Teoriškai galėtų egzistuoti daugybė potencialiai tinkamų gyventi planetų stabiliose orbitose aplink supermasyvią juodąją skylę, tokią kaip išgalvotasis Gargantua iš 2014 m. Filmo „Tarpžvaigždinis“.
(Vaizdas: © „Paramount Pictures“)
Juodojoje skylėje gali būti 1 milijonas planetos, kuri aplink orbitą skrieja ir galinti palaikyti gyvybę, kaip mes ją žinome, siūlo astrofizikas.
Kadangi Žemėje beveik visada egzistuoja skystas vanduo, astronomai dažnai mano, kad pasaulis yra tinkamas gyventi, jei jis skrieja zonoje, kurioje jo paviršiuje galėtų išgyventi skystas vanduo. Mūsų saulės „gyvenamojoje zonoje“ yra tik viena planeta (Žemė), tačiau kitoms žvaigždėms istorija gali būti kitokia. Pavyzdžiui, TRAPPIST-1 sistemos gyvenamojoje zonoje yra trys Žemės dydžio planetos.
Bordo observatorijos Prancūzijoje astrofizikas Seanas Raymondas tiria, kaip formuojasi ir vystosi planetų sistemos. Kaip dalį stulpelio, kurį Raymondas rašo pavadinimu „Aukščiausiosios saulės sistemos sukūrimas“, jis išsirikiavo norėdamas pamatyti, kiek planetų galėtų apvažiuoti juodąją skylę. [Keisčiausios juodos skylės kosmose]
„Manau, kad galime pasimokyti iš kraštutinumų ... jie iš esmės yra dėžutės, kurioje mes ieškome, ribos“, - „Space.com“ pasakojo Raymondas. "Ši sistema yra vienas kraštutinumas - pati lengviausia įsivaizduoti. Tai įdomus vaizduotės ir mokslo mišinys."
Šiuo metu yra dvi juodųjų skylių rūšys, kurias mokslininkai žino geriausiai, sakė Raymondas. Žvaigždžių masės juodųjų skylių masė yra lygi kelioms saulėms ir susidaro, kai milžiniškos žvaigždės miršta ir pačios susigrūda. Supermasyvios juodosios skylės yra milijonai ar milijardai kartų didesnė už saulės masę ir, manoma, egzistuoja daugumos, jei ne visų, didelių galaktikų širdyse. (Trečios klasės, vidutinės masės, juodosios skylės, prastai suprantamos.)
Juodosios skylės yra ypač kompaktiškos. Juodoji skylė su saulės mase būtų tik 6,7 mylių. Palyginimui, Šaulys A *, didžiulė juodoji skylė, kuri, kaip manoma, glūdi Paukščių Tako širdyje, turi apie 4 milijonus saulės, o skersmuo yra apie 14,7 milijono mylių (23,6 milijono km) arba šiek tiek daugiau nei 40 Procentinis gyvsidabrio orbitos dydis aplink saulę.
O kas, jei saulė turėtų juodosios skylės kompanioną?
Dažnas fizikos užsiėmimų klausimas yra įsivaizduoti, kas pasikeistų, jei saulė būtų pakeista tos pačios masės juodąja skyle, sakė Raymondas. Atsakymas yra tas, kad planetų orbitų atžvilgiu niekas nepasikeis - jei juodosios skylės masė būtų tokia pati kaip saulės, orbita išliktų tokia pati. (Akivaizdu, kad gyvybei Žemėje kenktų šviesos ir šilumos trūkumas tokiame scenarijuje, pridūrė Raymondas.)
Jei saulė šalia jos orbituotų lygios masės juodosios skylės palydovą - tarkime, dešimtadalyje astronominio vieneto (AS) -, Saulės sistemos planetų orbitos beveik nepasikeistų, pažymėjo Raymondas. (Vienas AS yra Žemės ir Saulės atstumas - apie 93 milijonų mylių arba 150 milijonų km.)
Vis dėlto, darant prielaidą, kad šios planetos nuo saulės nutolusios tokiu pat atstumu kaip dabar, saulės ir jos juodosios skylės partnerio gravitacinis traukimas priverstų šiuos pasaulius šiek tiek greičiau užbaigti savo orbitas, Žemės metams sumažėjus nuo 365 dienų iki 258. dienų, sakė jis.
Aukščiau pateiktame scenarijuje saulė ir juodoji skylė užbaigs orbitą viena su kita kas 2,9 dienos. Tai reiškia, kad energijos, kurią Žemė gautų iš saulės, kiekis svyruotų nuo 90 iki 110 procentų jos vidurkio, kai saulė judėtų toliau nuo žemės ar arčiau žemės.
„Tai yra tarsi atšokimas tarp Niujorko ir Majamio ir atgal kas 2,9 dienos“, - pažymėjo Raymondas. [Juodosios skylės viktorina: kaip gerai tu žinai keisčiausius gamtos kūrinius?]
O kas, jei supermasyvi juodoji skylė turėtų žiedų planetas?
Be įsivaizduojamo gyvenimo aplink žvaigždžių masės juodąją skylę, Raymondas taip pat apskaičiavo, kiek potencialiai gyvenamų planetų gali tilpti aplink supermasyvią juodąją skylę, 1 milijoną kartų viršijančią saulės masę. "Tai beveik tokia pat masyvi kaip ir Paukščių Tako centre", - sakė jis. Jis būtų tik apie saulės skersmenį, pridūrė jis.
Aplink saulę orbitos, kuriomis keliauja planetos, gali būti tik taip arti, kol jų gravitacinis patraukimas nepakenks saulės spinduliams ir sukels nestabilias orbitas. Raymondas pažymėjo, kad maždaug šešios Žemės masės planetos gali tilpti į stabilias koncentrines orbitas saulės gyvenamojoje zonoje.
Priešingai, supermasyvios juodosios skylės gravitacinis traukimas yra ypač stiprus, pakankamas, kad lengvai užvaldytų planetų savybes. Jei saulė būtų pakeista milijoną saulės energijos turinčios juodosios skylės, 550 Žemės masės planetų galėtų tilpti stabiliose koncentrinėse orbitose gyvenamojoje zonoje, apskaičiavo Raymondas.
Supermasyvios juodosios skylės gravitacija stipriau trauktųsi kiekvienos planetos pusėje arčiau juodosios skylės. Tai ištiestų gyvenamosios zonos planetas, nors jos ir nebūtų pakankamai arti, kad galėtų atsiplėšti, sakė Raymondas.
Vienas iš būdų sukurti gyvenamąją zoną aplink šią didžiulę juodąją skylę yra žvaigždžių įdėjimas tarp jos ir planetų. Devynių į saulę panašių žvaigždžių žiedas, esantis 0,5 AU iš milijono saulės juodosios skylės, padarys kiekvieną iš 550 Žemės masės planetų, esančių aukščiau pateiktame scenarijuje, potencialiai tinkamas gyventi, sakė Raymondas.
„Gyventi šios sistemos planetoje būtų gana įdomu“, - pažymėjo Raymondas. "Orbita aplink juodąją skylę užtruktų tik keletą dienų - apie 1,6 dienos gyvenamajos zonos vidiniame krašte ir 4,6 dienos išoriniame krašte". [10 egzoplanetų, kurios galėtų gyventi svetimą gyvenimą]
Artimiausiu būdu arba jungiantis tarp dviejų tokių planetų, atstumas tarp šių pasaulių būtų „maždaug dvigubai didesnis už Žemės ir Mėnulio atstumą“, pažymėjo Raymondas. "Kartu su kiekviena artimiausia planetos kaimyne danguje pasirodo maždaug dvigubai daugiau mėnulio mėnulio."
Be to, artimiausi artimiausi kaimynai būtų tik dvigubai toli, taigi kartu pasirodytų tokie pat dideli, kaip mėnulio pilnatis, - sakė Raymondas. Dar keturios planetos jungimosi metu būtų bent perpus mažesnės nei mėnulio mėnulis, pridūrė jis. „Sujungimai įvyksta šiek tiek mažiau nei kartą per orbitą, todėl kas kelias dienas danguje praeina milžiniškų objektų banga“, - sakė jis.
Devynios saulės „taip pat būtų regėjimas“, - sakė Raymondas. Kiekvienas atliktų savo orbitą aplink juodąją skylę kas 3 valandas.
„Tai reiškia, kad kas 20 minučių viena saulė praeitų už juodosios skylės“, - sakė Raymondas. "Kai saulė praeina už juodosios skylės, juodosios skylės sunkio jėga sulenkia savo šviesą ir gali veikti kaip lęšis. Ji nukreipia saulės šviesą link planetos. Tai iškreipia saulės formą į žiedą ... gana saldi šviesa Rodyti."
Be to, žvaigždės šviesą ištiestų juodosios skylės gravitacija. „Žvaigždės, esančios arčiau juodosios skylės, pasirodys raudonesnės, o toliau esančios nuo juodosios skylės bus mėlynesnės“, - teigė Raymondas.
Milijonas planetų aplink juodąją skylę
Ankstesniame scenarijuje kiekviena planeta buvo atskirai savo orbitoje aplink supermasyviąją juodąją skylę. Raymondas taip pat modeliavo, kas nutiktų, jei kelios planetos pasidalintų orbita aplink milijoną saulės juodosios skylės. Anksčiau Raymondas apskaičiavo, kad 42 Žemės masės planetos galėtų orbituoti žiedo 1 AU atstumu nuo saulės.
Norėdamas turėti stabilų planetų žiedą, Raymondas pažymėjo, kad visos to žiedo planetos turi būti maždaug vienodos masės. Tokiame žiede taip pat turi būti mažiausiai septynios planetos ir jos turi būti tolygiai išdėstytos išilgai apskritos orbitos.
Turėdamas galvoje milijoną saulės juodųjų skylių, kurių žiedą sudaro devynios į saulę panašios žvaigždės, Raymondas apskaičiavo, kad milijonas Žemės masės planetų galėtų orbituoti gyvenamojoje zonoje 400 žiedų, kiekviena iš jų laikydama 2500 planetų, išsidėsčiusias maždaug tokiu pat atstumu, kaip ir šis. tarp Žemės ir Mėnulio. Pagal šį scenarijų planetos orbita vėl užtruktų nuo 1,6 iki 4,6 dienos. [Keisčiausios juodosios skylės Visatoje]
Užuot padėjęs devynias į saulę panašias žvaigždes tarp juodosios skylės ir planetų, Raymondas taip pat pasiūlė, kad į žiedą, kurio plotis 6 AU, būtų galima pastatyti 36 į saulę panašias žvaigždes. Pagal šį scenarijų „kiekviena planeta maudoma saulės spinduliuose iš visų pusių - planetos neturi naktinės pusės“, - sakė Raymondas. "Tai yra kaip Asimovo nuolatinė dienos planeta Kalgašas."
„Niekada nesijausite vienoje iš šių sistemų - kitos planetos danguje sustos milžiniškai“, - pridūrė Raymondas. Kaimyninės planetos būtų maždaug 10 kartų arčiau nei mėnulis yra Žemė, tai reiškia, kad jos danguje pasirodytų „maždaug 40 kartų didesnės nei mėnulio pilnatis“. "Tai maždaug tokio dydžio kaip nešiojamasis kompiuteris, laikomas rankos atstumu, tik danguje."
Pagal pastarąjį scenarijų planetos būtų kur kas arčiau juodosios skylės, kiekviena jų orbita pabaigtų vos per 9 valandas. Tai reiškia, kad jie skristų orbitoje nepaprastu greičiu - apie 10 procentų šviesos greičio. Remiantis Einsteino specialiojo reliatyvumo teorija, atrodo, kad laikas juda pastebimai lėčiau, tuo arčiau šviesos greičio, taigi, „du kūdikiai, gimę tuo pačiu metu ant skirtingų žiedų, sensta šiek tiek skirtingais greičiais“, - teigė Raymondas. "Kūdikis ant vidinio žiedo sensta šiek tiek lėčiau".
Raymondas teigė, kad žiedų greičio skirtumai būtų pakankamai dideli, kad kosminiu laivu būtų neįmanoma keliauti iš vieno žiedo į kitą naudojant bet kokią dabartinę technologiją. Tačiau kiekvienas pasaulis pasidalintų savo žiedu su tūkstančiais kitų, o santykis tarp kaimyninių planetų būtų beveik lygus nuliui. „Kosminis liftas galėtų sujungti planetas“, - sakė Raymondas.
Jei kiekviena gretimų planetų pora išilgai nurodyto žiedo būtų sujungta, ji primena „žiedinį pasaulį“, milžinišką svetimą megastruktūrą to paties pavadinimo Larry Niveno mokslinės fantastikos epe. „Skirtumas tarp šios sąrankos ir„ Ringworld “nuo Larry Niveno knygos yra tas, kad šiuo atveju tarp planetų nėra gyvo paviršiaus ploto“, - sakė Raymondas.
Iš kur gali atsirasti tokios milijonų planetų sistemos? „Aš galiu įsivaizduoti, kad labai pažengę ateiviai sukuria tokią sistemą, kaip milijonų Žemės žemės sistema, kaip kosminį meno kūrinį, panašų į dangoraižių ar dažytų ledkalnių meną“, - sakė Raymondas. "Būdas pasakyti:" Pažvelk, kokie mes išgalvoti ", didžiausioje skalėje."
„O gal ateiviai sukurs tokią sistemą kaip zoologijos sodą“, - sakė Raymondas. "Jie gali turėti klimatą nuo šilčiausio iki šalčiausio laipsnio ir aprūpinti planetas visomis būtybėmis, kurias jie surenka visoje visatoje. Žinoma, jie turėjo būti atsargūs, kad ant netinkamų kosminių būtybių derinių nepatektų. tas pats planetų žiedas, nes tai gerai nepasibaigtų “.
Apskritai, „naudinga pabandyti sugalvoti visas įmanomas planetų sistemas, kurios ten galėtų būti“, - sakė Raymondas. "Kai kuriuos atradimus buvo galima numatyti" nuvykus ten "ir įsivaizduojant galimybes, kurios yra toli už normos. Šios sistemos yra mokslinės fantastikos ir" nuvykimo ten "ta prasme derinys."
„Pagrindinis dalykas, kurio siekiu, yra tiesiog bandymas peržengti tai, kas, mūsų manymu, įmanoma“, - padarė išvadą Raymond.
