Kæmpe antal potentielt beboelige planeter kunne teoretisk findes i stabile kredsløb omkring et supermassivt sort hul, såsom den fiktive Gargantua fra 2014-filmen "Interstellar."
(Billede: © Paramount Pictures)
Et sort hul kan have 1 million planeter, der kredser i nærheden af det, der potentielt er i stand til at støtte livet, som vi kender det, antyder en astrofysiker.
Da der er liv praktisk talt overalt der findes flydende vand på Jorden, dømmer astronomer ofte en verden som potentielt beboelig, hvis det kredser i en zone, hvor flydende vand kunne overleve på dens overflade. Vores sols "beboelige zone" er vært for kun en planet (Jorden), men historien kunne være anderledes for andre stjerner. F.eks. Har TRAPPIST-1-systemet tre jordstørrelsesplaneter inden for dens beboelige zone.
Sean Raymond, en astrofysiker ved Observatoriet i Bordeaux i Frankrig, undersøger hvordan planetsystemer dannes og udvikles. Som en del af en søjle skriver Raymond kaldet "Bygning af det ultimative solsystem", satte han sig for at se, hvor mange planeter der kunne omgå et sort hul. [De underligste sorte huller i rummet]
"Jeg tror, vi kan lære af ekstremiteterne ... de er dybest set grænserne for det felt, som vi søger i," fortalte Raymond til Space.com. "Dette system er en ekstrem - det mest pakket tænkelige. Det er en sjov blanding af fantasi og videnskab."
Der er i øjeblikket to slags sorte huller, som forskere ved bedst, sagde Raymond. Sorte huller i stjernemasse er lige store i masse som et par solskin og dannes, når gigantiske stjerner dør og kollapser på sig selv. Supermassive sorte huller er millioner til milliarder gange solens masse og antages at eksistere i hjertet af de fleste, hvis ikke alle, store galakser. (En tredje klasse, sorte huller med mellemmasse, er dårligt forstået.)
Sorte huller er ekstremt kompakte. Et sort hul med solmassen ville kun være ca. 6 km bred. Til sammenligning har Skytten A *, det supermassive sorte hul, der antages at lurer i hjertet af Mælkevejen, en masse på omkring 4 millioner solskin og en diameter på ca. 14,7 millioner miles (23,6 millioner km), eller lidt mere end 40 procent størrelsen på Merkurius bane omkring solen.
Hvad hvis solen havde en ledsager af sort hul?
Et almindeligt spørgsmål i fysikklasser er at forestille sig, hvad der ville ændre sig, hvis solen blev erstattet med et sort hul af samme masse, sagde Raymond. Svaret er, at intet ville ændre sig med hensyn til planeternes bane - hvis det sorte hul havde samme masse som solen, ville banerne forblive de samme. (Livet på Jorden ville åbenlyst lide under manglen på lys og varme i et sådant scenarie, tilføjede Raymond.)
Hvis solen havde en ensartet masse af sort hulkammer, der kredsede i nærheden af det - ved for eksempel en tiendedel af en astronomisk enhed (AU) - ville banerne i solsystemets planeter ikke ændre sig meget, bemærkede Raymond. (En AU er jord-solafstanden - ca. 93 millioner miles eller 150 millioner km.)
Hvis man antager, at disse planeter holdt samme afstand fra solen, som de gør nu, ville solens tyngdepunkt og dens sorte hulpartner føre til, at disse verdener afslutter deres bane lidt hurtigere, med Jordens år faldende fra 365 dage til 258 dage, sagde han.
I ovenstående scenarie ville solen og det sorte hul fuldføre en bane med hinanden hver 2.9 dag. Dette betyder, at den mængde energi, Jorden ville modtage fra solen, vil svinge mellem 90 procent og 110 procent af dens gennemsnit, når solen bevægede sig længere fra eller nærmere Jorden.
"Det er som at hoppe mellem New York og Miami og tilbage hver 2.9 dag," bemærkede Raymond. [Sort hulquiz: Hvor godt kender du naturens underlige kreationer?]
Hvad hvis et supermassivt sort hul havde en ring med planeter?
Ud over at forestille sig livet omkring et sort hul i stjernemassen beregnet Raymond også, hvor mange potentielt beboelige planeter der måtte passe omkring et supermassivt sort hul 1 million gange solens masse. ”Det er næsten lige så massivt som det i midten af Mælkevejen,” sagde han. Det ville kun dreje sig om solens diameter, tilføjede han.
Rundt om solen kan banerne, som planeter rejser, kun komme så tæt sammen, før virkningen af deres tyngdekraft overvælder solens effekter, hvilket fører til ustabile baner. Raymond bemærkede, at omkring seks jordmasseplaneter kan passe i stabile koncentriske kredsløb inden for solens beboelige zone.
I modsætning hertil er et supermassivt sort huls tyngdekraft ekstraordinært stærkt, nok til let at overvælde planeterne. Hvis solen blev erstattet med et millionhulsmasset sort hul, kunne 550 jordmasseplaneter passe ind i stabile koncentriske kredsløb i den beboelige zone, beregnet Raymond.
Det supermassive sorte huls tyngdekraft ville trække stærkere på siden af hver planet tættere på det sorte hul. Dette ville strække planerne for beboelig zone ud, selvom de ikke ville være tæt nok til at blive revet fra hinanden, sagde Raymond.
En måde at skabe en beboelig zone omkring dette supermassive sorte hul er at placere stjerner mellem det og planeterne. En ring på ni sollignende stjerner 0,5 AU fra et millionsols sort hul ville gøre hver af de 550 jordmasseplaneter i ovenstående scenarie potentielt beboelig, sagde Raymond.
"Det ville være ret interessant at bo på en planet i dette system," bemærkede Raymond. "Det ville tage blot et par dage at færdiggøre en bane omkring det sorte hul - omkring 1,6 dage i den indre kant af den beboelige zone og 4,6 dage i den ydre kant." [10 eksoplaneter, der kunne være vært for fremmed liv]
Ved den nærmeste tilgang, eller sammenhæng, mellem to sådanne planeter, ville afstanden mellem disse verdener være "omtrent det dobbelte af Jord-månens afstand", bemærkede Raymond. "Ved forbindelse vises hver planets nærmeste nabo omtrent dobbelt så stor som månen på himlen."
Derudover ville de næste nærmeste naboer kun være dobbelt så langt væk, og derfor ville se så store ud som fuldmåne under sammenhæng, sagde Raymond. Fire flere planeter ville være mindst halvdelen af størrelsen på fuldmånen under konjunktionen, tilføjede han. "Konjunktioner sker lidt mindre end én gang om kredsløb, så der hver par dage er der en knebling af gigantiske genstande, der passerer over himlen," sagde han.
De ni solnedgange "ville også være et syn at se," sagde Raymond. Hver ville afslutte sin bane omkring det sorte hul hver 3. time.
”Det betyder, at en af solerne hvert 20. minut passerer bag det sorte hul,” sagde Raymond. "Når en sol passerer bag det sorte hul, bøjer det sorte hul tyngdekraft sit lys og kan fungere som en linse. Det fokuserer solens lys mod planeten. Dette forvrænger solens form til en ring ... et temmelig sødt lys at vise."
Endvidere ville stjernelys blive strakt ud af det sorte huls tyngdekraft. ”Stjerner tættere på det sorte hul ville se rødere ud, og de længere væk fra det sorte hul ville synes blåere,” sagde Raymond.
En million planeter omkring et sort hul
I det forudgående scenario var hver planet alene i sin bane omkring det supermassive sorte hul. Raymond modellerede også, hvad der ville ske, hvis flere planeter delte en bane omkring et millionhul sort hul. Tidligere beregnet Raymond, at 42 jordmasseplaneter kunne bane i en ring 1 AU fra solen.
For at have en stabil ring af planeter bemærkede Raymond, at planeter i den ring alle må have nogenlunde samme masse. Der skal også være mindst syv planeter i en sådan ring, og de skal være jævnt fordelt langs en cirkulær bane.
I betragtning af et million-solsorte hul med en kredsløb med ni sollignende stjerner, beregnet Raymond, at en million planter af jordmassen kunne bane rundt i den beboelige zone i 400 ringe, der hver indeholdt 2.500 planeter fordelt fra hinanden med omtrent den samme afstand som den mellem Jorden og månen. I dette scenarie ville planeter igen tage overalt fra 1,6 til 4,6 dage for at afslutte en bane. [De mærkeligste sorte huller i universet]
I stedet for at placere ni sollignende stjerner mellem det sorte hul og planeterne, foreslog Raymond også, at man kunne placere 36 sollignende stjerner i en ring 6 AU bred. I dette scenarie "hver planet bades i sollys fra alle sider - planeterne har ingen natteside," sagde Raymond. "Det er som Asimovs planet til permanent dag Kalgash."
"Du vil aldrig føle dig alene i disse systemer - de andre planeter ville væve enormt i himlen," tilføjede Raymond. Naboplaneter ville være ca. 10 gange tættere end månen er på Jorden, hvilket betyder, at de ville forekomme "omkring 40 gange større på himlen end fuldmåne," sagde Raymond. "Det er omtrent på størrelse med en bærbar computer, der holdes inden for rækkevidde, kun op på himlen."
I dette sidstnævnte scenarie ville planeterne være meget tættere på det sorte hul og hver afslutte en bane på kun ca. 9 timer. Dette betyder, at de kredser i ekstraordinære hastigheder - cirka 10 procent af lysets hastighed. I henhold til Einsteins teori om særlig relativitet kan tiden se ud til at bevæge sig mere langsomt, jo tættere man kommer lysets hastighed, så "to babyer, der er født på samme øjeblik på forskellige ringe, ældes med lidt forskellige hastigheder," sagde Raymond. "Babyen på den inderste ring ældes lidt langsommere."
Forskellene i hastighed mellem ringene ville være store nok til sandsynligvis at gøre det umuligt for et rumskib at rejse fra en ring til en anden med nogen aktuel teknologi, sagde Raymond. Hver verden ville imidlertid dele sin ring med tusinder af andre, og den relative hastighed mellem naboplaneter ville være næsten nul. "En rumhejs kunne forbinde planeter," sagde Raymond.
Hvis hvert par af naboplaneter langs en given ring var forbundet, ville det ligne en "Ringworld", en gigantisk fremmed megastruktur i Larry Nivens science-fiction-epos med samme navn. "Forskellen mellem denne opsætning og 'Ringworld' fra Larry Nivens bog er, at der i dette tilfælde ikke er et beboeligt overfladeareal mellem planeterne," sagde Raymond.
Hvor kan sådanne millionplanet-systemer komme fra? "Jeg kan forestille mig superavancerede udlændinge, der skaber et system som det millionjordiske solsystem som et kosmisk kunstværk, ligesom kunsten at skyskrabere eller malede isbjerge," sagde Raymond. "En måde at sige, 'Se, hvor smarte vi er,' i den største skala."
"Eller måske udlændinge ville skabe denne form for system som en zoologisk have," sagde Raymond. "De kunne have en gradient i klima fra det hotteste til det koldeste og lagerføre planeterne med alle mulige væsner, de samler overalt i universet. Selvfølgelig skulle de være forsigtige med ikke at lægge de forkerte kombinationer af rumvæsener på den samme ring af planeter, fordi det ikke ville ende godt. "
Alt i alt "er det nyttigt at prøve at finde frem til alle de mulige planetariske systemer, der måtte være derude," sagde Raymond. "Nogle opdagelser kunne have været forventet ved 'at gå der' og forestille sig muligheder, der er langt uden for normen. Disse systemer er en kombination af science fiction og 'at gå der' i den forstand."
"Det vigtigste, jeg går efter, er simpelthen at prøve at skubbe grænserne for det, vi mener er muligt," konkluderede Raymond.
