Величезна кількість потенційно заселених планет теоретично могла б існувати на стабільних орбітах навколо надмасивної чорної діри, як, наприклад, вигадана Гаргантуа з фільму 2014 року "Міжзіркова".
(Зображення: © Paramount Pictures)
Чорна діра може мати навколо неї мільйон планет, які потенційно здатні підтримати життя, як ми знаємо, астрофізик.
Оскільки на Землі існує життя практично скрізь, коли рідка вода існує на Землі, астрономи часто оцінюють світ як потенційно придатний для життя, якщо він орбітує в зоні, де рідка вода може виживати на його поверхні. У «заселеній зоні» нашого сонця розміщується лише одна планета (Земля), але історія може бути різною для інших зірок. Наприклад, система TRAPPIST-1 має три планети розміром Землі в межах своєї житлової зони.
Шон Реймонд, астрофізик в обсерваторії Бордо у Франції, досліджує, як планетарні системи формуються та розвиваються. У складі колони, яку Реймонд пише під назвою "Побудова кінцевої Сонячної системи", він вирішив побачити, скільки планет може обернутися навколо чорної діри. [Найстрашніші чорні діри в космосі]
"Я думаю, що ми можемо вчитися з крайнощів ... вони в основному є межами поля, в якому ми шукаємо", - сказав Реймонд для Space.com. "Ця система є однією крайністю - найбільш упакованою, яку можна уявити. Це веселе поєднання уяви та науки".
В даний час існує два види чорних дір, які вчені найкраще знають, сказав Реймонд. Чорні діри зоряної маси рівні за масою кількох сонців, і утворюються, коли гігантські зірки вмирають і обвалюються на собі. Надмасивні чорні діри - це мільйони в мільярди разів більше маси сонця, і, як вважається, існують у серцях більшості, якщо не всіх великих галактик. (Чорні діри третього класу, середні маси, погано вивчені.)
Чорні діри надзвичайно компактні. Чорна діра з масою сонця була б шириною близько 3,7 миль. Для порівняння, Стрілець А *, надмасивна чорна діра, яка, як вважається, ховається в основі Чумацького Шляху, має масу близько 4 мільйонів сонців і діаметр близько 14,7 мільйонів миль (23,6 мільйона км), або трохи більше 40 відсотків розміру орбіти Меркурія навколо Сонця.
Що робити, якщо на сонці був супутник чорної діри?
Поширене питання на уроках фізики - це уявити, що змінилося б, якби сонце замінили на чорну діру тієї ж маси, сказав Реймонд. Відповідь полягає в тому, що стосовно орбіт планет нічого не зміниться - якби чорна діра мала ту саму масу, що і Сонце, орбіти залишалися б однаковими. (Життя на Землі очевидно страждатиме від нестачі світла і тепла за такого сценарію, додав Реймонд.)
Якби у Сонця навколо нього орбітував супутник чорної діри рівною масою - на, скажімо, десяту частину астрономічної одиниці (АС) - орбіти планет Сонячної системи мало би змінилися, зазначив Реймонд. (Одне АС - відстань Земля-Сонце - близько 93 мільйонів миль, або 150 мільйонів км.)
Тим не менш, якщо припустити, що ці планети тримаються на тій же відстані від Сонця, що і зараз, гравітаційне тягнення Сонця та його партнера з чорної діри призведе ці світи до повної орбіти швидше, за рік Землі зменшиться з 365 днів до 258 днів, сказав він.
У вищеописаному сценарії сонце та чорна діра завершували б орбіту між собою кожні 2,9 дня. Це означає, що кількість енергії, яку Земля отримає від Сонця, коливатиметься від 90 до 110 відсотків від її середнього, коли Сонце рухається далі від Землі чи ближче до неї.
"Це як би стрибки між Нью-Йорком та Маямі та назад кожні 2,9 дня", - зазначив Реймонд. [Тест на чорну діру: наскільки добре ви знаєте дивні твори природи?]
Що робити, якщо надмасивна чорна діра мала кільце планет?
Окрім уявлення про життя навколо чорної діри зоряної маси, Реймонд також підрахував, скільки потенційно мешкаючих планет може розміститися навколо надмасивної чорної діри в 1 мільйон разів більше маси сонця. "Це майже настільки масивно, як і в центрі Чумацького Шляху", - сказав він. Йдеться лише про діаметр сонця, додав він.
Навколо Сонця орбіти, якими подорожують планети, можуть зблизитися лише так близько до того, як наслідки їхніх гравітаційних тягнень перейдуть на поверхню сонячних променів, що призводять до нестійких орбіт. Реймонд зазначив, що близько шести планет Земної маси можуть розміститися на стабільних концентричних орбітах в межах зони проживання Сонця.
Навпаки, гравітаційне тяжіння надмасивної чорної діри надзвичайно сильне, достатньо, щоб легко перекрити планети. Якби Сонце було замінено чорною дірою на мільйон сонячних мас, 550 планет земної маси могли б розміститися на стабільних концентричних орбітах в заселеній зоні, підрахував Реймонд.
Сила тяжіння надмасивної чорної діри буде тягнути сильніше на стороні кожної планети, ближче до чорної діри. Це дозволить розтягнути житлові планети, хоча вони не будуть досить близькими, щоб їх розірвати, - сказав Реймонд.
Один із способів створити житлову зону навколо цієї надмасивної чорної діри - розмістити зірки між нею та планетами. Кільце з дев'яти зірок, подібних до сонця, 0,5 АС з чорної діри мільйонним сонцем, зробить кожну з 550 планет земної маси у вищезгаданому сценарії потенційно придатною для проживання, зазначив Раймонд.
"Було б досить цікаво жити на планеті в цій системі", - зазначив Реймонд. "Для завершення орбіти навколо чорної діри знадобиться всього кілька днів - приблизно 1,6 дня на внутрішньому краю зони проживання та 4,6 дня на зовнішньому краю". [10 Екзопланет, які могли б приймати чуже життя]
При найближчому підході або сполученні між двома такими планетами відстань між цими світами становило б "приблизно вдвічі відстань Землі-Місяця", - зазначив Реймонд. "У поєднанні кожен найближчий сусід планети виявляється приблизно вдвічі більший за повний місяць на небі".
Крім того, наступні найближчі сусіди були б лише вдвічі далекішими, і таким чином вони виглядатимуть такими ж великими, як повний місяць під час сполучення, сказав Реймонд. Ще чотири планети мали б щонайменше половину розміру повного місяця під час сполучення, додав він. "Сполучення трапляються трохи рідше, ніж один раз на орбіту, тому кожні кілька днів відбувається небосхил гігантських предметів, що проходять через небо", - сказав він.
Дев'ять сонців "також були б видовищем", - сказав Реймонд. Кожен би виконував свою орбіту навколо чорної діри кожні 3 години.
"Це означає, що кожні 20 хвилин одне сонце проходило б за чорною дірою", - сказав Реймонд. "Коли сонце проходить за чорною дірою, сила тяжіння чорної діри відгинає своє світло і може діяти як лінза. Вона фокусує сонячне світло до планети. Це спотворює форму сонця на кільце ... досить солодке світло шоу ".
Крім того, зоряне світло буде розтягнуте силою тяжіння чорної діри. "Зірки, ближче до чорної діри, здадуться червонішими, а ті, що далі від чорної діри, будуть здаватися синішими", - сказав Реймонд.
Мільйон планет навколо чорної діри
За попереднім сценарієм кожна планета перебувала одна на своїй орбіті навколо надмасивної чорної діри. Реймонд також моделював, що буде, якби кілька планет розділили орбіту навколо чорної діри мільйонним сонцем. Раніше Реймонд підрахував, що 42 планети Земної маси можуть обертатися навколо кільця 1 АС від сонця.
Щоб мати стійке кільце планет, Реймонд зазначив, що планети в цьому кільці повинні мати приблизно однакову масу. У такому кільці також повинно бути не менше семи планет, і вони повинні бути рівномірно розташовані по круговій орбіті.
Враховуючи чорну діру мільйонного сонця з орбітальним кільцем з дев'яти зірок, схожих на сонце, Реймонд підрахував, що мільйон планет Земної маси можуть обертатися навколо зони заселення в 400 кілець, кожна з яких утримує 2500 планет, розташованих на відстані приблизно на тій же відстані, що і ця між Землею і Місяцем. У цьому сценарії планети знову потребувалимуть від 1,6 до 4,6 днів, щоб виконати орбіту. [Найстрашніші чорні діри у Всесвіті]
Замість розміщення дев'яти зірок, схожих на сонце, між чорною дірою та планетами, Реймонд також запропонував розмістити 36 сонечковидних зірок у кільце 6 AU. У цьому сценарії "кожна планета купається сонячним світлом з усіх боків - планети не мають нічної сторони", - сказав Реймонд. "Це як планета Калгаш на постійному дні".
"Ви ніколи не відчували себе самотніми в цих системах - інші планети будуть величезними в небі", - додав Реймонд. Сусідні планети були б приблизно в 10 разів ближче, ніж Місяць до Землі, тобто вони виявляться "приблизно в 40 разів більшими на небі, ніж повний місяць", - сказав Реймонд. "Це приблизно розмір портативного комп'ютера, який тримається під рукою, лише в небі".
У цьому останньому сценарії планети були б набагато ближче до чорної діри, кожна з яких закінчила орбіту лише за 9 годин. Це означає, що вони вийшли на орбіту з надзвичайною швидкістю - близько 10 відсотків швидкості світла. Згідно з теорією Ейнштейна про особливу відносність, час, здавалося б, помітно повільніше рухається, чим ближче до швидкості світла, так що "двоє немовлят, народжених в один і той же момент на різних кільцях, будуть старіти з дещо різними темпами", - сказав Реймонд. "Дитина на внутрішньому кільці старіє трохи повільніше".
Різниця в швидкості між кільцями була б досить великою, щоб, ймовірно, унеможливити переміщення космічного корабля від одного кільця до іншого за допомогою будь-якої сучасної технології, сказав Реймонд. Однак кожен світ ділиться своїм кільцем з тисячами інших, а відносна швидкість між сусідніми планетами була б майже нульовою. "Космічний ліфт міг би з'єднувати планети", - сказав Реймонд.
Якби кожна пара сусідніх планет уздовж даного кільця була з'єднана, це нагадувало б "Кільцевий світ", гігантську інопланетну мегаструктуру в однойменному науково-фантастичному епосі Ларрі Нівена. "Різниця між цією установкою та" Кільцевим світом "з книги Ларрі Нівена полягає в тому, що в цьому випадку між планетами немає життєвої площі", - сказав Реймонд.
Звідки можуть бути такі системи мільйонів планет? "Я можу уявити собі суперсучасні прибульці, які створюють таку систему, як Сонячна система мільйона Землі, як космічний витвір мистецтва, такий, як мистецтво хмарочосів або намальованих айсбергів", - сказав Реймонд. "Спосіб сказати:" Подивіться, наскільки ми фантазійні ", в наймасштабніших масштабах".
"Або, можливо, інопланетяни створили б таку систему як зоопарк", - сказав Реймонд. "Вони могли мати градієнт у кліматі від найгарячішого до найхолоднішого, і запасати планети всілякими істотами, які вони збирають по всесвіту. Звичайно, їм доведеться бути обережними, щоб не ставити неправильні комбінації космічних істот на те саме кільце планет, бо це не закінчилося б добре ".
Загалом, "корисно спробувати створити всі можливі планетарні системи, які можуть бути там", - сказав Реймонд. "Деякі відкриття можна було б передбачити, якщо" поїхати туди "і уявити можливості, що далеко поза нормою. Ці системи є поєднанням наукової фантастики і" туди "в цьому сенсі".
"Головне, за що я йду, - це просто спробувати просунути межі того, що ми вважаємо можливим", - підсумував Реймонд.
