מיליון כוכבי לכת ראויים למגורים יכולים (תיאורטית) לעבור מסלול חור שחור. הנה איך

מספר עצום של כוכבי לכת שעלולים להיות ראויים למגורים יכול תיאורטית להתקיים במסלול יציב סביב חור שחור סופר-מסיבי, כמו גרגנטואה הבדיוני מתוך הסרט "בין כוכבים" משנת 2014.

(תמונה: © Paramount Pictures)

חור שחור יכול להכיל מיליון כוכבי לכת סביבו ויכולים לתמוך בחיים כפי שאנו מכירים אותם, טוען אסטרופיסיקאי.

מכיוון שיש חיים כמעט בכל מקום שקיימים מים נוזליים בכדור הארץ, אסטרונומים שופטים לרוב את העולם כבעלי פוטנציאל למגורים אם הם עוברים מסלול בתוך אזור בו מים נוזלים יכולים לשרוד על פני השטח שלו. "אזור המגורים" של השמש שלנו מארח רק כוכב לכת אחד (כדור הארץ), אבל הסיפור יכול להיות שונה עבור כוכבים אחרים. לדוגמה, מערכת TRAPPIST-1 כוללת שלושה כוכבי לכת בגודל אדמה באזור המגורים שלה.

שון ריימונד, אסטרופיזיקאי במצפה הכוכבים של בורדו בצרפת, חוקר כיצד מערכות פלנטאריות נוצרות ומתפתחות. כחלק מהטור שכותב ריימונד בשם "בניית מערכת השמש האולטימטיבית", הוא יצא לראות כמה כוכבי לכת יכולים להקיף חור שחור. [החורים השחורים המוזרים ביותר בחלל]

"אני חושב שאנחנו יכולים ללמוד מהקצוות ... הם בעצם גבולות התיבה בה אנו מחפשים", אמר ריימונד ל- Space.com. "המערכת הזו היא קיצונית אחת - העמוסה ביותר שאפשר להעלות על הדעת. זה תערובת מהנה של דמיון ומדע."

ישנם כיום שני סוגים של חורים שחורים שמדענים יודעים הכי טוב, אמר ריימונד. חורים שחורים המוניים בכוכבים שווים במסה לכמה שמשות, ונוצרים כאשר כוכבים ענקים מתים ומתמוטטים על עצמם. חורים שחורים סופר-מסיביים הם מיליוני עד מיליארדי פעמים מסת השמש, ונחשבים שהם קיימים בלבם של רוב הגלקסיות הגדולות, אם לא כולן. (המחלקה השלישית, חורים שחורים במסת ביניים, מובנת בצורה לא טובה.)

חורים שחורים הם קומפקטיים במיוחד. בור שחור עם מסת השמש יהיה ברוחב של כ- 6.7 מיילים בלבד. לשם השוואה, מזל קשת A *, החור השחור העל-מסיבי שחשב האורב בלב שביל החלב, יש מסה של כ -4 מיליון שמשות וקוטר של כ -14.7 מיליון מיילים (23.6 מיליון ק"מ), או קצת יותר מ -40 אחוז מגודל המסלול של מרקורי סביב השמש.

מה אם לשמש היה בן לוויה של חור שחור?

שאלה נפוצה בשיעורי הפיזיקה היא לדמיין מה ישתנה אם השמש תוחלף בחור שחור מאותה המסה, אמר ריימונד. התשובה היא ששום דבר לא ישתנה ביחס למסלולי כוכבי הלכת - אם החור השחור היה בעל אותה מסה כמו השמש, המסלולים היו נשארים זהים. (החיים על כדור הארץ עשויים לסבול ללא ספק מחוסר אור וחום בתרחיש כזה, הוסיף ריימונד.)

אם לשמש היה בן לוויה של חור שחור שווה-המוני המסתובב בקרבתו - למשל, עשירית מיחידה אסטרונומית (AU) - מסלולי כוכבי הלכת של מערכת השמש לא היו משתנים הרבה, ציין ריימונד. (AU הוא מרחק השמש של כדור הארץ - כ 93 מיליון מיילים, או 150 מיליון קמ.)

ובכל זאת, בהנחה שכוכבי הלכת הללו שמרו על מרחק דומה מהשמש כפי שהם נוהגים כעת, משיכת הכבידה של השמש ובן זוגה לחור השחור יובילו את העולמות הללו להשלים את מסלוליהם קצת יותר מהר, כששנת כדור הארץ תקטן מ 365 יום ל 258 ימים, אמר.

בתרחיש לעיל, השמש והחור השחור ישלימו מסלול זה עם זה כל 2.9 יום. משמעות הדבר היא שכמות האנרגיה שתקבל כדור הארץ מהשמש תנעה בין 90 אחוז ל -110 אחוז מהממוצע שלה ככל שהשמש מתרחקת מכדור הארץ או קרוב אליו.

"זה כמו להקפיץ בין ניו יורק למיאמי וחוזר כל 2.9 יום," ציין ריימונד. [חידון חור שחור: עד כמה אתה מכיר את היצירות המוזרות ביותר של הטבע?]

מה אם לחור שחור סופר-מסיבי היה טבעת כוכבי לכת?

בנוסף לדמיין את החיים סביב חור שחור בעל המוני הכוכבים, ריימונד גם חישב כמה כוכבי לכת שעלולים להתיישב סביב חור שחור סופר-מסיבי כמיליון מכמות השמש. "זה מסיבי כמעט כמו זה שבמרכז שביל החלב," אמר. זה יהיה רק ​​בקוטר השמש, הוסיף.

סביב השמש, מסלולי הכוכבים הנעים יכולים להתקרב כל כך קרוב זה לזה לפני שההשפעות של משיכות הכבידה שלהם מציפות את אלה של השמש, מה שמוביל למסלול לא יציב. ריימונד ציין שכשש כוכבי לכת מסת האדמה יכולים להתאים למסלולי קונצנטריות יציבים בתוך שטח השמש.

לעומת זאת, משיכת הכבידה של חור שחור-מסיבית חזקה במיוחד, די בכדי להציף בקלות את כוכבי הלכת. אם השמש תוחלף בחור שחור בהמוני שמש, 550 כוכבי לכת מסת האדמה יכולים להיכנס למסלול קונצנטרי יציב באזור המגורים, חישב ריימונד.

כוח המשיכה של החור השחור העל-מסיבי היה מושך חזק יותר בצד של כל כוכב לכת קרוב יותר לחור השחור. זה ימתח את כוכבי הלכת באזור המגורים, למרות שהם לא יהיו קרובים מספיק כדי להתפרק, אמר ריימונד.

אחת הדרכים ליצור אזור מגורים סביב החור השחור העל-מסיבי הזה היא למקם כוכבים בינה לבין כוכבי הלכת. טבעת של תשעה כוכבים דמויי שמש 0.5 AU מהחור השחור של מיליון השמש תגרום לכל אחד מ -550 כוכבי הלכת מסת האדמה בתרחיש לעיל להיות ראוי למגורים, אמר ריימונד.

"זה יהיה די מעניין לחיות על כוכב לכת במערכת הזו," ציין ריימונד. "ייקח מספר ימים בלבד כדי להשלים מסלול סביב החור השחור - כ 1.6- ימים בקצה הפנימי של האזור המגורים ו -4.6 יום בקצה החיצוני." [10 Exoplanets שיכולים לארח חיים זרים]

בגישה הקרובה ביותר, או בשילוב, בין שני כוכבי לכת כאלה, המרחק בין העולמות הללו יהיה "בערך פי שניים ממרחק ירח כדור הארץ", ציין ריימונד. "בשילוב, שכנתו הקרובה ביותר של כל כוכב לכת מופיעה בערך פי שניים מגודל הירח המלא בשמיים."

בנוסף, השכנים הקרובים ביותר יהיו רחוקים פי שניים בלבד, וכך הם יראו גדולים כמו הירח המלא בזמן השילוב, אמר ריימונד. ארבעה כוכבי לכת נוספים יהיו לפחות מחצית מגודל הירח המלא במהלך השילוב, הוסיף. "צירופים מתרחשים קצת פחות מפעם למסלול, כך שמדי כמה ימים יש גרעין של חפצי ענק העוברים מעבר לשמים," אמר.

תשע השמשות "יהיה גם מחזה למראה", אמר ריימונד. כל אחד ישלים את מסלולו סביב החור השחור כל 3 שעות.

"המשמעות היא שכל 20 דקות אחת השמשות הייתה עוברת מאחורי החור השחור," אמר ריימונד. "כששמש עוברת מאחורי החור השחור, כוח המשיכה של החור השחור מכופף את האור שלו ויכול לפעול כמו עדשה. הוא ממקד את אור השמש לכוכב הלכת. זה מעוות את צורת השמש לטבעת ... אור די מתוק הופעה."

יתר על כן, אור הכוכבים יימתח על ידי כוח המשיכה של החור השחור. "כוכבים הקרובים לחור השחור היו נראים אדומים יותר, ואלה הרחוקים יותר מהחור השחור היו נראים כחולים יותר", אמר ריימונד.

מיליון כוכבי לכת סביב חור שחור

בתרחיש הקודם, כל כוכב לכת היה לבדו במסלולו סביב החור השחור העל-מסיבי. ריימונד גם דגמן מה יקרה אם כוכבי לכת מרובים יחלקו מסלול סביב חור שחור של מיליון שמש. בעבר, חישב ריימונד כי 42 כוכבי לכת מסת כדור הארץ עלולים לעבור מסלול בטבעת 1 AU מהשמש.

כדי שיהיה טבעת כוכבי לכת יציבה, ציין ריימונד כי כוכבי הלכת באותה טבעת חייבים כולם להיות בערך אותה המסה. חייבים להיות לפחות שבעה כוכבי לכת בזירה כזו, והם חייבים להיות מרווחים באופן שווה לאורך מסלול מעגלי.

בהתחשב בחור שחור של מיליון שמש עם טבעת מקיפה של תשעה כוכבים דמויי שמש, חישב ריימונד שמיליון כוכבי לכת מסתתיים בכדור הארץ יכולים למסלול בתוך האזור המיושב בכ -400 טבעות, שכל אחד מהם מחזיק 2,500 כוכבי לכת המרוחקים זה מזה באותו מרחק. בין כדור הארץ לירח. בתרחיש זה, כוכבי הלכת ייקחו שוב בין 1.6 ל 4.6 יום להשלים מסלול. [החורים השחורים המוזרים ביותר ביקום]

במקום להציב תשעה כוכבים דמויי שמש בין החור השחור לכוכבי הלכת, הציע ריימונד שאפשר למקם 36 כוכבים דמויי שמש בטבעת ברוחב 6 AU. בתרחיש זה, "כל כוכב לכת שטוף אור שמש מכל עבר - לכוכבי הלכת אין צד לילי", אמר ריימונד. "זה כמו כוכב הלכת הקבוע של אסימוב קלגאש."

"לעולם לא תרגיש לבד במערכות האלה - כוכבי הלכת האחרים יתנודדו ענק בשמיים," הוסיף ריימונד. כוכבי לכת שכנים יהיו קרובים פי עשרה מכפי שהירח מכדור הארץ, כלומר הם יופיעו "פי 40 יותר בשמיים מאשר הירח המלא", אמר ריימונד. "זה בערך בגודל של מחשב נייד הנמצא בהישג ידו, רק למעלה בשמיים."

בתרחיש האחרון זה, כוכבי הלכת יהיו קרובים הרבה יותר לחור השחור, וכל אחד מהם ישלים מסלול תוך כ 9 שעות. המשמעות היא שהם יסתובבו במהירויות יוצאות דופן - כעשרה אחוזים ממהירות האור. על פי תיאוריית היחסות המיוחדת של איינשטיין, נראה שהזמן ינוע לאט לאט ככל שמתקרבים למהירות האור, כך ש"שני תינוקות שנולדו באותו הרגע על טבעות שונות היו מזדקנים בקצב שונה מעט ", אמר ריימונד. "התינוק על הטבעת הפנימית יתיישן מעט יותר לאט."

הבדלי המהירות בין הטבעות יהיו גדולים דיה על מנת שסביר להניח שמאפשר לחללית לנסוע מטבעת אחת לאחרת עם כל טכנולוגיה עדכנית, אמר ריימונד. עם זאת, כל עולם ישתף את טבעתו עם אלפי אחרים, והמהירות היחסית בין כוכבי לכת שכנים תהיה כמעט אפס. "מעלית חלל יכולה לחבר כוכבי לכת," אמר ריימונד.

אם כל זוג כוכבי לכת שכנים לאורך טבעת נתונה היו מחוברים, זה היה דומה ל"עולם הטבעת ", מגה-תשתית זרה ענקית באפוס המדע הבדיוני של לארי ניבן באותו שם. "ההבדל בין מערך זה לבין 'הטבעת' מספרו של לארי ניבן הוא שבמקרה זה, אין שטח שטח שניתן לחיות בו בין כוכבי הלכת," אמר ריימונד.

מאיפה אולי מגיעות מערכות כה רבות של כוכבי לכת? ריימונד אמר: "אני יכול לדמיין חייזרים סופר-מתקדמים שיוצרים מערכת כמו מערכת השמש של מיליון כדור הארץ כיצירת אמנות קוסמית, כמו סוג של אומנות גורדי שחקים או קרחונים מצוירים," אמר ריימונד. "דרך לומר 'תראו כמה אנחנו מפוארים', בסדר גודל הכי גדול."

"או שאולי חייזרים היו יוצרים מערכת מסוג זה כגן חיות," אמר ריימונד. "יכול להיות שיהיה להם שיפוע באקלים מהכי חם לקור ביותר, ולהצטייד בכוכבי הלכת בכל מיני יצורים שהם אוספים ברחבי היקום. כמובן שהם יצטרכו להיזהר שלא לשים את השילובים הלא נכונים של יצורי חלל על אותה טבעת כוכבי לכת, כי זה לא ייגמר טוב. "

בסך הכל, "מועיל לנסות להמציא את כל המערכות הפלנטאריות האפשריות שעשויות להיות שם", אמר ריימונד. "אפשר היה לצפות לתגליות מסוימות על ידי 'ללכת לשם' ולדמיין אפשרויות שהן רחוקות מהנורמה. מערכות אלה הן שילוב של מדע בדיוני ו'הליכה לשם 'במובן זה."

"הדבר העיקרי שאני הולך אליו הוא פשוט לנסות לדחוף את גבולות הדברים שאנחנו חושבים שאפשר," סיכם ריימונד.