Малко след като Айнщайн публикува своята теория за общата относителност през 1915 г., физиците започват да спекулират за съществуването на черни дупки. Тези региони на пространството и времето, от които нищо (дори светлината) не може да избяга, са това, което се среща естествено в края на жизнения цикъл на най-масовите звезди. Макар че по принцип черните дупки се смятат за нежелани едни хора, някои физици се чудят дали биха могли да подкрепят и собствените си планетарни системи.
Търсейки да отговори на този въпрос, д-р Шон Реймънд - американски физик, който в момента е в университета в Бурдо, създаде хипотетична планетарна система, където в центъра се намира черна дупка. Въз основа на поредица от гравитационни изчисления той определи, че една черна дупка може да поддържа девет отделни слънца в стабилна орбита около нея, която ще може да поддържа 550 планети в обитаема зона.
Той нарече тази хипотетична система „Черната дупка Крайна слънчева система“, която се състои от невъртяща се черна дупка, която е 1 милион пъти по-масивна от Слънцето. Това е приблизително една четвърт от масата на Стрелец А *, свръхмасивната черна дупка (SMBH), която се намира в центъра на галактиката Млечен път (която съдържа 4,31 милиона слънчеви маси).
Както посочва Реймънд, едно от непосредствените предимства на наличието на тази черна дупка в центъра на системата е, че тя може да поддържа голям брой слънца. Заради своята система, Реймънд избра 9, като смята, че посочва, че много повече могат да бъдат поддържани благодарение на чистото гравитационно влияние на централната черна дупка. Както той написа на своя уебсайт:
„Имайки предвид колко масивна е черната дупка, един пръстен може да побере до 75 слънца! Но това би преместило обитаемата зона навън доста далеч и не искам системата да се разпространява твърде много. Така че ще използвам 9 слънца в пръстена, който премества всичко навън с коефициент 3. Нека поставим пръстена на 0,5 AU, доста извън най-вътрешната стабилна кръгова орбита (на около 0,02 AU), но добре в обитаемата зона (от около 2,7 до 5,4 AU). “
Друго основно предимство на черната дупка в центъра на системата е, че тя свива това, което е известно като „радиус на хълма” (известен още като сфера на хълма или сфера на Рош). Това по същество е регионът около планета, където нейната гравитация е доминираща спрямо тази на звездата, която орбитира, и следователно може да привлече спътници. Според Реймънд, радиусът на хълма на планетата би бил 100 пъти по-малък около една милионна черна дупка, отколкото около Слънцето.
Това означава, че даден участък от космоса може стабилно да се побере 100 пъти повече планети, ако обиколи около черна дупка вместо Слънцето. Както той обясни:
„Планетите могат да бъдат супер близо една до друга, защото гравитацията на черната дупка е толкова силна! Ако планетите са малки играчки с горещи колела, повечето планетарни системи са разположени като нормални магистрали (странична забележка: Обожавам горещи колела). Всяка кола остава в собствената си лента, но колите са много по-малки от разстоянието между тях. Около черна дупка планетарните системи могат да се свият до коловозите с размер на горещи колела. Автомобилите с горещи колела - нашите планети - изобщо не се променят, но могат да останат стабилни, докато са много по-близо един до друг. Те не пипат (това не би било стабилно), а просто са по-близо. "
Това позволява много планети да бъдат поставени в обитаемата зона на системата. Въз основа на радиуса на земния хълм Реймънд изчислява, че около шест планети земна маса биха могли да се поберат в стабилни орбити в една и съща зона около нашето Слънце. Това се основава на факта, че планетите земна маса могат да бъдат отдалечени приблизително на 0,1 AU една от друга и да поддържат стабилна орбита.
Като се има предвид, че обитаемата зона на Слънцето съответства приблизително на разстоянията между Венера и Марс - които са на разстояние съответно 0,3 и 0,5 AU - това означава, че има 0,8 AU пространство за работа. Въпреки това, около черна дупка с 1 милион слънчеви маси, най-близката съседна планета може да бъде само 1/1000тата (0,001) на AU далеч и все още имат стабилна орбита.
Ако се занимавате с математика, това означава, че приблизително 550 Земни биха могли да се поберат в същия регион, обикалящ около орбитата на черната дупка и деветте й слънца. Има цял малък недостатък на целия този сценарий, който е, че черната дупка би трябвало да остане при сегашната си маса. Ако стане някакъв по-голям, това би причинило радиусите на Хил на своите 550 планети да се свиват все повече и повече.
Щом радиусът на Хил се спусна до точката, в която беше със същия размер като която и да е от планетите Земна маса, черната дупка щеше да започне да ги разкъсва. Но при 1 милион слънчеви маси, черната дупка е способна да поддържа удобна масивна система от планети. „С нашата милионно-слънчева черна дупка радиусът на хълма на Земята (на сегашната си орбита) вече ще бъде до границата, малко повече от два пъти реалния радиус на Земята“, казва той.
И накрая, Реймънд счита последиците, които би имал животът в такава система. За един, една година на всяка планета в обитаемата зона на системата ще бъде много по-кратка, поради факта, че орбиталните им периоди ще бъдат много по-бързи. По принцип една година ще продължи приблизително 1,6 дни за планетите във вътрешния ръб на обитаемата зона и 4,6 дни за планетите във външния край на обитаемата зона.
Освен това на повърхността на която и да е планета в системата небето би било много по-пренаселено! С толкова много планети в близост до орбита заедно, те биха преминали много близо една до друга. Това по същество означава, че от повърхността на всяка отделна Земя хората биха могли да виждат близките Земи толкова ясно, колкото виждаме Луната в някои дни. Както илюстрира Реймънд:
„При най-близкия подход (съединение) разстоянието между планетите е около два пъти разстоянието Земя-Луна. Всички тези планети са с размер на Земята, около 4 пъти по-голям от Луната. Това означава, че при съвпад най-близката съседка на всяка планета се появява около два пъти по-голяма от пълната Луна на небето. И има две най-близки съседи, вътрешната и външната. Плюс това, следващите най-близки съседи са два пъти по-далеч, така че те все още са толкова големи, колкото пълната Луна по време на връзка. И още четири планети, които биха били най-малко половината от пълната Луна по време на съвпад. "
Той също така посочва, че връзките ще се появят почти веднъж на орбита, което ще означава, че на всеки няколко дни няма да има недостиг на гигантски обекти, преминаващи през небето. И разбира се, ще има самите Слънце. Спомнете си онази сцена в „Междузвездни войни“, където млад Люк Скайуокър наблюдава две слънца, заложени в пустинята? Е, малко би било така, освен по-готино!
Според изчисленията на Реймънд, деветте слънца ще завършат орбита около черната дупка на всеки три часа. На всеки двадесет минути едно от тези слънца ще минава зад черната дупка, като за това са необходими само 49 секунди. В този момент ще се появи гравитационно лещиране, при което черната дупка ще фокусира светлината на Слънцето към планетата и ще изкриви видимата форма на Слънцето.
За да илюстрира как би изглеждало това, той предлага анимация (показана по-горе), създадена от @GregroxMun - планетен модел, който разработва космическа графика за Kerbal и други програми - използвайки Space Engine.
Въпреки че такава система никога не може да се появи в природата, е интересно да се знае, че такава система би била физически възможна. И кой знае? Може би достатъчно напреднал вид, с възможност за теглене на звезди и планети от една система и поставянето им в орбита около черна дупка, би могъл да монтира тази Крайна Слънчева система. Може би нещо, за което изследователите от SETI могат да търсят?
Това хипотетично упражнение беше втората част от серията от две части на Реймънд, озаглавена „Черни дупки и планети“. В първата вноска, „Слънчевата система на черната дупка“, Реймънд обмисли какво би било, ако системата ни обикаля около черна дупка - двоично слънце. Както той посочи, последствията за Земята и другите слънчеви планети биха били най-малко интересни!
Реймънд също наскоро се разшири по Ultimate Solar System, като предложи The Million Earth Solar System. Вижте ги на неговия уебсайт, PlanetPlanet.net.
