Teoreettisesti voi valtava määrä mahdollisesti asuttavia planeettoja olla vakailla kiertoradailla supermassiivisen mustan aukon ympärillä, kuten esimerkiksi kuvitteellinen Gargantua 2014-elokuvasta "Interstellar".
(Kuva: © Paramount Pictures)
Mustalla aukolla voi olla miljoonas planeettaa, joka kiertää sen lähellä ja jotka kykenevät tukemaan elämää sellaisena kuin me sen tunnemme, astrofysiikka ehdottaa.
Koska maapallolla on elämää käytännössä kaikkialla, missä nestemäistä vettä on, tähtitieteilijät arvioivat maailman usein mahdolliseksi asuttavaksi, jos se kiertää alueella, jolla nestemäinen vesi voisi selviytyä sen pinnalta. Aurinkomme "asuttavissa vyöhykkeissä" on vain yksi planeetta (Maa), mutta tarina voi olla erilainen muille tähtiille. Esimerkiksi TRAPPIST-1 -järjestelmässä on kolme maapallon planeettaa asutumisvyöhykkeellä.
Ranskan Bordeaux'n observatorion astrofysiikko Sean Raymond tutkii, miten planeettajärjestelmät muodostuvat ja kehittyvät. Raymond kirjoittaa osana saraketta nimeltään "Äärimmäisen aurinkokunnan rakentaminen". Hän suunnitteli nähdäkseen kuinka monta planeettaa voisi kiertää mustan aukon. [Kummallisimmat mustat aukot avaruudessa]
"Uskon, että voimme oppia ääripäistä ... ne ovat pohjimmiltaan sen laatikon rajoja, jota etsimme", Raymond kertoi Space.com: lle. "Tämä järjestelmä on yksi äärimmäisyys - pakkain kuviteltavissa. Se on hauska sekoitus mielikuvitusta ja tiedettä."
Nykyään on olemassa kahdenlaisia mustia aukkoja, joista tutkijat tietävät parhaiten, Raymond sanoi. Tähtimassan mustien reikien massa on yhtä suuri kuin muutaman auringon, ja ne muodostuvat, kun jättilähettäjät kuolevat ja romahtavat itseensä. Supermassiiviset mustat aukot ovat miljoonia tai miljardeja kertoja auringon massaa, ja niiden uskotaan olevan olemassa useimpien, ellei kaikkien, suurten galaksien sydämessä. (Kolmas luokka, keskimassan mustat aukot, ymmärretään huonosti.)
Mustat reiät ovat erittäin pienikokoisia. Musta aukko auringon massalla olisi vain 6 km: n leveä. Vertailun vuoksi, Jousimiehen A *, supermassiivisen mustan aukon, jonka ajatellaan varjelevan Linnunradan sydämessä, on noin 4 miljoonaa aurinkoa ja halkaisija noin 14,7 miljoonaa mailia (23,6 miljoonaa km) tai hiukan yli 40 prosenttia elohopean kiertoratasta auringon ympärillä.
Entä jos auringossa olisi mustan aukon seuralainen?
Fysiikan luokissa yleinen kysymys on kuvitella, mikä muuttuisi, jos aurinko korvataan saman massan mustalla aukolla, Raymond sanoi. Vastaus on, että mikään ei muutu planeettojen kiertoratojen suhteen - jos mustalla aukolla olisi sama massa kuin aurinko, kiertoradat pysyisivät samana. (Maan elämä kärsisi selvästi valon ja lämmön puutteesta tällaisessa tilanteessa, Raymond lisäsi.)
Jos aurinko lähestyi samansuuruista mustan aukon seuralaista - sanotaan esimerkiksi kymmenesosaan tähtitieteellisestä yksiköstä (AU) -, aurinkojärjestelmän planeettojen kiertoradat eivät muutu paljon, Raymond totesi. (Yksi AU on maan ja auringon välimatka - noin 93 miljoonaa mailia tai 150 miljoonaa km.)
Silti olettaen, että nämä planeetat pitivät saman etäisyyden auringosta kuin nyt, auringon ja sen mustan reiän kumppanin gravitaatiovetäminen johtaisi näihin maailmoihin saattamaan kiertoradallaan hiukan nopeammin, jolloin Maan vuosi pienenee 365 päivästä 258: een. päivää, hän sanoi.
Yllä olevassa skenaariossa aurinko ja musta reikä suorittaisivat kiertoradan toistensa kanssa joka 2.9 päivä. Tämä tarkoittaa sitä, että energian määrä, jonka Maa saa auringosta, vaihtelisi välillä 90–110 prosenttia sen keskiarvosta, kun aurinko liikkui kauempana maapallosta tai lähempänä maata.
"Se on kuin pomppiminen New Yorkin ja Miamin välillä ja takaisin joka 2.9 päivä", Raymond totesi. [Musta reikävisa: Kuinka hyvin tunnet luonnon outoimpia luomuksia?]
Entä jos supermassiivisessa mustassa aukossa olisi planeettojen rengas?
Sen lisäksi, että kuvittelee elämää tähtimassan mustan aukon ympärillä, Raymond laski myös kuinka monta potentiaalisesti asuttavaa planeettaa voisi mahtua supermassiivisen mustan aukon ympärille miljoona kertaa auringon massa. "Se on melkein yhtä massiivista kuin Linnunradan keskustassa", hän sanoi. Se olisi vain noin aurinkohalkaisija, hän lisäsi.
Auringon ympäri kiertoradat, joita planeettojen kulkee, voivat tulla vain niin lähelle toisiaan, ennen kuin niiden painovoimaveton vaikutukset hävittävät auringon vaikutukset, mikä johtaa epävakaisiin kiertoratoihin. Raymond totesi, että noin kuusi maapallon planeettaa mahtuu vakaisiin samankeskisiin kiertoradalle auringon asumisalueella.
Sitä vastoin supermassiivisen mustan aukon painovoimaveto on poikkeuksellisen vahva, tarpeeksi helposti ylikuormittaakseen planeettojen vetovoiman. Jos aurinko korvattaisiin miljoonalla aurinkokerroksen mustalla aukolla, 550 maapallon planeettaa mahtuisi vakaisiin samankeskeisiin kiertorahoihin asumisalueella, Raymond laski.
Supermassiivisen mustan aukon painovoima vetoa voimakkaammin kunkin planeetan puolella lähempänä mustaa reikää. Tämä venyttäisi asumiskelpoisen vyöhykkeen planeettoja ulos, vaikka ne eivät olisi riittävän lähellä päästäkseen repeytymään, Raymond sanoi.
Yksi tapa luoda asuttava alue tämän supermassiivisen mustan aukon ympärille on sijoittaa tähtiä sen ja planeettojen väliin. Yhdeksän aurinkoa muistuttavan 0,5 AU: n tähden rengas miljoonan aurinkoisen mustasta aukosta tekisi jokaisesta yllä olevan skenaarion 550 maapallon planeetasta potentiaalisesti asumiskelpoisia, Raymond sanoi.
"Olisi melko mielenkiintoista elää tämän järjestelmän planeetalla", Raymond totesi. "Kiertoradan suorittaminen mustan aukon ympärille kesti vain muutaman päivän - noin 1,6 päivää asutettavan alueen sisäreunalla ja 4,6 päivää ulkoreunalla." [10 eksoplaneettaa, jotka voivat isännöidä vieraita ihmisiä]
Lähin lähestymistapa tai yhdistelmä kahden tällaisen planeetan välillä, näiden maailmojen välinen etäisyys olisi "noin kaksinkertainen maan ja kuun etäisyyteen", Raymond totesi. "Yhdessä jokaisen planeetan lähin naapuri näyttää taivaassa noin kaksinkertaisen täysikuun kokoisella."
Lisäksi seuraavat lähimmät naapurit olisivat vain kahdesti kauempana, ja siten ne näyttäisivät olevansa niin suuria kuin täysikuu yhdistymisen aikana, Raymond sanoi. Hän lisäsi, että vielä neljä planeettaa olisi ainakin puolet täysikuun koosta. "Konjunktioita tapahtuu vähän vähemmän kuin kerran kiertoradalla, joten muutaman päivän välein taivaan läpi kulkee jättiläinen esineitä", hän sanoi.
Yhdeksän aurinkoa "olisi myös nähtävyys nähdä", Raymond sanoi. Jokainen suorittaisi kiertoradallaan mustan aukon ympärillä 3 tunnin välein.
"Tämä tarkoittaa, että joka 20. minuutti yksi auringosta kulkee mustan aukon takana", Raymond sanoi. "Kun aurinko kulkee mustan aukon takana, mustan aukon painovoima taivuttaa valoaan ja voi toimia kuin linssi. Se fokusoi auringon valon kohti planeettaa. Tämä vääristää auringon muodon renkaaseen ... aika suloinen valo näytä."
Lisäksi mustan aukon painovoima venyttäisi tähtiä. "Lähempänä mustaa reikää olevat tähdet näyttävät punaisemmilta ja mustasta aukosta kauempana olevat näyttävät sinisemmiltä", Raymond sanoi.
Miljoona planeettaa mustan aukon ympärillä
Aikaisemmassa skenaariossa jokainen planeetta oli yksin kiertoradallaan supermassiivisen mustan aukon ympärillä. Raymond mallitsi myös, mitä tapahtuisi, jos useita planeettoja jaettaisi kiertorata miljoonan aurinkoisen mustan aukon ympärille. Aiemmin Raymond laski, että 42 maapallon planeettaa voisi kiertää renkaassa 1 AU auringosta.
Jotta planeettojen rengas olisi vakaa, Raymond huomautti, että sen renkaan planeettojen on kaikilla oltava suunnilleen sama massa. Tällaisessa renkaassa on oltava myös vähintään seitsemän planeettaa, ja niiden on oltava tasaisesti etäisyydellä pyöreällä kiertoradalla.
Koska miljoonan aurinkoisen mustan aukon kiertoradalla oli yhdeksän auringonmuotoista tähteä, Raymond laski, että miljoona maapallon planeettaa voisi kiertää asuttamisvyöhykkeellä 400 renkaassa, ja jokaisessa oli 2500 planeettaa, jotka olivat etäisyydellä toisistaan samalla etäisyydellä kuin maan ja kuun välillä. Tässä skenaariossa planeetat kestäisivät taas missä tahansa 1,6 - 4,6 päivää suorittaakseen kiertoradan. [Maailmankaikkeuden omituisimmat mustat reiät]
Sen sijaan, että asetettaisiin yhdeksän aurinkoa muistuttavaa tähteä mustan aukon ja planeettojen väliin, Raymond ehdotti myös, että voitaisiin sijoittaa 36 aurinkoa muistuttavaa tähteä renkaaseen, jonka leveys on 6 AU. Tässä skenaariossa "jokainen planeetta kylpee auringonvalossa kaikista puolista - planeetoilla ei ole yön puolta", Raymond sanoi. "Se on kuin Asimovin pysyvä päiväsaikainen planeetta Kalgash."
"Et koskaan tunteisi olleensa yksin näissä järjestelmissä - muut planeetat tuntuvat valtavasti taivaalla", Raymond lisäsi. Naapuriplaneetit olisivat noin 10 kertaa lähempänä kuuta kuin Maa, mikä tarkoittaa, että ne näyttäisivät olevan "noin 40 kertaa suurempia taivaalla kuin täysikuu", Raymond sanoi. "Se on noin kannettavan tietokoneen koko, jota pidetään käsivarren päässä, vain taivaalla."
Jälkimmäisessä skenaariossa planeetat olisivat paljon lähempänä mustaa reikää, jokaisen suorittaessa kiertoradan vain noin 9 tunnissa. Tämä tarkoittaa, että ne kiertävät poikkeuksellisella nopeudella - noin 10 prosenttia valon nopeudesta. Einsteinin erikoissuhteellisuusteorian mukaan aika näyttää liikkuvat huomattavasti hitaammin, mitä lähemmäksi valon nopeus saavutetaan, joten "kaksi samanaikaisesti eri renkaissa syntynyttä vauvaa ikääntyisi hieman erilaisella nopeudella", Raymond sanoi. "Sisärenkaan vauva ikääntyy hieman hitaammin."
Renkaiden nopeuserot olisivat riittävän suuria, jotta avaruusaluksen ei olisi mahdollista matkustaa renkaasta toiseen millään nykyisellä tekniikalla, Raymond sanoi. Jokainen maailma kuitenkin jakaa renkaansa tuhansien muiden kanssa, ja naapuriplaneettojen välinen suhteellinen nopeus olisi melkein nolla. "Avaruushissi voisi yhdistää planeettoja", Raymond sanoi.
Jos kukin tietyn renkaan vierekkäisten planeettojen pari olisi kytketty toisiinsa, se muistuttaisi "Ringworldia", jättimäistä ulkomaalaisen megarakennetta Larry Nivenin samannimisessä tieteiskirjallisuudessa. "Ero tämän asennuksen ja Larry Nivenin teoksen" Ringworld "välillä on siinä, että tässä tapauksessa planeettojen välillä ei ole kelvollista pinta-alaa", Raymond sanoi.
Mistä nämä miljoonan planeetan järjestelmät voivat tulla? "Voin kuvitella erittäin edistyneitä muukalaisia, jotka luovat miljoonan maan aurinkojärjestelmän kaltaisen järjestelmän kosmisena taideteoksena, sellaisena kuin pilvenpiirtäjien tai maalattujen jäävuorien taidetta", Raymond sanoi. "Tapa sanoa:" Katso kuinka fancy olemme "suurimmassa mittakaavassa."
"Tai ehkä ulkomaalaiset loisivat tällaisen järjestelmän eläintarhaksi", Raymond sanoi. "Heillä voi olla kaltevuus ilmastossa kuumimmista kylmimpiin, ja he voivat varastoida planeettoja kaikenlaisten olentojen kanssa, jotka ne keräävät maailmankaikkeuden ympäri. Tietenkin heidän on oltava varovaisia, jotta ne eivät sijoita vääriä avaruusolentojen yhdistelmiä sama planeettojen rengas, koska se ei päätyisi hyvin. "
Kaiken kaikkiaan "on hyödyllistä yrittää löytää kaikki mahdolliset planeettajärjestelmät, jotka saattavat olla siellä", Raymond sanoi. "Joitakin löytöjä olisi voinut ennakoida" menemällä sinne "ja kuvitellemalla mahdollisuuksia, jotka ovat kaukana normista. Nämä järjestelmät ovat yhdistelmä tieteiskirjallisuutta ja" menemistä sinne "siinä mielessä."
"Tärkein asia, jota etsin, on yksinkertaisesti yrittää ajaa rajoja siihen, mikä mielestämme on mahdollista", Raymond totesi.
