Juodosios skylės galutinė saulės sistema: supermasyvi juodoji skylė, 9 žvaigždės ir 550 planetų
Netrukus po to, kai Einšteinas paskelbė savo Bendrosios reliatyvumo teorija 1915 metais fizikai pradėjo spėlioti apie juodųjų skylių egzistavimą. Šios erdvės laiko sritys, iš kurių niekas (net šviesa) negali ištrūkti, natūraliai atsiranda daugumos masyvių žvaigždžių gyvavimo ciklo pabaigoje. Nors paprastai manoma, kad juodosios skylės yra aistringos valgytojos, kai kurie fizikai susimąstė, ar jos galėtų palaikyti ir savo planetų sistemas.
Norėdamas atsakyti į šį klausimą, Daktaras Šonas Reimondas – amerikiečių fizikas, šiuo metu dirbantis Bourdeaux universitete – sukūrė hipotetinę planetų sistemą, kurios centre yra juodoji skylė. Remdamasis gravitacinių skaičiavimų serija, jis nustatė, kad juodoji skylė galėtų išlaikyti devynias atskiras Saules stabilioje orbitoje aplink save, kurios galėtų išlaikyti 550 planetų gyvenamojoje zonoje.
Šią hipotetinę sistemą jis pavadino „ Juodosios skylės galutinė saulės sistema “, kurią sudaro nesisukanti juodoji skylė, kuri yra 1 milijoną kartų didesnė už Saulę. Tai yra maždaug ketvirtadalis masės Šaulys A* , super masyvi juodoji skylė (SMBH), kuri yra Paukščių Tako galaktikos centre (kurioje yra 4,31 mln. Saulės masių).
Aptiktas neįprastai ryškus rentgeno blyksnis iš Sagittarius A*, supermasyvios juodosios skylės Paukščių Tako galaktikos centre. Autoriai: NASA/CXC/Stanfordas/I. Zhuravleva ir kt.
Kaip nurodo Raymondas, vienas iš tiesioginių šios juodosios skylės sistemos centre pranašumų yra tai, kad ji gali palaikyti daugybę Saulių. Savo sistemos labui Raymondas pasirinko 9, manydamas, kad daug daugiau gali būti išlaikyta dėl didžiulės centrinės juodosios skylės gravitacinės įtakos. Kaip jis rašė ant savo Interneto svetainė :
„Atsižvelgiant į tai, kokia didžiulė yra juodoji skylė, viename žiede gali tilpti iki 75 saulės! Tačiau tai gana toli išstumtų gyvenamąją zoną ir nenoriu, kad sistema pernelyg išsisklaidytų. Taigi žiede naudosiu 9 Saules, kurios viską išstumia 3 kartus. Pastatykime žiedą ties 0,5 AU, gerokai už vidinės stabilios žiedinės orbitos (apie 0,02 AU), bet gerokai už gyvenamosios zonos (nuo apie 2,7–5,4 AV).
Kitas svarbus juodosios skylės sistemos centre privalumas yra tai, kad ji sumažina vadinamąjį „kalvos spindulį“ (dar žinoma kaip kalvos sfera arba Roche sfera). Iš esmės tai yra aplink planetą esantis regionas, kuriame jos gravitacija dominuoja prieš žvaigždės, kurią ji skrieja, gravitaciją, todėl gali pritraukti palydovus. Raymondo teigimu, planetos Hill spindulys aplink milijoną saulės juodąją skylę būtų 100 kartų mažesnis nei aplink Saulę.
Tai reiškia, kad tam tikrame erdvės regione galėtų stabiliai tilpti 100 kartų daugiau planetų, jei jos skrietų aplink juodąją skylę, o ne aplink Saulę. Kaip jis paaiškino :
„Planetos gali būti labai arti viena kitos, nes juodosios skylės gravitacija yra tokia stipri! Jei planetos yra mažas žaislas Karšti ratai automobiliai, dauguma planetų sistemų yra išdėstytos kaip įprasti greitkeliai (šalutinė pastaba: aš myliu karštus ratus). Kiekvienas automobilis lieka savo eismo juostoje, tačiau automobiliai yra daug mažesni nei atstumas tarp jų. Aplink juodąją skylę planetinės sistemos gali būti sumažintos iki Hot ratų dydžio vikšrų. „Hot wheels“ automobiliai – mūsų planetos – visiškai nesikeičia, tačiau gali išlikti stabilūs, būdami daug arčiau vienas kito. Jie nesiliečia (tai nebūtų stabilu), jie tiesiog yra arčiau vienas kito.
Tai leidžia daugeliui planetų būti išdėstyti sistemos gyvenamojoje zonoje. Remdamasis Žemės kalvos spinduliu, Raymondas apskaičiavo, kad maždaug šešios Žemės masės planetos galėtų tilpti į stabilias orbitas toje pačioje zonoje aplink Saulę. Tai pagrįsta tuo, kad Žemės masės planetos gali būti nutolusios viena nuo kitos maždaug 0,1 AU atstumu ir išlaikyti stabilią orbitą.
Atsižvelgiant į tai, kad Saulės gyvenamoji zona apytiksliai atitinka atstumus tarp Veneros ir Marso, kurie yra atitinkamai 0,3 ir 0,5 AU atstumu, tai reiškia, kad yra 0,8 AU erdvės darbui. Tačiau aplink juodąją skylę, turinčią 1 milijoną saulės masių, artimiausia kaimyninė planeta gali būti tik 1/1000th(0,001) AU atstumu ir vis dar turi stabilią orbitą.
Apskaičiuojant tai reiškia, kad maždaug 550 Žemių galėtų tilpti tame pačiame regione, besisukančioje aplink juodąją skylę ir devynias Saules. Yra vienas nedidelis viso šio scenarijaus trūkumas – juodoji skylė turės išlikti dabartinės masės. Jei jis padidėtų, jo 550 planetų Hill spindulys vis labiau mažėtų.
Kai kalno spindulys sumažės iki tokio pat dydžio kaip bet kurios Žemės masės planetos, juodoji skylė pradės jas ardyti. Tačiau turėdama 1 milijoną Saulės masių, juodoji skylė gali patogiai palaikyti didžiulę planetų sistemą. „Turint mūsų milijoninę saulės juodąją skylę, Žemės kalvos spindulys (dabartinėje orbitoje) jau būtų nukritęs iki ribos, tik šiek tiek daugiau nei du kartus didesnis už tikrąjį Žemės spindulį“, – sako jis.
Žemę turinčių planetų, besisukančių aplink Saulę, orbitų iliustracija (juoda spalva) ir aplink supermasyvią juodąją skylę (žalia). Kreditas: Seanas Raymondas
Galiausiai Raymondas svarsto, kokias pasekmes turėtų gyvenimas tokioje sistemoje. Viena vertus, metai bet kurioje planetoje, esančioje sistemos gyvenamojoje zonoje, būtų daug trumpesni, nes jų orbitos periodai būtų daug greitesni. Iš esmės, metai užtruktų maždaug 1,6 dienos planetoms, esančioms vidiniame gyvenamosios zonos pakraštyje, ir 4,6 dienos planetoms, esančioms išoriniame gyvenamosios zonos pakraštyje.
Be to, bet kurios sistemos planetos paviršiuje dangus būtų daug labiau perpildytas! Kai tiek daug planetų skrieja glaudžiai kartu, jos praskris labai arti viena kitos. Tai iš esmės reiškia, kad nuo bet kurios atskiros Žemės paviršiaus žmonės galėtų matyti netoliese esančias Žemes taip aiškiai, kaip kai kuriomis dienomis matome Mėnulį. Kaip Raymondas iliustravo:
„Arčiausiai artėjant (konjunkcijai) atstumas tarp planetų yra maždaug du kartus didesnis už Žemės ir Mėnulio atstumą. Visos šios planetos yra Žemės dydžio, maždaug 4 kartus didesnės už Mėnulį. Tai reiškia, kad kiekvienos planetos artimiausias kaimynas danguje pasirodo maždaug dvigubai didesnis nei pilnatis. Ir yra du artimiausi kaimynai, vidinis ir išorinis. Be to, artimiausi kaimynai yra dvigubai toliau, todėl jie vis dar yra tokie dideli kaip pilnatis konjunkcijos metu. Ir dar keturios planetos, kurios konjunkcijos metu būtų bent pusės Mėnulio pilnaties dydžio.
Jis taip pat nurodo, kad konjunkcijos įvyktų beveik kartą per orbitą, o tai reikštų, kad kas kelias dienas dangumi netrūktų milžiniškų objektų. Ir, žinoma, būtų pačios Saulės. Prisiminkite tą „Žvaigždžių karų“ sceną, kai jaunas Lukas Skywalkeris stebi dvi dykumoje besileidžiančias saules? Na, tai būtų šiek tiek panašiai, išskyrus daug šaunesnių!
Remiantis Raymondo skaičiavimais, devynios Saulės kas tris valandas užbaigtų savo orbitą aplink juodąją skylę. Kas dvidešimt minučių viena iš šių Saulių praeidavo už juodosios skylės, tai užtrukdavo vos 49 sekundes. Šiuo metu įvyktų gravitacinis lęšis, kai juodoji skylė nukreiptų Saulės šviesą į planetą ir iškreiptų tariamą Saulės formą.
Norėdami parodyti, kaip tai atrodytų, jis pateikia animaciją (parodyta aukščiau), kurią sukūrė @GregroxMun – planetų modeliuotojas, kuriantis kosminę grafiką Kerbal ir kitoms programoms – naudojant Kosminis variklis .
Nors tokios sistemos gamtoje niekada ir neatsiras, įdomu žinoti, kad tokia sistema būtų fiziškai įmanoma. Ir kas žino? Galbūt pakankamai pažengusios rūšys, galinčios vilkti žvaigždes ir planetas iš vienos sistemos ir pastatyti jas į orbitą aplink juodąją skylę, galėtų sukurti šią galutinę saulės sistemą. Galbūt SETI tyrėjai turėtų ko nors ieškoti?
Šis hipotetinis pratimas buvo antroji Raymondo dviejų dalių serijos „Juodosios skylės ir planetos“ dalis. Pirmoje dalyje „ Juodosios skylės saulės sistema “, Raymondas svarstė, kaip būtų, jei mūsų sistema skrietų aplink juodąją skylę-Saulės dvejetainį elementą. Kaip jis nurodė, pasekmės Žemei ir kitoms Saulės planetoms būtų mažų mažiausiai įdomios!
Raymondas taip pat neseniai išplėtė galutinę saulės sistemą siūlydamas Milijoninė Žemės saulės sistema . Peržiūrėkite juos visus jo svetainėje, PlanetPlanet.net .
Papildoma literatūra: PlanetPlaneta