kde by kapalná voda mohla na svém povrchu přežít. Naše „obyvatelná zóna“ našeho Slunce hostí pouze jednu planetu (Zemi), ale příběh může být pro jiné hvězdy odlišný. Například systém TRAPPIST-1 má ve své obyvatelné zóně tři planety Země.
Sean Raymond, astrofyzik na Observatoři v Bordeaux ve Francii, zkoumá, jak se planetární systémy formují a vyvíjejí. Jako součást sloupce Raymond píše nazvaný „Building the Ultimate Solar System“, vydal se podívat, kolik planet může obíhat černou díru. [Nejpodivnější černé díry ve vesmíru]
"Myslím, že se můžeme poučit z extrémů ... jsou to v podstatě hranice pole, ve kterém hledáme," řekl Raymond Space.com. "Tento systém je jeden extrém - nejobsáhlejší představitelný. Je to zábavná směs fantazie a vědy."
V současnosti existují dva druhy černých děr, které vědci vědí nejlépe, řekl Raymond. Hvězdné černé díry se hmotností rovnají několika sluncům a vytvářejí se, když obří hvězdy umírají a padají na sebe. Supermasivní černé díry jsou milióny až miliardykrát hmotností Slunce a předpokládá se, že existují v srdcích většiny, ne-li všech, velkých galaxií. (Třetí třída, černé díry střední hmotnosti, je špatně pochopena.)
Černé díry jsou velmi kompaktní. Černá díra s hmotností slunce by byla široká pouze asi 3,7 mil (6 km). Pro srovnání, Střelec A *, supermasivní černá díra, o které se předpokládá, že se skrývá v srdci Mléčné dráhy, má hmotnost asi 4 milióny sluncí a průměr asi 14,7 miliónů mil (23,6 miliónů km), nebo o něco více než 40 procento velikosti ortuťové oběžné dráhy kolem Slunce.
Co kdyby slunce mělo společníka s černou dírou?
Obecnou otázkou ve fyzických třídách je představit si, co by se změnilo, kdyby slunce bylo nahrazeno černou dírou stejné hmoty, řekl Raymond. Odpověď zní, že by se nic nezměnilo, pokud jde o oběžné dráhy planet - kdyby černá díra měla stejnou hmotnost jako slunce, oběžné dráhy by zůstaly stejné. (Život v této situaci by zjevně trpěl nedostatkem světla a tepla, dodal Raymond.)
Pokud by Slunce mělo doprovázet oběžnou dráhu kolem černé díry stejné hmotnosti - například řekněme, jedna desetina astronomické jednotky (AU) - oběžné dráhy planet sluneční soustavy by se příliš nezměnily, poznamenal Raymond. (Jedna AU je vzdálenost Země-Slunce - asi 93 milionů mil, nebo 150 milionů km.)
Přesto, za předpokladu, že tyto planety budou udržovány ve stejné vzdálenosti od Slunce jako nyní, gravitační tah Slunce a jeho partner s černou dírou povede tyto světy k tomu, aby dokončily své oběžné dráhy trochu rychleji, s rokem Země klesajícím z 365 dní na 258 dny, řekl.
Ve výše uvedeném scénáři by slunce a černá díra dokončily oběžné dráhy navzájem každých 2,9 dne. To znamená, že množství energie, kterou Země získá od Slunce, by kolísalo mezi 90 procenty a 110 procenty jejího průměru, když se Slunce pohybovalo dále od Země nebo blíže k Zemi.
„Je to jako poskakovat mezi New Yorkem a Miami a zpět každých 2,9 dne,“ poznamenal Raymond. [Kvíz Black Hole: Jak dobře znáte nejpodivnější výtvory přírody?]
Co kdyby supermasivní černá díra měla kruh planet?
Kromě představení života kolem černé díry s hvězdnou hmotností Raymond také spočítal, kolik potenciálně obývatelných planet se vejde kolem supermasivní černé díry 1 miliónkrát větší množství Slunce. „To je téměř stejně masivní jako ve středu Mléčné dráhy,“ řekl. Dodal, že to bude jen o průměru Slunce.
Kolem Slunce mohou oběžné dráhy, které planety cestují, přijít jen tak těsně vedle sebe, než účinky jejich gravitačních tahů přemohou sluneční paprsky, což povede k nestabilním oběžným drahám. Raymond poznamenal, že asi šest planet planety Země se vejde do stabilních soustředných drah uvnitř obyvatelné zóny Slunce.
Naproti tomu gravitační tah supermasivní černé díry je mimořádně silný, natolik, aby snadno přemohl planety. Pokud by bylo slunce nahrazeno černou dírou o milionu slunečních hmot, mohlo by 550 obyvatel planet Země do stabilních soustředných drah v obytné zóně započítat, vypočítal Raymond.
Gravitace superhmotné černé díry by se přitáhla silněji na stranu každé planety blíže k černé díře. To by protáhlo planety obyvatelných zón, ačkoli by nebyly dostatečně blízko, aby se roztrhly, řekl Raymond.
Jedním ze způsobů, jak vytvořit kolem této supermasivní černé díry obytnou zónu, je umístit mezi ni hvězdy a planety. Prsten devíti hvězd podobných Slunci 0,5 AU z černé díry milionu Slunců by potenciálně obýval každou z 550 planet planety Země ve výše uvedeném scénáři, řekl Raymond.
„Bylo by docela zajímavé žít na planetě v tomto systému,“ poznamenal Raymond. "Dokončení orbity kolem černé díry by trvalo jen několik dní - asi 1,6 dne u vnitřního okraje obyvatelné zóny a 4,6 dne u vnějšího okraje." [10 exoplanet, které by mohly hostit cizí život]
Při nejbližším přiblížení nebo spojení dvou takových planet by vzdálenost mezi těmito světy byla „zhruba dvojnásobná vzdálenost Země-Měsíc“, poznamenal Raymond. „Společně se nejbližší soused každé planety objeví na obloze asi dvakrát větší než úplněk.“
Navíc by nejbližší sousedé byli jen dvakrát tak daleko, a tak se během spojení jevili stejně velcí jako úplněk, řekl Raymond. Dodal, že další čtyři planety budou mít alespoň polovinu velikosti úplňku. „Ke spojům dochází o něco méně než jednou na oběžné dráze, takže každých pár dní přes oblohu prochází obří objekty,“ řekl.
Devět sluncí „bude také pohledem,“ řekl Raymond. Každý by dokončil oběžné dráhy kolem černé díry každé 3 hodiny.
„To znamená, že každých 20 minut projde jedno ze sluncí za černou dírou,“ řekl Raymond. „Když za černou dírou prochází slunce, gravitace černé díry ohýbá své světlo a může působit jako čočka. Zaměřuje sluneční světlo směrem k planetě. ukázat."
Navíc by hvězdné světlo táhlo gravitační pole černé díry. „Hvězdy blíže k černé díře by se zdály červenější a ty, které jsou dále od černé díry, by se zdály modřejší,“ řekl Raymond.
Milion planet kolem černé díry
V předchozím scénáři byla každá planeta sama na své oběžné dráze kolem supermasivní černé díry. Raymond také modeloval, co by se stalo, kdyby více planet sdílelo oběžnou dráhu kolem černé díry milionu slunců. Raymond dříve počítal, že 42 planet planety Země může obíhat v kruhu 1 AU od Slunce.
Aby Raymond měl stabilní kruh planet, poznamenal, že planety v tomto prstenci musí mít zhruba stejnou hmotnost. V takovém prstenci musí být také nejméně sedm planet a musí být rovnoměrně rozmístěny po kruhové oběžné dráze.
Raymond vypočítal, že vzhledem k milionu černých děr s oběžným prstenem devíti hvězd podobných Slunci mohl milion planet planety Země obíhat v obývatelné zóně ve 400 prstenech, z nichž každá držela 2 500 planet od sebe vzdálených přibližně stejnou vzdálenost jako ta mezi Zemí a Měsícem. V tomto scénáři by planety znovu trvalo na dokončení oběžné dráhy kdekoli od 1,6 do 4,6 dne. [Nejpodivnější černé díry ve vesmíru]
Místo toho, aby mezi černou díru a planety umístil devět hvězd podobných slunci, Raymond také navrhl, aby bylo možné umístit 36 hvězd podobných slunci do kruhu o šířce 6 AU. V tomto scénáři „každá planeta je koupána na slunci ze všech stran - planety nemají noční stranu,“ řekl Raymond. "Je to jako Asimovova stálá planeta Kalgash."
„V těchto systémech by ses nikdy necítil osamoceně - ostatní planety by se na obloze objevovaly obrovské,“ dodal Raymond. Sousední planety by byly asi desetkrát blíže než Měsíc k Zemi, což znamená, že by se na obloze objevily „asi 40krát větší než úplněk,“ řekl Raymond. "To je o velikosti přenosného počítače drženého na dosah ruky, pouze na obloze."
V tomto posledním scénáři by planety byly mnohem blíže černé díře, přičemž každá z nich dokončila orbitu za pouhých 9 hodin. To znamená, že obíhají při mimořádných rychlostech - asi 10 procent rychlosti světla. Podle Einsteinovy teorie speciální relativity by se čas zjevně pohyboval znatelně pomaleji, čím blíže se dostane k rychlosti světla, takže „dvě děti narozené ve stejném okamžiku na různých prstencích stárnou mírně odlišnou rychlostí,“ řekl Raymond. "Dítě na vnitřním prstenci by stárlo o něco pomaleji."
Rozdíly v rychlosti mezi prsteny by byly dostatečně velké, aby zřejmě znemožnily kosmické lodi cestovat z jednoho prstenu do druhého pomocí jakékoli současné technologie, řekl Raymond. Každý svět by však sdílel svůj prsten s tisíci dalších a relativní rychlost mezi sousedními planetami by byla téměř nulová. „Vesmírný výtah by mohl spojit planety,“ řekl Raymond.
Pokud by byla každá dvojice sousedních planet podél daného prstenu spojena, vypadalo by to jako „Ringworld“, gigantická mimozemská megastruktura v Larry Nivenově epickém sci-fi stejného jména. "Rozdíl mezi tímto nastavením a 'Ringworld' z knihy Larryho Nivena spočívá v tom, že v tomto případě není mezi planetami žádná obývatelná povrchová plocha," řekl Raymond.
Odkud mohou takové milionové planetové systémy pocházet? "Dokážu si představit super pokročilé mimozemšťany, kteří vytvářejí systém jako sluneční soustavu milionu Země jako kosmické umělecké dílo, podobně jako umění mrakodrapů nebo malovaných ledovců," řekl Raymond. "Způsob, jak říct:" Podívej, jak jsme nadšeni, "v největším měřítku."
„Nebo by mimozemšťané vytvořili tento druh systému jako zoo,“ řekl Raymond. „Mohli by mít v podnebí sklon od nejteplejších k nejchladnějším a zásobovat planety všemi druhy tvorů, které shromažďují po celém vesmíru. Samozřejmě by měli být opatrní, aby na sebe nevložili nesprávné kombinace vesmírných tvorů. stejný kruh planet, protože by to neskončilo dobře. “
Celkově vzato, „je užitečné pokusit se přijít se všemi možnými planetárními systémy, které by tam mohly být,“ řekl Raymond. „Některé objevy by se daly očekávat„ tam “a představením možností, které jsou daleko za hranicí normy. Tyto systémy jsou kombinací science fiction a„ tam “v tomto smyslu.“
„Hlavní věc, kterou potřebuji, je jednoduše pokusit se posunout hranice toho, co považujeme za možné,“ uzavřel Raymond.
