Krátce poté, co Einstein publikoval své Teorie obecné relativity v roce 1915 začali fyzici spekulovat o existenci černých děr. Tyto oblasti časoprostoru, ze kterých nemůže uniknout nic (ani světlo), se přirozeně vyskytují na konci životního cyklu nejhmotnějších hvězd. Zatímco černé díry jsou obecně považovány za nenasytné jedlíky, někteří fyzici přemýšleli, zda by také mohly podporovat vlastní planetární systémy.
Chcete-li odpovědět na tuto otázku, Dr. Sean Raymond – americký fyzik v současné době na univerzitě v Bourdeaux – vytvořil hypotetický planetární systém, kde uprostřed leží černá díra. Na základě řady gravitačních výpočtů určil, že černá díra by byla schopna udržet devět jednotlivých Sluncí na stabilní oběžné dráze kolem sebe, což by bylo schopno podporovat 550 planet v obyvatelné zóně.
Tento hypotetický systém pojmenoval „ The Black Hole Ultimate Solar System “, který se skládá z neotočné černé díry, která je 1 milionkrát hmotnější než Slunce. To je zhruba čtvrtina hmotnosti Střelec A* , supermasivní černá díra (SMBH), která sídlí v centru galaxie Mléčná dráha (která obsahuje 4,31 milionů slunečních hmot).
Detekce neobvykle jasného rentgenového záblesku ze Sagittarius A*, supermasivní černé díry v centru galaxie Mléčná dráha. Poděkování: NASA/CXC/Stanford/I. Zhuravleva a kol.
Jak naznačuje Raymond, jednou z okamžitých výhod této černé díry ve středu systému je to, že může podporovat velké množství Sluncí. V zájmu svého systému si Raymond vybral 9, myslel si, že naznačuje, že mnohem více by mohlo být udrženo díky pouhému gravitačnímu vlivu centrální černé díry. Jak napsal na svém webová stránka :
'Vzhledem k tomu, jak masivní je černá díra, jeden prstenec pojme až 75 Sluncí! Ale to by obyvatelnou zónu posunulo hodně daleko a já nechci, aby se systém příliš rozprostřel. Použiji tedy 9 Sluncí v prstenci, což posune vše ven faktorem 3. Položme prstenec na 0,5 AU, tedy hodně mimo nejvnitřnější stabilní kruhovou dráhu (přibližně 0,02 AU), ale dobře uvnitř obyvatelné zóny (od asi 2,7 až 5,4 AU).
Další velkou výhodou černé díry ve středu systému je to, že zmenšuje to, co je známé jako „Hillův poloměr“ (také znám jako Hillova koule nebo Rocheova koule). Toto je v podstatě oblast kolem planety, kde její gravitace převládá nad gravitací hvězdy, kolem níž obíhá, a může proto přitahovat satelity. Podle Raymonda by byl Hill poloměr planety kolem černé díry s milionem sluncí 100krát menší než kolem Slunce.
To znamená, že do dané oblasti vesmíru by se mohlo stabilně vejít 100krát více planet, pokud by obíhaly kolem černé díry místo Slunce. Jako on vysvětlil :
'Planety mohou být velmi blízko sebe, protože gravitace černé díry je tak silná! Pokud jsou planety malá hračka Horká kola auta, většina planetárních systémů je uspořádána jako normální dálnice (poznámka: miluji Hot Wheels). Každé auto zůstane ve svém jízdním pruhu, ale auta jsou mnohem menší, než je vzdálenost mezi nimi. Kolem černé díry lze planetární systémy zmenšit až na dráhy o velikosti Hot Wheels. Auta Hot Wheels – naše planety – se vůbec nemění, ale mohou zůstat stabilní a přitom být mnohem blíže u sebe. Nedotýkají se (to by nebylo stabilní), jsou jen blíž u sebe.'
To umožňuje, aby mnoho planet bylo umístěno do obyvatelné zóny systému. Na základě poloměru Earth's Hill Raymond odhaduje, že asi šest planet o hmotnosti Země by se mohlo vejít na stabilní oběžné dráhy ve stejné zóně kolem našeho Slunce. To je založeno na skutečnosti, že planety o hmotnosti Země by mohly být od sebe vzdáleny zhruba 0,1 AU a udržovat si stabilní oběžnou dráhu.
Vzhledem k tomu, že obyvatelná zóna Slunce odpovídá zhruba vzdálenostem mezi Venuší a Marsem – které jsou vzdálené 0,3 a 0,5 AU – znamená to, že je zde 0,8 AU prostoru pro práci. Kolem černé díry s 1 milionem slunečních hmotností by však nejbližší sousední planeta mohla být jen 1/1000čt(0,001) AU daleko a stále mají stabilní oběžnou dráhu.
Když to spočítáme, znamená to, že do stejné oblasti obíhající kolem černé díry a jejích devíti Sluncí by se vešlo zhruba 550 Zemí. Celý tento scénář má jednu menší nevýhodu, a tou je, že černá díra by musela zůstat na své současné hmotnosti. Pokud by se zvětšila, způsobilo by to, že by se Hillovy poloměry jeho 550 planet zmenšovaly dál a dál.
Jakmile se poloměr Hill dostane do bodu, kdy bude mít stejnou velikost jako kterákoli z planet o hmotnosti Země, černá díra je začne trhat na kusy. Ale při hmotnosti 1 milionu slunečních hmotností je černá díra schopna pohodlně unést masivní systém planet. 'S naší černou dírou o velikosti miliónu Slunce by poloměr Země Hill (na její současné oběžné dráze) již byl na hranici limitu, jen o něco více než dvojnásobek skutečného poloměru Země,' říká.
Ilustrace těsně zaplněných drah planet o hmotnosti Země na oběžné dráze kolem Slunce (černě) vs. kolem supermasivní černé díry (zelená). Kredit: Sean Raymond
Nakonec Raymond zvažuje důsledky, které by život v takovém systému měl. Za prvé, rok na jakékoli planetě v obyvatelné zóně systému by byl mnohem kratší, protože jejich oběžné doby by byly mnohem rychlejší. V zásadě by rok trval zhruba 1,6 dne pro planety na vnitřním okraji obyvatelné zóny a 4,6 dne pro planety na vnějším okraji obyvatelné zóny.
Navíc na povrchu jakékoli planety v systému by byla obloha mnohem přeplněnější! S tolika planetami na blízké oběžné dráze by procházely velmi blízko sebe. To v podstatě znamená, že z povrchu jakékoli jednotlivé Země by lidé mohli vidět blízké Země tak jasně, jako v některých dnech vidíme Měsíc. Jak Raymond ilustroval:
„Při největším přiblížení (konjunkci) je vzdálenost mezi planetami asi dvojnásobkem vzdálenosti Země-Měsíc. Všechny tyto planety mají velikost Země, asi 4krát větší než Měsíc. To znamená, že při konjunkci se nejbližší soused každé planety objeví na obloze přibližně dvakrát větší než Měsíc v úplňku. A jsou tam dva nejbližší sousedé, vnitřní a vnější. Navíc nejbližší sousedé jsou dvakrát tak daleko, takže jsou stále stejně velcí jako Měsíc v úplňku během konjunkce. A další čtyři planety, které by během konjunkce měly velikost alespoň poloviny Měsíce v úplňku.“
Uvádí také, že ke konjunkcím dojde téměř jednou za oběžné dráze, což by znamenalo, že každých pár dní nebude nouze o obří objekty procházející oblohou. A samozřejmě by tam bylo i samotné Slunce. Vzpomínáte si na scénu ze Star Wars, kde mladý Luke Skywalker sleduje dvě slunce zapadající v poušti? No, to by bylo trochu jako, až na mnohem víc cool!
Podle Raymondových výpočtů by devět Sluncí dokončilo oběh kolem černé díry každé tři hodiny. Každých dvacet minut by jedno z těchto Sluncí prošlo za černou díru, přičemž to trvalo pouhých 49 sekund. V tomto bodě by nastala gravitační čočka, kde by černá díra zaostřila sluneční světlo směrem k planetě a zkreslila zdánlivý tvar Slunce.
Pro ilustraci, jak by to vypadalo, poskytuje animaci (viz výše), kterou vytvořil @GregroxMun – planetární modelář, který vyvíjí vesmírnou grafiku pro Kerbal a další programy – pomocí Vesmírný motor .
I když se takový systém nemusí v přírodě nikdy vyskytovat, je zajímavé vědět, že takový systém by byl fyzicky možný. A kdo ví? Snad dostatečně pokročilý druh, se schopností odtáhnout hvězdy a planety z jednoho systému a umístit je na oběžnou dráhu kolem černé díry, by mohl vytvořit tuto konečnou sluneční soustavu. Možná něco, co by měli výzkumníci SETI hledat?
Toto hypotetické cvičení bylo druhým dílem dvoudílné série od Raymonda s názvem „Černé díry a planety“. V prvním díle „ Sluneční soustava Černá díra “, Raymond uvažoval, jaké by to bylo, kdyby naše soustava obíhala kolem dvojhvězdy černá díra-Slunce. Jak naznačil, důsledky pro Zemi a další sluneční planety by byly přinejmenším zajímavé!
Raymond také nedávno rozšířil o Ultimate Solar System návrhem Sluneční soustava Milion Země . Podívejte se na všechny na jeho webu, PlanetPlanet.net .
Další čtení: PlanetPlanet