Poco dopo che Einstein pubblicò la sua teoria della relatività generale nel 1915, i fisici iniziarono a speculare sull'esistenza dei buchi neri. Queste regioni dello spazio-tempo da cui non può sfuggire nulla (nemmeno la luce) sono ciò che accade naturalmente alla fine del ciclo di vita della maggior parte delle stelle. Mentre i buchi neri sono generalmente pensati per essere voraci mangiatori, alcuni fisici si sono chiesti se potevano anche supportare i propri sistemi planetari.
Cercando di rispondere a questa domanda, il Dr. Sean Raymond - un fisico americano attualmente all'Università di Bourdeaux - ha creato un ipotetico sistema planetario in cui un buco nero si trova al centro. Sulla base di una serie di calcoli gravitazionali, ha stabilito che un buco nero sarebbe in grado di mantenere nove singoli soli in un'orbita stabile attorno ad esso, che sarebbe in grado di supportare 550 pianeti all'interno di una zona abitabile.
Ha chiamato questo ipotetico sistema "The Black Hole Ultimate Solar System", che consiste in un buco nero non rotante che è 1 milione di volte più massiccio del Sole. Questo è circa un quarto della massa del Sagittario A *, il buco nero super massiccio (SMBH) che risiede al centro della Galassia della Via Lattea (che contiene 4,31 milioni di masse solari).
Come indica Raymond, uno dei vantaggi immediati di avere questo buco nero al centro di un sistema è che può supportare un gran numero di soli. Per il bene del suo sistema, Raymond scelse 9, ritenendo che indicasse che molti altri potevano essere sostenuti grazie alla pura influenza gravitazionale del buco nero centrale. Come ha scritto sul suo sito Web:
“Dato quanto è enorme il buco nero, un anello può contenere fino a 75 soli! Ma questo sposterebbe la zona abitabile verso l'esterno piuttosto lontano e non voglio che il sistema si espanda troppo. Quindi userò 9 soli nell'anello, che sposta tutto fuori di un fattore 3. Mettiamo l'anello a 0,5 UA, ben al di fuori dell'orbita circolare più interna più stabile (a circa 0,02 UA) ma ben all'interno della zona abitabile (da da circa 2,7 a 5,4 UA). ”
Un altro grande vantaggio di avere un buco nero al centro di un sistema è che si restringe quello che è noto come il "raggio di Hill" (alias. Sfera di Hill o sfera di Roche). Questa è essenzialmente la regione intorno a un pianeta in cui la sua gravità è dominante su quella della stella in cui orbita e può quindi attrarre i satelliti. Secondo Raymond, il raggio di Hill di un pianeta sarebbe 100 volte più piccolo attorno a un buco nero di un milione di sole rispetto al Sole.
Ciò significa che una data regione di spazio potrebbe adattarsi stabilmente a 100 volte più pianeti se orbitassero attorno a un buco nero anziché al Sole. Come ha spiegato:
"I pianeti possono essere molto vicini l'uno all'altro perché la gravità del buco nero è così forte! Se i pianeti sono macchinine di ruote Hot giocattolo, la maggior parte dei sistemi planetari sono disposti come normali autostrade (nota a margine: adoro le ruote Hot). Ogni auto rimane nella propria corsia, ma le auto sono molto più piccole della distanza tra loro. Intorno a un buco nero, i sistemi planetari possono essere ridotti fino a tracce di dimensioni Hot wheels. Le auto a ruote calde - i nostri pianeti - non cambiano affatto, ma possono rimanere stabili pur essendo molto più vicine tra loro. Non si toccano (non sarebbe stabile), sono solo più vicini. "
Questo è ciò che consente a molti pianeti di essere collocati nella zona abitabile del sistema. Basato sul raggio di Earth's Hill, Raymond stima che circa sei pianeti di massa terrestre potrebbero inserirsi in orbite stabili all'interno della stessa zona attorno al nostro Sole. Ciò si basa sul fatto che i pianeti di massa terrestre potrebbero essere distanziati di circa 0,1 UA l'uno dall'altro e mantenere un'orbita stabile.
Dato che la zona abitabile del Sole corrisponde approssimativamente alle distanze tra Venere e Marte - che sono rispettivamente 0,3 e 0,5 UA - questo significa che ci sono 0,8 UA di spazio con cui lavorare. Tuttavia, intorno a un buco nero con 1 milione di masse solari, il pianeta vicino più vicino potrebbe essere solo 1/1000esimo (0,001) di AU di distanza e hanno ancora un'orbita stabile.
Facendo la matematica, ciò significa che circa 550 terre potrebbero adattarsi alla stessa regione in orbita attorno al buco nero e ai suoi nove soli. C'è un piccolo inconveniente in tutto questo scenario, ovvero che il buco nero dovrebbe rimanere alla sua massa attuale. Se diventasse più grande, causerebbe una riduzione sempre maggiore dei raggi di Hill dei suoi 550 pianeti.
Una volta che il raggio di Hill scendesse al punto in cui aveva le stesse dimensioni di uno qualsiasi dei pianeti di massa terrestre, il buco nero avrebbe cominciato a farli a pezzi. Ma a 1 milione di masse solari, il buco nero è in grado di supportare comodamente un enorme sistema di pianeti. "Con il nostro buco nero da un milione di Sole il raggio della Collina della Terra (sulla sua orbita attuale) sarebbe già al limite, poco più del doppio del raggio effettivo della Terra", dice.
Infine, Raymond considera le implicazioni che avrebbe un sistema simile. Per uno, un anno su qualsiasi pianeta all'interno della zona abitabile del sistema sarebbe molto più breve, a causa del fatto che i loro periodi orbitali sarebbero molto più veloci. Fondamentalmente, un anno durerebbe all'incirca 1,6 giorni per i pianeti ai margini interni della zona abitabile e 4,6 giorni per i pianeti ai margini esterni della zona abitabile.
Inoltre, sulla superficie di qualsiasi pianeta del sistema, il cielo sarebbe molto più affollato! Con così tanti pianeti in orbita stretta insieme, si passerebbero molto vicini l'uno all'altro. Ciò significa essenzialmente che dalla superficie di ogni singola Terra, le persone sarebbero in grado di vedere le vicine Terre così chiare come vediamo la Luna in alcuni giorni. Come ha illustrato Raymond:
“All'approccio più vicino (congiunzione) la distanza tra i pianeti è circa il doppio della distanza Terra-Luna. Questi pianeti sono tutti delle dimensioni della Terra, circa 4 volte più grandi della Luna. Ciò significa che alla congiunzione il vicino più vicino di ogni pianeta appare circa il doppio delle dimensioni della Luna piena nel cielo. E ci sono due vicini più vicini, quello interno ed esterno. Inoltre, i vicini più vicini sono due volte più lontani, quindi sono ancora grandi come la luna piena durante la congiunzione. E altri quattro pianeti che sarebbero almeno la metà della Luna piena durante la congiunzione. "
Indica anche che si verificherebbero congiunzioni quasi una volta per orbita, il che significherebbe che ogni pochi giorni non ci sarebbe carenza di oggetti giganti che attraversano il cielo. E, naturalmente, ci sarebbero gli stessi Sole. Ricorda quella scena in Star Wars in cui un giovane Luke Skywalker sta guardando due soli tramontati nel deserto? Beh, sarebbe un po 'così, tranne che molto più bello!
Secondo i calcoli di Raymond, i nove soli completerebbero un'orbita attorno al buco nero ogni tre ore. Ogni venti minuti, uno di questi soli passava dietro il buco nero, impiegando solo 49 secondi per farlo. A questo punto, si verificherebbe la lente gravitazionale, in cui il buco nero focalizzerebbe la luce del Sole verso il pianeta e distorcerebbe la forma apparente del Sole.
Per illustrare come sarebbe, fornisce un'animazione (mostrata sopra) creata da @GregroxMun - un modellatore di pianeti che sviluppa grafica spaziale per Kerbal e altri programmi - usando Space Engine.
Sebbene un tale sistema non possa mai verificarsi in natura, è interessante sapere che un tale sistema sarebbe fisicamente possibile. E chi lo sa? Forse una specie sufficientemente avanzata, con la capacità di rimorchiare stelle e pianeti da un sistema e metterli in orbita attorno a un buco nero, potrebbe modellare questo Sistema solare definitivo. Qualcosa per cui i ricercatori SETI devono essere alla ricerca, forse?
Questo ipotetico esercizio è stato il secondo episodio della serie in due parti di Raymond, intitolata "Buchi neri e pianeti". Nella prima puntata, "Il sistema solare del buco nero", Raymond ha considerato come sarebbe se il nostro sistema orbitasse attorno a un binario del buco nero e del sole. Come ha indicato, le conseguenze per la Terra e gli altri pianeti solari sarebbero interessanti, per non dire altro!
Raymond ha anche recentemente ampliato il sistema solare finale proponendo The Million Earth Solar System. Controllali tutti sul suo sito web, PlanetPlanet.net.
