Незабаром після того, як Ейнштейн опублікував у 1915 р. Свою Теорію загальної відносності, фізики почали міркувати про існування чорних дір. Ці регіони простору-часу, з яких не втече нічого (навіть світло), - це те, що природно відбувається в кінці життєвого циклу наймасовіших зірок. У той час як чорні діри, як правило, вважаються ненажерливими людьми, деякі фізики задаються питанням, чи не могли б вони підтримувати власні планетарні системи.
Шукаючи вирішення цього питання, доктор Шон Реймонд - американський фізик, який зараз працює в університеті Бурдо - створив гіпотетичну планетарну систему, де в центрі лежить чорна діра. На підставі серії гравітаційних розрахунків він визначив, що чорна діра зможе утримувати дев’ять окремих Сонців на стабільній орбіті навколо неї, яка зможе підтримати 550 планет у межах житлової зони.
Він назвав цю гіпотетичну систему «Кінцевою сонячною системою чорної діри», яка складається з чорної діри, що не обертається, що в 1 мільйон разів масивніша, ніж Сонце. Це приблизно одна чверть маси Стрільця A *, надмасивної чорної діри (SMBH), яка знаходиться в центрі Галактики Чумацького Шляху (яка містить 4,31 мільйона сонячних мас).
Як вказує Реймонд, однією з найближчих переваг наявності цієї чорної діри в центрі системи є те, що вона може підтримувати велику кількість Сонця. Заради своєї системи Реймонд вибрав 9, вважаючи, що він вказує на те, що багато іншого можна підтримати завдяки чистому гравітаційному впливу центральної чорної діри. Як він написав на своєму веб-сайті:
“Враховуючи, наскільки масивна чорна діра, одне кільце може вмістити до 75 сонців! Але це зрушить житлову зону назовні досить далеко, і я не хочу, щоб система надто розповсюджувалася. Тому я буду використовувати 9 Сонця в кільці, яке виводить усе на коефіцієнт 3. Давайте поставимо кільце на 0,5 АС, добре поза внутрішньо стійкою круговою орбітою (приблизно 0,02 АС), але добре всередині мешкаючої зони (від приблизно від 2,7 до 5,4 АС). "
Інша основна перевага наявності чорної діри в центрі системи полягає в тому, що вона стискає те, що відоме як «радіус пагорба» (ака. Сфера пагорба або сфера Рош). Це, по суті, область навколо планети, де її сила тяжіння домінує над зіркою, на якій вона обертається, і тому може залучати супутники. За словами Реймонда, радіус пагорба планети був би в 100 разів меншим, приблизно на мільйон чорних дір, ніж навколо Сонця.
Це означає, що дана область космосу могла б стабільно поміститися в 100 разів більше планет, якби вони оберталися навколо чорної діри замість Сонця. Як він пояснив:
"Планети можуть бути супер близько один до одного, тому що сила тяжіння чорної діри настільки сильна! Якщо планети - це маленькі іграшкові машини з гарячими колесами, більшість планетних систем розташовані як звичайні шосе (бічна примітка: Я люблю гарячі колеса). Кожен автомобіль залишається на своїй смузі, але машини набагато значно менші, ніж відстань між ними. Навколо чорної діри планетарні системи можуть бути зменшені до слідів розміром з гарячими колесами. Автомобілі з гарячими колесами - наші планети - взагалі не змінюються, але вони можуть залишатися стабільними, будучи набагато ближче один до одного. Вони не торкаються (це не було б стійким), вони просто ближче один до одного. "
Саме це дозволяє багатьом планетам розміститись у зоні проживання системи. Виходячи з радіусу пагорба Землі, Реймонд оцінює, що приблизно шість планет Земної маси можуть вписатися на стабільні орбіти в межах однієї зони навколо нашого Сонця. Це ґрунтується на тому, що планети Земля-Маса могли бути розташовані приблизно в 0,1 АС одна від одної та підтримувати стабільну орбіту.
Зважаючи на те, що зона проживання Сонця приблизно відповідає відстаням між Венерою та Марсом - від них 0,3 та 0,5 АС відповідно - це означає, що для роботи потрібно 0,8 АС. Однак, навколо чорної діри з 1 мільйоном сонячних мас, найближча сусідня планета може бути лише 1/1000го (0,001) від АС вдалині і все ще мають стабільну орбіту.
Виконуючи математику, це означає, що приблизно 550 Землей могли розміститися в тому ж регіоні, що обертається навколо чорної діри та її дев'яти Сонців. Є весь незначний недолік у всьому цьому сценарії, який полягає в тому, що чорна діра повинна залишатися на своїй нинішній масі. Якби вона стала більшою, це призвело б до того, що радіуси пагорба своїх 550 планет скорочувалися все далі і далі.
Як тільки радіус Хілла опустився до точки, коли він був такого ж розміру, як і будь-яка з планет Земної маси, чорна діра почала би їх розривати. Але в 1 мільйон сонячних мас чорна діра здатна комфортно підтримувати масивну систему планет. "З нашою мільйонною чорною дірою радіус Хілла Землі (на його нинішній орбіті) вже знизиться до межі, трохи більше ніж удвічі більше від фактичного радіуса Землі", - говорить він.
Нарешті, Реймонд вважає наслідки, які матиме життя в такій системі. Для одного року рік на будь-якій планеті в межах житлової зони системи буде набагато коротшим, тому що їх орбітальні періоди будуть набагато швидшими. В основному, рік триватиме приблизно 1,6 днів для планет на внутрішньому краю заселеної зони та 4,6 днів для планет на зовнішньому краю зони проживання.
Крім того, на поверхні будь-якої планети системи небо було б набагато більш людно! Якщо стільки планет близько на орбіті разом, вони проходили б дуже близько одна до одної. Це по суті означає, що з поверхні будь-якої окремої Землі люди змогли б побачити сусідні Землі так само чітко, як ми бачимо Місяць у деякі дні. Як проілюстрував Реймонд:
"При найближчому підході (кон'юнкції) відстань між планетами приблизно вдвічі відстань Землі-Місяця. Ці планети мають розмір Землі, приблизно в 4 рази більше, ніж Місяць. Це означає, що в поєднанні найближчий сусід кожної планети виявляється приблизно вдвічі більший за повний Місяць на небі. І є два найближчих сусіда, внутрішній і зовнішній. Плюс до наступних сусідніх сусідів удвічі більше, тому вони все ще такі великі, як повний Місяць під час сполучення. І ще чотири планети, які мали б розмір принаймні половини повного Місяця під час з'єднання ».
Він також вказує, що сполучення відбуватимуться майже один раз на орбіту, а це означатиме, що кожні кілька днів не буде бракувати гігантських предметів, що проходять через небо. І звичайно, було б саме Сонце. Згадайте ту сцену в «Зоряних війнах», де молодий Люк Скайуокер спостерігає за двома сонечками, встановленими в пустелі? Ну, це було б трохи так, крім способу більш крутого!
За підрахунками Реймонда, дев'ять Сонців завершували б орбіту навколо чорної діри кожні три години. Кожні двадцять хвилин одне із цих Соняків проходило б за чорною дірою, зайнявши це всього 49 секунд. У цей момент відбудеться гравітаційне лінзування, де чорна діра зосереджує світло Сонця до планети та спотворює видиму форму Сонця.
Щоб проілюструвати, як це виглядатиме, він пропонує анімацію (показану вище), створену @GregroxMun - модельєром планети, який розробляє космічну графіку для Kerbal та інших програм - використовуючи Space Engine.
Хоча така система ніколи не може зустрічатися в природі, цікаво знати, що така система була б фізично можливою. А хто знає? Можливо, досить розвинений вид, здатний буксирувати зірки та планети з однієї системи та розміщувати їх на орбіті навколо чорної діри, міг би модифікувати цю Вищу Сонячну систему. Щось, можливо, дослідників SETI на пошуки?
Ця гіпотетична вправа стала другою частиною серії у двох частинах Реймонда під назвою «Чорні діри та планети». У першій партії "Сонячна система Чорної Діри" Реймонд розглядав, як було б, якби наша система орбітувала навколо чорної діри - НД. Як він зазначив, наслідки для Землі та інших сонячних планет були б, по крайней мере, цікавими!
Нещодавно Реймонд також розширився на Вищу Сонячну систему, запропонувавши Мільйонну сонячну систему. Перевірте їх на його веб-сайті PlanetPlanet.net.
