Rett etter at Einstein publiserte sin teori om generell relativitet i 1915, begynte fysikere å spekulere om eksistensen av sorte hull. Disse områdene i romtid som ingenting (ikke engang lys) kan unnslippe fra, er det som naturlig oppstår på slutten av de mest massive stjerners livssyklus. Mens sorte hull generelt antas å være glupske spiser, har noen fysikere lurt på om de også kunne støtte deres egne planetariske systemer.
Dr. Sean Raymond - en amerikansk fysiker som for tiden er ved University of Bourdeaux - opprettet et spørsmål om å opprette dette spørsmålet - opprettet et hypotetisk planetarisk system der et svart hull ligger i sentrum. Basert på en serie gravitasjonsberegninger, bestemte han seg for at et svart hull ville være i stand til å holde ni individuelle soler i en stabil bane rundt det, som vil kunne støtte 550 planeter i en beboelig sone.
Han kalte dette hypotetiske systemet "The Black Hole Ultimate Solar System", som består av et ikke-spinnende svart hull som er 1 million ganger så massivt som Solen. Det er omtrent en fjerdedel av massen til Skytten A *, det supermassive sorte hullet (SMBH) som ligger i sentrum av Melkeveis galaksen (som inneholder 4,31 millioner solmasser).
Som Raymond antyder, er en av de umiddelbare fordelene ved å ha dette sorte hullet i sentrum av et system at det kan støtte et stort antall soler. Av hensyn til systemet hans valgte Raymond 9, mente han indikerer at mange flere kunne opprettholdes takket være den rene gravitasjonspåvirkningen fra det sentrale sorte hullet. Som han skrev på sin hjemmeside:
“Gitt hvor massivt det sorte hullet er, kan en ring holde opptil 75 soler! Men det ville flytte den beboelige sonen utover ganske langt, og jeg vil ikke at systemet skal bli for spredt. Så jeg bruker 9 Suns i ringen, som beveger alt ut med en faktor på 3. La oss sette ringen på 0.5 AU, godt utenfor den innerste stabile sirkulære bane (ca. 0,02 AU), men godt innenfor den beboelige sonen (fra omtrent 2,7 til 5,4 AU). ”
En annen stor fordel med å ha et svart hull i midten av et system er at det krymper det som kalles "Hill-radius" (også kalt Hill-sfære eller Roche-sfære). Dette er i hovedsak regionen rundt en planet der dens tyngdekraft er dominerende i forhold til stjernen den kretser rundt, og kan derfor tiltrekke seg satellitter. I følge Raymond ville en planetens Hill-radius være 100 ganger mindre rundt et millionsols svart hull enn rundt solen.
Dette betyr at et gitt romområde stabilt kan passe 100 ganger flere planeter hvis de gikk i bane rundt et svart hull i stedet for Solen. Som han forklarte:
Planeter kan være supernære hverandre, fordi tyngdekraften i det sorte hullet er så sterk! Hvis planeter er lite leketøy Hot hjul biler, er de fleste planetariske systemer lagt ut som normale motorveier (sidebeskjed: Jeg elsker Hot hjul). Hver bil holder seg i sin egen bane, men bilene er mye mindre enn avstanden mellom dem. Rundt et svart hull kan planetariske systemer krympes helt ned til spor med varme hjul. Hot Wheel-bilene - planetene våre - endres ikke i det hele tatt, men de kan forbli stabile mens de er mye nærmere hverandre. De berører ikke (det ville ikke være stabilt), de er bare nærmere hverandre. ”
Det er dette som gjør at mange planeter kan plasseres i systemets beboelige sone. Basert på Earth's Hill-radius, anslår Raymond at omtrent seks jordmasseplaneter kan passe inn i stabile baner i den samme sonen rundt solen vår. Dette er basert på det faktum at planetenes jordmasse kunne være fordelt omtrent 0,1 AU fra hverandre og opprettholde en stabil bane.
Gitt at solens beboelige sone tilsvarer omtrent avstandene mellom Venus og Mars - som ligger henholdsvis 0,3 og 0,5 AU - betyr dette at det er 0,8 AUs rom å jobbe med. Imidlertid, rundt et svart hull med 1 million solmasser, kan den nærmeste naboplaneten være bare 1/1000th (0,001) av en AU borte og har fortsatt en stabil bane.
Hvis du gjør regnestykket, betyr dette at omtrent 550 jordarter kan passe i samme region som kretser rundt det sorte hullet og dets ni soler. Det er en mindre ulempe med hele dette scenariet, som er at det sorte hullet måtte forbli i sin nåværende masse. Hvis den skulle bli større, ville det føre til at Hill-radiene på 550 planeter krymper seg lenger og lenger.
Når Hill-radiusen kom ned til punktet der den var i samme størrelse som noen av jordmasseplaneter, ville det sorte hullet begynne å rive dem fra hverandre. Men ved 1 million solmasser er det svarte hullet i stand til å støtte et massivt planetsystem komfortabelt. "Med vårt millionsol-sorte hull ville Jordens Hill-radius (på sin nåværende bane) allerede være nede på grensen, bare litt mer enn det dobbelte av jordens faktiske radius," sier han.
Til slutt vurderer Raymond implikasjonene det å ha i et slikt system vil ha. For ett ville et år på en hvilken som helst planet i systemets beboelige sone være mye kortere, på grunn av at omløpsperiodene deres ville være mye raskere. I utgangspunktet vil et år vare omtrent 1,6 dager for planeter i den indre kanten av den beboelige sonen og 4,6 dager for planeter i ytterkanten av den beboelige sonen.
I tillegg, på overflaten av en hvilken som helst planet i systemet, ville himmelen være mye mer overfylt! Med så mange planeter i tett bane sammen, ville de passere veldig nær hverandre. Det betyr egentlig at fra overflaten til en hvilken som helst individuell jord vil mennesker kunne se jordene i nærheten like klare som vi ser månen noen dager. Som Raymond illustrerte:
”Ved nærmeste tilnærming (konjunksjon) er avstanden mellom planetene omtrent det dobbelte avstanden mellom jord og måne. Disse planetene er alle jordstore, omtrent fire ganger større enn månen. Dette betyr at hver planet nærmeste nabo ser ut til å være dobbelt så stor som fullmånen på himmelen. Og det er to nærmeste naboer, den indre og ytre. I tillegg er de nærmeste naboene dobbelt så langt unna, så de er fortsatt like store som fullmånen under konjunktjonen. Og ytterligere fire planeter som ville være minst halvparten av fullmåne i størrelse under forbindelse. ”
Han indikerer også at konjunktjoner ville oppstå nesten en gang per bane, noe som vil bety at det noen få dager ikke ville være mangel på gigantiske gjenstander som passerer over himmelen. Og selvfølgelig ville det være Solens selv. Husker du den scenen i Star Wars der en ung Luke Skywalker ser på to solnedganger i ørkenen? Vel, det ville litt sånn, bortsett fra mye kulere!
I følge Raymond beregninger skulle de ni solene fullføre en bane rundt det sorte hullet hver tredje time. Hvert tjue minutt passerte en av disse solene bak det sorte hullet, og tok bare 49 sekunder å gjøre det. På dette tidspunktet skulle gravitasjonslinsering forekomme, der det sorte hullet ville fokusere solens lys mot planeten og forvrenge solens tilsynelatende form.
For å illustrere hvordan dette ville se ut, gir han en animasjon (vist over) opprettet av @GregroxMun - en planetmodell som utvikler romgrafikk for Kerbal og andre programmer - ved bruk av Space Engine.
Selv om et slikt system aldri kan oppstå i naturen, er det interessant å vite at et slikt system ville være fysisk mulig. Og hvem vet? Kanskje en tilstrekkelig avansert art, med evnen til å slepe stjerner og planeter fra ett system og plassere dem i bane rundt et svart hull, kan lage dette ultimative solsystemet. Noe for SETI-forskere å være på utkikk etter, kanskje?
Denne hypotetiske øvelsen var det andre avsnittet i to-delt serie av Raymond, med tittelen “Svarte hull og planeter”. I den første delen, "The Black Hole Solar System", vurderte Raymond hvordan det ville være om systemet vårt gikk i bane rundt en svart hull-Sun-binær. Som han antydet, konsekvensene for Jorden og de andre solplanetene vil være mildt sagt interessante!
Raymond har også nylig utvidet Ultimate Solar System ved å foreslå The Million Earth Solar System. Sjekk dem alle på nettstedet hans, PlanetPlanet.net.
