Teoreetiliselt võiks tohutult palju potentsiaalselt asustatavaid planeete eksisteerida stabiilsetel orbiitidel supermassiivse musta augu ümber, nagu näiteks 2014. aasta filmi "Interstellar" väljamõeldud Gargantua.
(Pilt: © Paramount Pictures)
Mustas augus võiks olla selle ümber tiirlev miljon miljonit planeeti, mis on potentsiaalselt võimelised elu toetama, nagu me seda teame, soovitab astrofüüsik.
Kuna Maal on elu praktiliselt igal pool, kus vedel vesi eksisteerib, peavad astronoomid maailma sageli potentsiaalselt elamiskõlblikuks, kui see tiirleb vööndis, kus vedel vesi võiks pinnal elada. Meie päikese "asustatavas tsoonis" asub vaid üks planeet (Maa), kuid teiste tähtede puhul võiks lugu olla erinev. Näiteks on süsteemi TRAPPIST-1 asustatavas tsoonis kolm maapinna suurust planeeti.
Prantsusmaal Bordeauxi observatooriumi astrofüüsik Sean Raymond uurib, kuidas planeedisüsteemid tekivad ja arenevad. Veeru osana kirjutas Raymond pealkirjaga "Ülima päikesesüsteemi ehitamine", et ta näeks, mitu planeeti võiksid musta augu ümber tiirutada. [Kummalisemad mustad augud kosmoses]
"Arvan, et võime õppida äärmustest ... need on põhimõtteliselt selle kasti piirid, mida me otsime," rääkis Raymond Space.com-ile. "See süsteem on üks äärmus - kõige pakilisem kujutatav. See on lõbus segu kujutlusvõimest ja teadusest."
Praegu on kahte tüüpi mustaid auke, mida teadlased teavad kõige paremini, ütles Raymond. Tähemassi mustad augud on massis võrdsed mõne päikesega ja tekivad siis, kui hiiglaslikud tähed surevad ja ise kokku varisevad. Supermassiivsed mustad augud on miljoneid kuni miljardeid kordi suurem kui päikese mass ja arvatakse, et need esinevad enamiku, kui mitte kõigi suurte galaktikate südames. (Kolmas klass, keskmise massiga mustad augud) on halvasti mõistetav.)
Mustad augud on äärmiselt kompaktsed. Päikese massiga must auk oleks vaid 6,7 kilomeetrit lai. Võrdluseks - Amburi A *, ülitäpse musta augu, mida arvatakse varitsevat Linnutee keskmes, mass on umbes 4 miljonit päikest ja läbimõõduga umbes 14,7 miljonit miili (23,6 miljonit km) ehk pisut üle 40 Päikese ümber elavhõbeda orbiidi suurus protsenti protsenti.
Mis siis, kui päikesel oleks musta augu kaaslane?
Füüsikatundides on tavaline küsimus ette kujutada, mis muutuks, kui päike asendataks sama massiga musta auguga, ütles Raymond. Vastus on, et planeetide orbiitide osas ei muutu midagi - kui mustal augul oleks sama mass kui päikesel, jääksid orbiidid samaks. (Sellise stsenaariumi korral kannataks elu Maa peal ilmselgelt valguse ja soojuse puudumise all, lisas Raymond.)
Kui Päikese lähedal tiirleb võrdse massiga musta augu kaaslane - näiteks ühe kümnendiku astronoomilisest ühikust (AU) -, ei muutuks Päikesesüsteemi planeetide orbiidid palju, märkis Raymond. (Üks AU on Maa ja Päikese vahemaa - umbes 93 miljonit miili ehk 150 miljonit km.)
Eeldades siiski, et need planeedid hoidsid Päikesest sama kaugel kui praegu, viiks päikese ja tema musta augu partneri gravitatsiooniline tõmme nende maailmade orbiidid natuke kiiremini lõpule, maa-aasta vähenemisega 365 päevalt 258-ni päeva, ütles ta.
Ülaltoodud stsenaariumi korral täidaksid päike ja must auk üksteisega orbiidi iga 2,9 päeva tagant. See tähendab, et Maa päikeselt saadav energiakogus kõiguks 90–110 protsenti tema keskmisest, kui Päike liiguks Maast kaugemale või lähemale.
"See on nagu New Yorgi ja Miami vahel põrumine iga 2,9 päeva tagant," märkis Raymond. [Musta augu viktoriin: kui hästi teate looduse veidramat loomingut?]
Mis siis, kui supermassiivsel mustal augul oleks planeetide ring?
Lisaks kujutlusele tähemassiga musta augu ümber, arvutas Raymond ka selle, mitu potentsiaalselt asustatavat planeeti mahub supermassiivse musta augu ümber, mis on miljon korda suurem kui päikese mass. "See on peaaegu sama massiline kui Linnutee keskel," ütles ta. See oleks ainult päikese läbimõõdu kohta, lisas ta.
Päikese ümber võivad orbiidid, mida planeedid rändavad, jõuda ainult nii lähestikku, enne kui nende gravitatsiooniline tõmbejõud mõjutavad päikese mõju, viies ebastabiilsete orbiitideni. Raymond märkis, et umbes kuus maapõhist planeeti mahub päikese elamistsooni püsivasse kontsentrilisse orbiiti.
Seevastu supermassiivse musta augu gravitatsiooniline tõmbejõud on erakordselt tugev, piisavalt, et planeetide oma kergelt üle ujutada. Kui päike asendataks miljoni päikeses oleva massiga musta auguga, mahuks 550 maapinna planeeti asustatavas tsoonis stabiilsetele kontsentrilistele orbiitidele, arvutas Raymond.
Supermassiivse musta augu raskusjõud tõmbaks iga planeedi tugevamalt mustale augule lähemale. See venitaks elamiskõlblike tsoonide planeedid välja, ehkki Raymond ütles, et need pole piisavalt lähedal, et üksteisest lahti rebida.
Üks võimalus selle ülitäpse musta augu ümber elamiskõlbliku tsooni loomiseks on tähtede paigutamine selle ja planeetide vahele. Raymond ütles, et üheksa päikesepoolsest tähest koosnev rõngas, mis asub 0,5 AU kaugusel miljoni päikese suurusest mustast august, muudaks kõik ülaltoodud stsenaariumi 550 maapinna planeedi potentsiaalselt elamiskõlblikuks.
"Selle süsteemi planeedil oleks päris huvitav elada," märkis Raymond. "Musta augu ümber orbiidi täitmiseks kuluks vaid mõni päev - umbes 1,6 päeva asustatava tsooni siseservas ja 4,6 päeva välisservas." [10 eksoplaneeti, mis võiksid võõrast elu võõrustada]
Kahe sellise planeedi vahel lähimal lähenemisel või koostoimes oleks nende maailmade vaheline kaugus "umbes kaks korda suurem kui Maa-Kuu vahemaa", märkis Raymond. "Kooskõlas ilmub iga planeedi lähim naaber taevas umbes kaks korda täiskuu suurusele."
Lisaks oleksid järgmised lähimad naabrid vaid kaks korda kauem ja näeksid koosoleku ajal nii suured kui täiskuu, ütles Raymond. Veel neli planeeti oleks koosoleku ajal vähemalt poole täiskuust suurem, lisas ta. "Konjunktsioonid toimuvad orbiidi kohta pisut vähem kui üks kord, nii et iga paari päeva tagant on üle taeva liikuv hiiglaslik objekt," ütles ta.
Üheksa päikest "oleks ka vaatamisväärsus," ütles Raymond. Igaüks täidab oma orbiidi musta augu ümber iga 3 tunni tagant.
"See tähendab, et iga 20 minuti tagant läheks üks päike musta augu taha," sõnas Raymond. "Kui päike möödub musta augu taga, painutab musta augu raskusjõud oma valgust ja võib toimida nagu lääts. See fokuseerib päikesevalguse planeedi poole. See moonutab päikese kuju rõngaks ... päris magus valgus show ".
Pealegi venitaks tähevalgust musta augu raskusjõud. "Mustale augule lähemal olevad tähed tunduvad punasemad ja mustast august kaugemal olevad sinisemad," ütles Raymond.
Miljon auku ümber musta augu
Varasema stsenaariumi korral oli iga planeet üksi oma orbiidil ülimassiivse musta augu ümber. Raymond modelleeris ka seda, mis juhtuks, kui mitu planeeti jagaksid orbiidi miljoni päikese ümber musta augu ümber. Varem oli Raymond arvutanud, et 42 maapõhist planeeti võivad orbiidil tiirutada 1 AU ringis Päikesest.
Stabiilse planeedirõnga saamiseks märkis Raymond, et selle rõnga planeetidel peab kõigil olema umbes sama mass. Samuti peab sellises rõngas olema vähemalt seitse planeeti ja need peavad paiknema ühtlaselt ringikujulise orbiidi vahel.
Arvestades ühe miljoni päikesesirgelise tähega ringleva rõngaga miljoni päikese suurust auku, arvutas Raymond, et miljon Maakera planeeti võiksid orbiidil liikuda 400 ringis, igaüks neist hoiab 2500 planeeti umbes sama vahemaa kaugusel. Maa ja Kuu vahel. Selle stsenaariumi korral kuluks planeetide orbiidi täitmiseks jälle 1,6 kuni 4,6 päeva. [Kummalisemad mustad augud universumis]
Üheksa päikesesarnase tähe musta augu ja planeetide vahele asetamise asemel soovitas Raymond ka ühte päikesepaneeli paigutada 36 AU laiusesse rõngasse 36 päikesetaolist tähte. Selle stsenaariumi kohaselt "ujutatakse iga planeet igast küljest päikesevalgust - planeetidel pole öist poolt", ütles Raymond. "See on nagu Asimovi alaline päevane planeet Kalgash."
"Te ei tunneks end kunagi sellistes süsteemides üksi - teised planeedid varitsevad taevas tohutult," lisas Raymond. Naabersed planeedid oleksid umbes 10 korda lähemal kui Kuu Maale, mis tähendab, et nad paistaksid taevas "umbes 40 korda suuremaks kui täiskuu", ütles Raymond. "See on umbes käeulatuses oleva sülearvuti suurus, ainult taevas."
Selle viimase stsenaariumi korral oleksid planeedid mustale augule palju lähemal, sest kõik läbiksid orbiidi vaid umbes 9 tunniga. See tähendab, et nad tiirleksid erakordse kiirusega - umbes 10 protsenti valguse kiirusest. Einsteini erirelatiivsusteooria kohaselt näib, et aeg liigub märgatavalt aeglasemalt, seda lähemale jõuab valguse kiirus, nii et "kaks erineval rõngal samal hetkel sündinud last vananeksid pisut erineva kiirusega", ütles Raymond. "Sisemise rõnga peal olev laps vananeks pisut aeglasemalt."
Rõngaste kiiruse erinevused oleksid piisavalt suured, et tõenäoliselt ei oleks kosmoselaeval võimalik ühegi praeguse tehnoloogiaga ühest ringist teise liikuda, ütles Raymond. Kuid iga maailm jagaks oma rõnga tuhandete teistega ja naaberplaneetide suhteline kiirus oleks peaaegu null. "Kosmoslift võiks ühendada planeete," ütles Raymond.
Kui kõik teatud ringiga külgnevad naaberplaneedipaarid oleksid ühendatud, sarnaneks see "Ringmaailmaga", hiiglasliku tulnukate megastruktuuriga Larry Niveni samanimelises ulmeeposes. "Selle seadistuse ja" Ringworldi "erinevus Larry Niveni raamatust seisneb selles, et sel juhul ei ole planeetide vahel elamiskõlblikku pinda," ütles Raymond.
Kust sellised miljonite planeetide süsteemid pärit võivad olla? "Ma võin ette kujutada ülimarenenud tulnukaid, kes loovad sellise süsteemi nagu Maa Maa päikesesüsteem nagu kosmiline kunstiteos, nagu pilvelõhkujate või maalitud jäämägede kunst," sõnas Raymond. "Üks viis öelda:" Vaadake, kui uhked me oleme "kõige ulatuslikumal skaalal."
"Või äkki loovad välismaalased loomaaias sellise süsteemi," sõnas Raymond. "Neil võiks olla gradient kliimas kuumast kuni kõige külmemaks ja varuda planeete igasuguste olenditega, keda nad kogu universumis koguvad. Muidugi peaksid nad olema ettevaatlikud, et mitte panna kosmoseolendite valesid kombinatsioone sama planeediring, sest see ei lõpeks hästi. "
Kokkuvõttes: "on kasulik proovida leida kõiki võimalikke planeedisüsteeme, mis võivad seal väljas olla," sõnas Raymond. "Mõnda avastust oleks võinud ette näha sinna minnes ja ettekujutades võimalusi, mis jäävad normist kaugemale. Need süsteemid on selles mõttes ulme ja" sinna minemise "kombinatsioon."
"Peamine asi, mille poole ma lähen, on lihtsalt proovida lükata piirid sellele, mis meie arvates on võimalik," lõpetas Raymond.
