Krátko po Einsteinovej publikácii teórie všeobecnej relativity v roku 1915 fyzici začali špekulovať o existencii čiernych dier. Tieto oblasti časopriestoru, z ktorých nemôže uniknúť nič (dokonca ani svetlo), sú prirodzene sa vyskytujúce na konci životného cyklu najmasívnejších hviezd. Zatiaľ čo čierne diery sa všeobecne považujú za nenásytných jedákov, niektorí fyzici uvažovali, či by mohli podporovať aj svoje vlastné planetárne systémy.
Sean Raymond, americký fyzik, ktorý je v súčasnosti na univerzite v Bourdeaux, sa snažil vyriešiť túto otázku a vytvoril hypotetický planétový systém, v ktorom leží čierna diera v strede. Na základe viacerých gravitačných výpočtov určil, že čierna diera by bola schopná udržať okolo deviatich samostatných Slnka na stabilnej obežnej dráhe, ktorá by dokázala podporovať 550 planét v obytnej zóne.
Tento hypotetický systém nazval „Ultimate Solar System The Black Hole“, ktorý pozostáva z čiernej diery, ktorá sa netočí, ktorá je miliónkrát väčšia ako Slnko. To je zhruba štvrtina hmotnosti Strelca A *, superhmotnej čiernej diery (SMBH), ktorá sa nachádza v strede Galaxie Mliečnej dráhy (ktorá obsahuje 4,31 milióna slnečných hmôt).
Ako naznačuje Raymond, jednou z okamžitých výhod tejto čiernej diery v strede systému je to, že dokáže uniesť veľké množstvo slnečných lúčov. Pre svoj systém si Raymond vybral 9, myslel si, že naznačuje, že vďaka čírym gravitačným vplyvom centrálnej čiernej diery by sa dalo udržať oveľa viac. Ako napísal na svoju webovú stránku:
„Vzhľadom na to, aká veľká je čierna diera, mohol jeden prsteň pojať až 75 slnka! Ale to by posunulo obývateľnú zónu dosť ďaleko a nechcem, aby sa systém príliš rozšíril. Použijem teda 9 Slnka v kruhu, ktoré všetko posunú o faktor 3. Dáme prsteň na 0,5 AU, dobre mimo najvnútornejšiu stabilnú kruhovú obežnú dráhu (asi 0,02 AU), ale dobre vnútri obývateľnej zóny (od asi 2,7 až 5,4 AU). “
Ďalšou veľkou výhodou, ktorú má čierna diera v strede systému, je to, že zmenšuje to, čo je známe ako „polomer kopca“ (aka. Hill sphere alebo Roche sphere). Toto je v podstate oblasť okolo planéty, kde je jej gravitácia dominantná nad gravitáciou hviezdy, na ktorej obieha, a preto môže priťahovať satelity. Podľa Raymonda by polomer planéty bol stokrát menší ako čierna diera okolo milióna slnečných lúčov ako okolo Slnka.
To znamená, že daná oblasť vesmíru by sa mohla stabilne zmestiť na 100-krát viac planét, keby obiehala čiernu dieru namiesto Slnka. Ako vysvetlil:
„Planéty môžu byť veľmi blízko seba, pretože gravitácia čiernej diery je taká silná! Ak sú planéty malé autá s horúcimi kolesami, väčšina planétových systémov je usporiadaná ako normálne diaľnice (vedľajšia poznámka: Milujem horúce kolesá). Každé auto zostáva vo svojom vlastnom jazdnom pruhu, ale autá sú oveľa menšie ako vzdialenosť medzi nimi. Okolo čiernej diery môžu byť planétové systémy zmenšené až na trate s veľkosťou horúcich kolies. Autá s horúcimi kolesami - naše planéty - sa vôbec nemenia, ale môžu zostať stabilné, zatiaľ čo sú oveľa bližšie k sebe. Nedotýkajú sa (to by nebolo stabilné), sú si navzájom bližšie. “
To umožňuje umiestnenie mnohých planét s obytnou zónou systému. Na základe polomeru zemského kopca Raymond odhaduje, že približne šesť planét Zeme sa môže zmestiť na stabilné obežné dráhy v tej istej zóne okolo nášho Slnka. Je to založené na skutočnosti, že planéty Zemskej hmoty mohli byť od seba vzdialené približne 0,1 AU a udržiavať stabilnú obežnú dráhu.
Vzhľadom na to, že obývateľná zóna Slnka zhruba zodpovedá vzdialenostiam medzi Venušou a Marsom, ktoré sú vzdialené 0,3 a 0,5 AU, znamená to, že je k dispozícii 0,8 AU priestoru. Avšak okolo čiernej diery s 1 miliónom solárnych hmôt by najbližšia susedná planéta mohla byť len 1/1000th (0,001) AU ďalej a stále majú stabilnú obežnú dráhu.
Ak to urobíme matematicky, znamená to, že približne 550 Zeme sa zmestí do tej istej oblasti obiehajúcej čiernu dieru a jej deväť Slnka. Celý tento scenár má jednu malú nevýhodu, a to, že čierna diera by musela zostať na svojej súčasnej hmotnosti. Keby sa zväčšila, spôsobilo by to, aby sa polomery kopca svojich 550 planét zmenšovali ďalej a ďalej.
Keď sa polomer kopca znížil na miesto, kde bola rovnaká veľkosť ako ktorákoľvek z planét na Zemi, čierna diera by ich začala roztrhávať. Ale pri 1 milióne solárnych hmôt je čierna diera schopná pohodlne podporovať obrovský systém planét. „S našou čiernou dierou v miliónoch Slnko by už polomer Zeme (na jeho súčasnej obežnej dráhe) už klesol na hranicu, len o niečo viac ako dvojnásobok skutočného polomeru Zeme,“ hovorí.
Nakoniec Raymond zvažuje dôsledky, ktoré by mal život v takomto systéme. Jeden rok by bol na ktorejkoľvek planéte v obytnej zóne systému oveľa kratší, pretože by obežné obežné obdobia boli oveľa rýchlejšie. Rok by v podstate trval približne 1,6 dňa pre planéty na vnútornom okraji obývateľnej zóny a 4,6 dňa pre planéty na vonkajšom okraji obývateľnej zóny.
Navyše, na povrchu akejkoľvek planéty v systéme bude obloha oveľa viac preplnená! S toľkými planétami na obežnej dráhe spolu by prešli veľmi blízko pri sebe. To v podstate znamená, že z povrchu akejkoľvek jednotlivej Zeme by ľudia mohli vidieť blízke Zeme tak jasné, ako vidíme Mesiac v niektorých dňoch. Ako Raymond ilustroval:
„Pri najbližšom priblížení (spojení) je vzdialenosť medzi planétami približne dvojnásobná vzdialenosť Zem - Mesiac. Všetky tieto planéty sú všetky veľkosti Zeme, asi štyrikrát väčšie ako Mesiac. To znamená, že pri spojení sa najbližší sused každej planéty objaví na oblohe asi dvojnásobok veľkosti úplňku. A sú tu dvaja najbližší susedia, vnútorný a vonkajší. Navyše, najbližší susedia sú dvakrát tak ďaleko, aby boli počas spojenia stále takí veľkí ako spln. A ďalšie štyri planéty, ktoré by mali počas spojenia aspoň polovicu úplňku. “
Naznačuje tiež, že ku konjunkcii by došlo takmer raz na obežnú dráhu, čo by znamenalo, že každých niekoľko dní nebude nedostatok obřích objektov prechádzajúcich po oblohe. A samozrejme by existovali aj samotné Slnko. Spomeňte si na scénu v Star Wars, kde mladý Luke Skywalker sleduje dve slnka zapadnuté v púšti? No, bolo by to trochu také, až na to, že je oveľa chladnejšie!
Podľa Raymondových výpočtov by deväť Slnka dokončilo obežnú dráhu okolo čiernej diery každé tri hodiny. Každých dvadsať minút prejde jedno z týchto Slnka za čiernu dieru, čo trvá len 49 sekúnd. V tomto okamihu by došlo k gravitačnému šošovke, kde čierna diera by zamerala slnečné svetlo na planétu a skreslila zdanlivý tvar Slnka.
Na ilustráciu toho, ako by to vyzeralo, poskytuje animáciu (zobrazenú vyššie) vytvorenú @GregroxMunom - modelom planéty, ktorý vyvíja vesmírnu grafiku pre Kerbal a ďalšie programy - pomocou Space Engine.
Aj keď sa takýto systém nemusí v prírode nikdy vyskytovať, je zaujímavé vedieť, že takýto systém by bol fyzicky možný. A kto vie? Možno, že dostatočne pokročilý druh, schopný ťahať hviezdy a planéty z jedného systému a umiestňovať ich na obežnú dráhu okolo čiernej diery, by mohol túto Ultimate Solar System vytvoriť. Niečo pre výskumníkov SETI, na ktoré by ste sa mali pozerať?
Toto hypotetické cvičenie bolo druhou splátkou v dvojdielnej sérii od Raymonda s názvom „Čierne diery a planéty“. V prvej splátke „Čierna diera solárny systém“ Raymond zvažoval, aké by to bolo, keby náš systém obiehal okolo čiernej diery - binárne Slnko. Ako naznačil, dôsledky pre Zem a ďalšie slnečné planéty by boli prinajmenšom zaujímavé.
Spoločnosť Raymond tiež nedávno rozšírila Ultimate Solar System tým, že navrhla Slnečnú sústavu Million Earth. Skontrolujte ich všetky na svojej webovej stránke PlanetPlanet.net.
