Kort efter at Einstein offentliggjorde sin teori om generel relativitet i 1915, begyndte fysikere at spekulere om eksistensen af sorte huller. Disse områder i rum-tid, hvorfra intet (ikke engang lys) kan undslippe, er det, der naturligt forekommer i slutningen af de mest massive stjerners livscyklus. Mens sorte huller generelt anses for at være glupske spiser, har nogle fysikere spekuleret på, om de også kunne støtte deres egne planetsystemer.
På baggrund af dette spørgsmål skabte Dr. Sean Raymond - en amerikansk fysiker i øjeblikket på University of Bourdeaux - et hypotetisk planetsystem, hvor et sort hul ligger i centrum. Baseret på en række gravitationsberegninger bestemte han, at et sort hul ville være i stand til at holde ni individuelle soler i en stabil bane omkring det, hvilket ville være i stand til at understøtte 550 planeter inden for en beboelig zone.
Han udnævnte dette hypotetiske system til "The Black Hole Ultimate Solar System", der består af et ikke-spinding sort hul, der er 1 million gange så massiv som Solen. Det er omtrent en fjerdedel af massen af Skytten A *, det supermassive sorte hul (SMBH), der ligger i midten af Mælkevejen Galaxy (som indeholder 4,31 millioner solmasser).
Som Raymond antyder, er en af de øjeblikkelige fordele ved at have dette sorte hul midt i et system, at det kan understøtte et stort antal soler. Af hensyn til sit system valgte Raymond 9, mente, at han indikerer, at mange flere kunne opretholdes takket være den rene gravitationspåvirkning fra det centrale sorte hul. Som han skrev på sin hjemmeside:
”I betragtning af hvor massivt det sorte hul er, kunne en ring holde op til 75 solskinner! Men det ville flytte den beboelige zone udad temmelig langt, og jeg vil ikke, at systemet skal blive for spredt. Så jeg bruger 9 solskin i ringen, der flytter alt ud med en faktor på 3. Lad os sætte ringen på 0,5 AU, godt uden for den inderste stabile cirkulære bane (ca. 0,02 AU), men godt inden for den beboelige zone (fra ca. 2,7 til 5,4 AU). ”
En anden vigtig fordel ved at have et sort hul i midten af et system er, at det krymper, hvad der er kendt som "Hill-radius" (alias Hill-sfære eller Roche-sfære). Dette er i det væsentlige regionen omkring en planet, hvor dens tyngdekraft er dominerende i forhold til stjernen, den kredser om, og kan derfor tiltrække satellitter. Ifølge Raymond ville en planet's Hill-radius være 100 gange mindre omkring et million-solsorte hul end omkring Solen.
Dette betyder, at et givet rumområde stabilt kan passe 100 gange flere planeter, hvis de kredsede om et sort hul i stedet for Solen. Som han forklarede:
”Planeter kan være super tæt på hinanden, fordi det sorte huls tyngdekraft er så stærk! Hvis planeter er lidt legetøj Varme hjulbiler, er de fleste planetariske systemer udformet som normale motorveje (sidebemærkning: Jeg elsker Hot hjul). Hver bil forbliver i sin egen bane, men bilerne er meget mindre end afstanden mellem dem. Omkring et sort hul kan planetariske systemer krympes ned til spor med varme hjul. Hot-hjulets biler - vores planeter - skifter slet ikke, men de kan forblive stabile, mens de er meget tættere på hinanden. De rører ikke (det ville ikke være stabilt), de er bare tættere på hinanden. ”
Det er dette, der gør det muligt for mange planeter at blive placeret i systemets beboelige zone. Baseret på Jordens Hill-radius estimerer Raymond, at ca. seks jordmasseplaneter kunne passe ind i stabile kredsløb inden for den samme zone omkring vores sol. Dette er baseret på det faktum, at jordmasseplaneter kunne være placeret ca. 0,1 AU fra hinanden og opretholde en stabil bane.
I betragtning af at Solens beboelige zone svarer stort set til afstandene mellem Venus og Mars - som er henholdsvis 0,3 og 0,5 AU væk - betyder det, at der er 0,8 AUs plads at arbejde med. Omkring et sort hul med 1 million solmasser kunne den nærmeste naboplanet være bare 1/1000th (0,001) af en AU væk og har stadig en stabil bane.
Hvis du laver matematik, betyder det, at cirka 550 jordarter kunne passe i den samme region, der kredser rundt om det sorte hul og dets ni soler. Der er en mindre ulempe ved hele dette scenarie, som er, at det sorte hul skulle være ved sin nuværende masse. Hvis det skulle blive større, ville det medføre, at Hill-radierne på de 550 planeter krymper sig yderligere og længere.
Når Hill-radius kom ned til det punkt, hvor det var i samme størrelse som nogen af jordmasseplaneterne, ville det sorte hul begynde at rive dem fra hinanden. Men ved 1 million solmasser er det sorte hul i stand til at understøtte et massivt planetsystem komfortabelt. ”Med vores sorte hul i det millioner solskin ville Jordens Hill-radius (på dens nuværende bane) allerede være nede til grænsen, bare lidt mere end to gange Jordens faktiske radius,” siger han.
Endelig overvejer Raymond de konsekvenser, som det ville have at leve i et sådant system. I et år ville et år på enhver planet inden for systemets beboelige zone være meget kortere, fordi deres omløbsperioder ville være meget hurtigere. Grundlæggende vil et år vare ca. 1,6 dage for planeter i den indre kant af den beboelige zone og 4,6 dage for planeter i yderkanten af den beboelige zone.
Derudover ville himlen være meget overfyldt på overfladen af enhver planet i systemet! Med så mange planeter i tæt bane sammen, ville de passere meget tæt på hinanden. Det betyder i det væsentlige, at mennesker fra overfladen af en hvilken som helst individuel jord ville være i stand til at se nærliggende jordarter så klare, som vi ser månen på nogle dage. Som Raymond illustrerede:
”Ved nærmeste tilgang (sammenhæng) er afstanden mellem planeter cirka det dobbelte af Jord-Månens afstand. Disse planeter er alle jordstore, omkring 4 gange større end Månen. Det betyder, at hver planet nærmeste nabo ved sammenhæng vises omtrent dobbelt så stor som fuldmåne på himlen. Og der er to nærmeste naboer, den indre og den ydre. Plus, de næste nærmeste naboer er dobbelt så langt væk, så de er stadig lige så store som fuldmåne under sammenhæng. Og yderligere fire planeter, der ville være mindst halvdelen af den fulde måne i størrelse under forbindelse. ”
Han angiver også, at konjunktioner ville forekomme næsten en gang pr. Bane, hvilket ville betyde, at der hver par dage ikke ville være mangel på kæmpe genstande, der passerer over himlen. Og selvfølgelig ville der være Solens selv. Kan du huske den scene i Star Wars, hvor en ung Luke Skywalker ser på to solnedgange i ørkenen? Nå, det ville lidt ligesom undtagen meget mere cool!
I henhold til Raymond's beregninger ville de ni soler fuldføre en bane rundt om det sorte hul hver tredje time. Hver tyve minut passerer en af disse solskin bag det sorte hul og tog kun 49 sekunder at gøre det. På dette tidspunkt ville gravitationslinsering forekomme, hvor det sorte hul ville fokusere solens lys mod planeten og forvrænge solens tilsyneladende form.
For at illustrere, hvordan dette ville se ud, giver han en animation (vist ovenfor) oprettet af @GregroxMun - en planetmodeller, der udvikler rumgrafik til Kerbal og andre programmer - ved hjælp af Space Engine.
Selvom et sådant system måske aldrig forekommer i naturen, er det interessant at vide, at et sådant system ville være fysisk muligt. Og hvem ved det? Måske kan en tilstrækkelig avanceret art med evnen til at trække stjerner og planeter fra et system og placere dem i kredsløb omkring et sort hul gøre dette ultimative solsystem. Noget for SETI-forskere at være på udkig efter, måske?
Denne hypotetiske øvelse var den anden rate i to-dels serien af Raymond, med titlen “Sorte huller og planeter”. I den første rate, ”The Black Hole Solar System”, overvejede Raymond, hvordan det ville være, hvis vores system kredsede rundt om et binært sort hul-Sun. Som han antydede, ville konsekvenserne for Jorden og de andre solplaneter være mildest sagt interessante!
Raymond udvidede også for nylig det ultimative solsystem ved at foreslå The Million Earth Solar System. Tjek dem alle ud på hans websted, PlanetPlanet.net.
