Röviddel azután, hogy Einstein 1915-ben közzétette az általános relativitáselméletet, a fizikusok spekulálni kezdtek a fekete lyukak létezéséről. A tér-idő azon régiói, ahonnan semmi (még a fény sem sem) nem tud menekülni, azok, amelyek a legtöbb hatalmas csillag életciklusának végén fordulnak elő. Míg a fekete lyukakat általában zavaró evőnek gondolják, egyes fizikusok azon gondolkodtak, vajon képesek-e a saját bolygórendszereik támogatására is.
A kérdés megválaszolására Dr. Sean Raymond - egy jelenleg a Bourdeaux-i Egyetemen működő amerikai fizikus - hipotetikus bolygórendszert hozott létre, amelynek középpontjában egy fekete lyuk fekszik. Gravitációs számítások sorozata alapján megállapította, hogy egy fekete lyuk képes kilenc különálló Napot egy stabil pályára tartani körülötte, amely 550 bolygót képes megtartani egy lakhatósági övezetben.
Ezt a hipotetikus rendszert „The Black Hole Ultimate Solar System” -nek nevezte el, amely egy nem forgó fekete lyukból áll, amely egymilliószor hatalmasabb, mint a Nap. Ez körülbelül egynegyede a Nyilas A * tömegének, a szuper-masszív fekete lyuknak (SMBH), amely a Tejút galaxis központjában helyezkedik el (amely 4,31 millió napenergiát tartalmaz).
Mint Raymond rámutat, ennek a fekete lyuknak a rendszer középpontjában álló közvetlen előnye az, hogy nagyszámú napot képes támogatni. Rendszere kedvéért Raymond 9-et választott, azt hitte, hogy sokkal többet lehet fenntartani a központi fekete lyuk puszta gravitációs hatása révén. Ahogy a webhelyén írta:
„Tekintettel arra, hogy milyen masszív a fekete lyuk, az egyik gyűrű akár 75 napot is képes tárolni! De ez elég messzire mozgatná az alkalmazható zónát, és nem akarom, hogy a rendszer túl szétszóródjon. Tehát 9 napot fogok használni a gyűrűben, amely mindent 3-szeresen elmozdít. Tegyük a gyűrűt 0,5 AU-ra, jóval a legbelső stabil körkörös pályára (kb. 0,02 AU), de jól a lakhatósági zónába ( körülbelül 2,7–5,4 AU). ”
Egy másik lényeges előnye annak, hogy a rendszer közepén van egy fekete lyuk, az, hogy összezsugorodik, ami úgynevezett „domb sugara” (más néven: Hill gömb vagy Roche gömb). Ez alapvetően egy olyan bolygó körüli régió, ahol gravitációja dominál a csillag körül, amelyen kering, és ezért műholdakat vonzhat. Raymond szerint a bolygó domb sugara százszor kisebb lenne egy millió napos fekete lyuk körül, mint a Nap körül.
Ez azt jelenti, hogy egy adott térrész stabilan 100-szor több bolygóra férhet el, ha a Nap helyett egy fekete lyukat keringtek. Amint elmagyarázta:
„A bolygók szuper közel lehetnek egymáshoz, mert a fekete lyuk gravitációja olyan erős! Ha a bolygók kis játék forró kerekes autókkal, a legtöbb bolygórendszer úgy van elrendezve, mint a normál autópályák (oldaljegyzet: Szeretem a forró kerekeket). Minden autó a saját sávjában tartózkodik, de az autók sokkal kisebbek, mint a köztük lévő távolság. Egy fekete lyuk körül a bolygórendszereket le lehet zsugorítani a forró kerekek méretű sínekig. A forró kerekes autók - bolygóink - egyáltalán nem változnak, de stabilak maradhatnak, miközben sokkal közelebb állnak egymáshoz. Nem érintik (ez nem lenne stabil), csak közelebb vannak egymáshoz. "
Ez teszi lehetővé, hogy sok bolygót el lehessen helyezni a rendszer lakóövezetével. A Föld-hegy sugár alapján Raymond becslése szerint körülbelül hat Föld-tömegű bolygó képes stabil pályára kerülni a Nap körül ugyanazon övezetben. Ez azon a tényen alapul, hogy a Föld tömegű bolygók nagyjából 0,1 AU távolságra lehetnek egymástól, és stabilan tudják tartani a pályát.
Tekintettel arra, hogy a Nap lakóövezete nagyjából megegyezik a Vénusz és a Mars közötti távolsággal - amelyek 0,3 és 0,5 AU távolságra vannak - ez azt jelenti, hogy 0,8 AU-val van hely dolgozni. Azonban egy fekete lyuk körül, egymillió napenergiával, a legközelebbi szomszédos bolygó csak 1/1000 lehetth (0,001) AU távolságra van, és még mindig stabil pályája van.
Matematikailag ez azt jelenti, hogy körülbelül 550 Föld fér el ugyanabban a régióban, amely a fekete lyuk és a kilenc Napja körüli körüli körüli körüli. Ennek az egész forgatókönyvnek csak egy kisebb hátránya van, hogy a fekete lyuknak a jelenlegi tömegének meg kell maradnia. Ha nagyobb lett, akkor az 550 bolygójának hegysugárja tovább és tovább csökken.
Miután a hegy sugara lejutott arra a pontra, ahol az azonos méretű volt, mint a Föld tömegű bolygók bármelyike, a fekete lyuk elválasztja őket. De 1 millió napelemes tömeg esetén a fekete lyuk képes kényelmesen támogatni egy hatalmas bolygórendszert. "A millió Napon belüli fekete lyukkal a Föld hegy sugara (a jelenlegi pályán) már a határig lenne, csak egy kicsit több, mint a Föld tényleges sugara kétszeresét meghaladó" - mondja.
Végül Raymond megvizsgálja az ilyen rendszerben való élet következményeit. Egyrészt egy év a rendszer lakóövezetén belüli bolygókon sokkal rövidebb lenne, mivel a keringési periódusuk sokkal gyorsabb lenne. Alapvetően egy év körülbelül 1,6 napig tartana a lakhatósági zóna belső szélén lévő bolygók számára, és 4,6 nap a bolygók számára a lakhatósági övezet külső szélén.
Ezenkívül a rendszer bármely bolygójának felületén az ég sokkal zsúfoltabb lenne! Ha sok bolygó lenne közeli pályán, akkor nagyon közel kerülnének egymáshoz. Ez lényegében azt jelenti, hogy az egyes Földfelületekről az emberek olyan tisztán láthatják a közeli Földeket, mint néhány nap a Holdot. Ahogy Raymond szemléltette:
“A legközelebbi megközelítésnél (összekapcsoláskor) a bolygók közötti távolság körülbelül kétszerese a Föld-Hold távolságnak. Ezek a bolygók mindegyike Föld méretű, körülbelül négyszer nagyobb, mint a Hold. Ez azt jelenti, hogy összekapcsolva az egyes bolygók legközelebbi szomszédai körülbelül kétszer olyan nagyságúak, mint a telihold az égen. És van két legközelebbi szomszéd, a belső és a külső. Ráadásul a következő legközelebbi szomszédok kétszer olyan messze vannak, tehát még mindig olyan nagyok, mint a telihold az összekapcsolás során. És még négy bolygó, amelyek összekapcsolódásuk során legalább a telihold fele legyenek. ”
Azt is jelezte, hogy kötődések orbitális pályán csaknem egyszer fordulnak elő, ami azt jelentené, hogy néhány naponta nem lesz hiány az égbolton áthaladó óriási tárgyakból. És természetesen ott lesznek a Nap is. Emlékezzünk arra a jelenetre a Csillagok háborújában, ahol egy fiatal Luke Skywalker a sivatagban lebegő két napot figyeli? Nos, ez egy kicsit így lenne, kivéve a sokkal hűvösebbet!
Raymond számításai szerint a kilenc Nap három óránként teljesít egy pályát a fekete lyuk körül. Húsz percenként ezen Napok egyike áthaladna a fekete lyuk mögött, mindössze 49 másodperc alatt. Ezen a ponton megtörténik a gravitációs lencse, ahol a fekete lyuk a Nap fényét a bolygó felé összpontosítja, és torzítja a Nap látszólagos alakját.
Annak szemléltetése érdekében, hogy ez hogyan néz ki, egy animációt (a fenti ábrán látható) hozott létre, amelyet a @GregroxMun hozott létre - egy bolygómodellező, aki Space Grafikát fejleszt a Kerbal és más programok számára - a Space Engine segítségével.
Noha egy ilyen rendszer soha nem fordulhat elő a természetben, érdekes tudni, hogy egy ilyen rendszer fizikailag lehetséges. És ki tudja? Talán egy kellően fejlett faj, amely képes csillagokat és bolygót egy rendszerből vontatni, és egy fekete lyuk körül körüli pályára helyezheti őket, megváltoztathatja ezt az Ultimate Naprendszert. Talán van valami a SETI kutatói számára?
Ez a hipotetikus gyakorlat volt a második részlet Raymond két részből álló sorozatában, melynek címe: „Fekete lyukak és bolygók”. Az első részletben, a „The Black Hole Solar System” -ben Raymond mérlegelte, hogy milyen lenne, ha a rendszerünk egy fekete lyuk-Sun bináris körül kering. Mint azt jelezte, a Földre és a többi Napföld bolygóra gyakorolt következmények enyhén szólva!
Raymond a közelmúltban kibővítette az Ultimate Naprendszert is, és előterjesztette a Million Earth Föld Naprendszert. Nézze meg mindet az ő honlapján, a PlanetPlanet.net oldalon.
