Elméletileg hatalmas számú potenciálisan lakható bolygó létezhet olyan stabil pályákon egy szupermasszív fekete lyuk körül, mint például a 2014. évi "Csillagközi" film kitalált Gargantua.
(Kép: © Paramount Pictures)
Egy fekete lyukban egymillió bolygó körül lehet keringő közelében, amelyek potenciálisan képesek az élet fenntartására, amint azt ismertük - javasolja egy asztrofizikus.
Mivel gyakorlatilag mindenhol létezik élet a folyékony víz a Földön, az csillagászok gyakran úgy ítélik meg a világot, hogy potenciálisan lakhatóvá válik, ha egy olyan zónában kering, ahol a folyékony víz képes felélni. Napunk "lakható zónája" csak egy bolygót (Földet) tárol, de a történet más csillagok esetében más lehet. Például a TRAPPIST-1 rendszernek három Föld méretű bolygója van lakható zónájában.
Sean Raymond, a franciaországi Bordeaux-i Megfigyelőközpont asztrofizikusa azt vizsgálja, hogy miként alakulnak és fejlődnek a bolygórendszerek. Az oszlop részeként Raymond „A végső naprendszer felépítése” című cikket írta, hogy megnézze, hogy hány bolygó tud keringni egy fekete lyukon. [A legfurcsább fekete lyukak az űrben]
"Úgy gondolom, hogy a szélsőségekről tanulhatunk ... alapvetően azok a dobozok határai, amelyekben keresünk" - mondta Raymond a Space.com-nak. "Ez a rendszer az egyik szélsőséges - a legteljesebb mértékben elképzelhető. Ez a képzelet és a tudomány szórakoztató keveréke."
Jelenleg kétféle fekete lyuk létezik, amelyeket a tudósok tudnak a legjobban - mondta Raymond. A csillagtömegű fekete lyukak tömege megegyezik néhány napval, és akkor képződnek, amikor az óriáscsillagok meghalnak, és önmagukban összeomlanak. A szupermasszív fekete lyukak a nap tömegének millió-milliárdszorosainak felelnek meg, és úgy gondolják, hogy a legtöbb, ha nem az összes nagy galaxis szívében léteznek. (A harmadik osztályú, közepes tömegű fekete lyukak nem érthetők jól.)
A fekete lyukak rendkívül kompaktok. A fekete tömeg a nap tömegével csak 6 kilométer (6 kilométer) széles lenne. Összehasonlítva: a Nyilas A *, a szupermasszív fekete lyuk, amelyről azt gondolják, hogy a Tejút szívében rejtőzik, tömege körülbelül 4 millió nap, átmérője körülbelül 14,7 millió mérföld (23,6 millió km), vagy valamivel több, mint 40 A Merkúr keringésének százaléka a nap körül.
Mi lenne, ha a napnak van egy fekete lyuk társa?
A fizika óráinak egyik általános kérdése az, hogy elképzeljék, mi változhatna, ha a napot ugyanolyan tömegű fekete lyukkal cserélnék ki - mondta Raymond. A válasz az, hogy semmi sem változhat a bolygók pályáján - ha a fekete lyuk tömege megegyezik a napval, akkor a pályák ugyanazok maradnak. (A földi élet nyilvánvalóan szenvedne a fény és a hő hiányáról egy ilyen forgatókönyv esetén - tette hozzá Raymond.)
Ha a napnak azonos tömegű fekete lyuk társa kering lenne a közelében - mondjuk egy csillagászati egység tizedére -, a Naprendszer bolygóinak keringési pályái nem változnak sokat - jegyezte meg Raymond. (Egy AU a Föld-Nap távolság - körülbelül 93 millió mérföld, vagyis 150 millió km.)
Mégis, ha feltételezzük, hogy ezek a bolygók ugyanolyan távol vannak a naptól, mint most, a nap és a fekete lyuk partnerének gravitációs vonzása vezetné ezeket a világokat egy kicsit gyorsabb keringési pálya befejezéséhez, a Föld éve 365 napról 258-ra csökkenve. - mondta.
A fenti forgatókönyv szerint a nap és a fekete lyuk 2,9 naponként teljesítik egymással egy pályát. Ez azt jelenti, hogy az az energiamennyiség, amelyet a Föld kapna a Napból, átlagának 90–110 százaléka között ingadozik, amikor a Nap távolabb vagy közelebb áll a Föld felé.
"Ez olyan, mintha visszapattanna New York és Miami között és vissza minden 2,9 naponként" - jegyezte meg Raymond. [Fekete lyuk kvíz: Mennyire ismered a természet legfurcsabb alkotásait?]
Mi lenne, ha egy szupermasszív fekete lyukban bolygók gyűrűje lenne?
A csillagtömegű fekete lyuk körüli élet elképzelése mellett Raymond azt is kiszámította, hogy hány potenciálisan lakható bolygó fér el egy szupermasszív fekete lyuk körül, amely a nap tömegének egymilliószorosa. "Ez majdnem olyan hatalmas, mint a Tejút közepén található" - mondta. Csak a nap átmérőjének felelne meg - tette hozzá.
A nap körül a bolygók körüli pályák csak annyira közel kerülhetnek egymáshoz, mielőtt a gravitációs vonzásuk hatása elárasztja a nap hatásait, és instabil keringésekhez vezet. Raymond megjegyezte, hogy körülbelül hat Föld tömegű bolygó képes stabil koncentrikus körpályákon elhelyezkedni a Nap lakható zónájában.
Ezzel szemben egy szupermasszív fekete lyuk gravitációs vonzása rendkívül erős, elég ahhoz, hogy könnyen eláraszthassa a bolygók képességét. Ha a napot egy millió napenergiás fekete lyukkal cserélnék, akkor 550 Föld-tömegű bolygó stabil koncentrikus körpályákra tudna illeszkedni a lakhatósági övezetben - számolta Raymond.
A szupermasszív fekete lyuk gravitációja erősebben az egyes bolygók oldalán húzódna közelebb a fekete lyukhoz. Ez kinyújtaná az élő zóna bolygóit, bár nem lennének elég közel ahhoz, hogy széttöredezzenek - mondta Raymond.
Az egyik módja annak, hogy e szupermasszív fekete lyuk körül lakható zónát hozzon létre, csillagok elhelyezése a bolygó és a bolygó között. Egy egymillió napos fekete lyukból kilenc, a naphoz hasonló, 0,5 AU-os csillag gyűrűje a fenti forgatókönyvben szereplő 550 Föld tömegű bolygó mindegyikét potenciálisan életképessé tenné - mondta Raymond.
"Nagyon érdekes lenne ezen a rendszeren bolygón élni" - jegyezte meg Raymond. "Csak néhány napot igényel a pálya kiteljesítése a fekete lyuk körül - körülbelül 1,6 nap az élhető zóna belső szélén és 4,6 nap a külső élnél." [10 egzoplaneta, amelyek idegen életet adhatnak]
Két ilyen bolygó közötti legközelebbi megközelítésnél vagy összekapcsolásnál ezeknek a világoknak a távolsága "körülbelül kétszerese a Föld-hold távolságnak" - jegyezte meg Raymond. "Együttműködésben az egyes bolygók legközelebbi szomszédai körülbelül kétszer olyan nagyságúak, mint a telihold az égen."
Ezenkívül a következő legközelebbi szomszédok csak kétszer olyan messze vannak, és olyan nagynak tűnnek, mint a telihold az összekapcsolás során - mondta Raymond. További négy bolygó legalább a telihold méretének felére fog lenni összekapcsolódás közben - tette hozzá. "A konjunktúrák keringési pályán kevesebb, mint egyszer fordulnak elő, tehát néhány naponta egy hatalmas tárgy lép fel az égen." - mondta.
A kilenc nap "szintén látvány lenne" - mondta Raymond. Mindegyik 3 óránként teljesítené pályáját a fekete lyuk körül.
"Ez azt jelenti, hogy 20 percenként az egyik nap áthalad a fekete lyuk mögött" - mondta Raymond. "Amikor egy nap áthalad a fekete lyuk mögött, a fekete lyuk gravitációja meghajolja a fényét és lencséhez hasonlóan működhet. A napfényt a bolygó felé fókuszálja. Ez elforgatja a nap alakját gyűrűvé ... egy nagyon édes fény előadás."
Ezenkívül a csillagfényt a fekete lyuk gravitációja megnyújtja. "A fekete lyukhoz közelebb eső csillagok vörösebbnek tűnnek, a fekete lyuktól távolabbiek pedig kékesebbek lesznek" - mondta Raymond.
Egy millió bolygó a fekete lyuk körül
Az előző forgatókönyv szerint minden bolygó egyedül volt a pályán a szupermasszív fekete lyuk körül. Raymond azt is modellezte, hogy mi történne, ha több bolygó kering egy pályán egy millió napos fekete lyuk körül. Korábban Raymond kiszámította, hogy 42 Föld tömegű bolygó keringhet egy AU gyűrűben a Naptól.
A bolygók stabil gyűrűjéhez Raymond megjegyezte, hogy a gyűrű bolygóinak mindegyikének nagyjából azonos tömegűnek kell lennie. Legalább hét bolygónak tartalmaznia kell egy ilyen gyűrűben, és egyenletes távolságra kell lennie egy körkörös pályán.
Mivel egy millió napos fekete lyuk kilenc napszerű csillag körüli körgyűrűje volt, Raymond kiszámította, hogy egy millió Föld tömegű bolygó keringhet az életképes övezetben 400 gyűrűben, mindegyik 2500 bolygó körülbelül azonos távolságban helyezkedik el egymástól. a föld és a hold között. Ebben a forgatókönyvben a bolygók ismét 1,6 és 4,6 nap között tartanak egy pálya teljesítéséhez. [A legfurcsább fekete lyukak az univerzumban]
Ahelyett, hogy kilenc napszerű csillagot helyezne a fekete lyuk és a bolygók közé, Raymond azt is javasolta, hogy 36 napszerű csillagot helyezhessen el egy 6 AU széles gyűrűbe. Ebben a forgatókönyvben "minden bolygót minden oldalról napfényben fürödnek - a bolygóknak nincs éjszakai oldala" - mondta Raymond. "Olyan, mint Asimov állandó nappali bolygója, Kalgash."
"Soha nem fogsz egyedül érezni magát ezekben a rendszerekben - a többi bolygó hatalmasnak tűnik az égbolton" - tette hozzá Raymond. A szomszédos bolygók körülbelül 10-szer közelebb állnának, mint a hold a Földhez, vagyis "mintegy 40-szer nagyobbnak tűnnek az égen, mint a telihold" - mondta Raymond. "Ez körülbelül olyan nagy, mint egy laptop számítógép, amelyet karjától el lehet tartani, csak az égen."
Ez utóbbi esetben a bolygók sokkal közelebb kerülnének a fekete lyukhoz, mindegyikük körülbelül 9 órán belül teljesít egy pályát. Ez azt jelenti, hogy rendkívüli sebességgel keringnek - a fénysebesség kb. 10 százaléka. Einstein speciális relativitáselmélete szerint úgy tűnik, hogy az idő észrevehetően lassabban mozog, minél közelebb kerül a fénysebességhez, tehát "két, ugyanabban a pillanatban különböző gyűrűkön született csecsemő kissé eltérő ütemben öregszik" - mondta Raymond. "A belső gyűrűn lévő csecsemő kissé lassabban öregszik."
A gyűrűk közötti sebességbeli különbségek elég nagyok lennének ahhoz, hogy az űrhajó valószínűleg lehetetlenné tegye az egyik gyűrűről a másikra történő utazást bármely jelenlegi technológiával - mondta Raymond. Mindazonáltal minden világ megosztaná gyűrűjét több ezer mással, és a szomszédos bolygók közötti relatív sebesség majdnem nulla lenne. "Egy űrlift összekapcsolhatja a bolygót" - mondta Raymond.
Ha egy szomszédos bolygó párja egy adott gyűrű mentén összekapcsolódna, akkor egy "Ringworld" -hez hasonlít, egy óriási idegen megastruktúrára Larry Niven azonos nevű tudományos fantasztikus epikájában. "A különbség a telepítés és a" Ringworld "között Larry Niven könyvétől abban van, hogy ebben az esetben a bolygók között nincs élhető felület" - mondta Raymond.
Honnan származhatnak az ilyen millió bolygórendszerek? "El tudom képzelni, hogy a szuper fejlett idegenek kozmikus műként alkotnak egy olyan rendszert, amely a Föld millió milliárdjának megfelelő rendszert alkot, mint például a felhőkarcolók vagy festett jéghegyek művészete" - mondta Raymond. "Úgy lehet mondani, hogy" nézd meg, milyen divatosak vagyunk "a legnagyszerűbb skálán."
"Vagy esetleg az idegenek állampolgárságként létrehoznák ezt a fajta rendszert" - mondta Raymond. "Lehetnek gradiensük az éghajlati viszonyok között, a legforróbbtól a leghidegebbekig, és a bolygók elraktározhatják mindenféle lényt, amelyet az univerzumon összegyűjtnek. Természetesen vigyázniuk kellene arra, hogy ne tegyék az űrlények rossz kombinációit a ugyanaz a bolygógyűrű, mert ez nem érne jó véget. "
Mindent egybevetve: "Hasznos megkísérelni megtalálni az összes lehetséges bolygórendszert, amely ott lehet" - mondta Raymond. "Néhány felfedezés előrelátható volt az 'odautazás' és a normáktól messze kívül eső lehetőségek elképzelésével. Ezek a rendszerek a tudományos fantasztikus és az ottani 'odautazás' kombinációja."
"A legfontosabb dolog, amire én törekszem, egyszerűen megpróbálom meghúzni a mi véleményünk szerint a lehetséges korlátokat" - fejezte be Raymond.
