بعد فترة وجيزة من نشر أينشتاين نظريته عن النسبية العامة في عام 1915 ، بدأ علماء الفيزياء التكهن بوجود الثقوب السوداء. هذه المناطق من الزمكان التي لا يمكن أن يفلت منها شيء (ولا حتى الضوء) هي ما يحدث بشكل طبيعي في نهاية دورة حياة النجوم الأكثر ضخامة. بينما يُعتقد عمومًا أن الثقوب السوداء آكلة شرهة ، تساءل بعض علماء الفيزياء عما إذا كان بإمكانهم أيضًا دعم أنظمة الكواكب الخاصة بهم.
بالنظر إلى معالجة هذا السؤال ، أنشأ الدكتور شون ريمون - الفيزيائي الأمريكي حاليًا في جامعة بوردو - نظامًا كوكبيًا افتراضيًا حيث يوجد ثقب أسود في المركز. بناءً على سلسلة من حسابات الجاذبية ، قرر أن الثقب الأسود سيكون قادرًا على الاحتفاظ بتسعة شموس فردية في مدار ثابت حوله ، والذي سيكون قادرًا على دعم 550 كوكبًا داخل منطقة صالحة للسكن.
وقد أطلق على هذا النظام الافتراضي اسم "النظام الشمسي النهائي للثقب الأسود" ، والذي يتكون من ثقب أسود غير دوار يبلغ حجمه مليون مرة كتلة الشمس. هذا هو ما يقرب من ربع كتلة القوس A * ، الثقب الأسود الضخم للغاية (SMBH) الموجود في مركز مجرة درب التبانة (التي تحتوي على 4.31 مليون كتلة شمسية).
كما يشير ريمون ، فإن إحدى المزايا الفورية لوجود هذا الثقب الأسود في مركز النظام هو أنه يمكنه دعم عدد كبير من الشموس. من أجل نظامه ، اختار ريمون 9 ، يعتقد أنه يشير إلى أنه يمكن الحفاظ على المزيد بفضل التأثير الثقالي الهائل للثقب الأسود المركزي. كما كتب على موقعه الإلكتروني:
"بالنظر إلى ضخامة الثقب الأسود ، يمكن لخاتم واحد أن يتسع لما يصل إلى 75 شمساً! لكن ذلك سيحرك المنطقة الصالحة للسكن إلى الخارج بعيدًا جدًا ولا أريد أن ينتشر النظام كثيرًا. لذلك سأستخدم 9 شموس في الحلقة ، والتي تحرك كل شيء خارجًا بعامل 3. دعنا نضع الحلقة عند 0.5 AU ، خارج المدار الدائري الداخلي الثابت (عند حوالي 0.02 AU) ولكن جيدًا داخل المنطقة الصالحة للسكن (من حوالي 2.7 إلى 5.4 AU). "
ميزة رئيسية أخرى لوجود ثقب أسود في مركز النظام هو أنه يتقلص ما يعرف بـ "نصف قطر التل" (المعروف أيضًا باسم Hill sphere أو Roche sphere). هذه هي في الأساس المنطقة حول كوكب حيث تهيمن جاذبيته على جاذبية النجم الذي يدور حوله ، وبالتالي يمكن أن تجذب الأقمار الصناعية. وفقًا لـ Raymond ، سيكون نصف قطر Hill الخاص بكوكب الأرض أصغر 100 مرة حول ثقب أسود بمليون شمس من حول الشمس.
هذا يعني أن منطقة معينة من الفضاء يمكن أن تناسب بشكل ثابت 100 مرة أكثر من الكواكب إذا كانت تدور حول ثقب أسود بدلاً من الشمس. كما أوضح:
"يمكن أن تكون الكواكب قريبة جدًا من بعضها البعض لأن جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا! إذا كانت الكواكب عبارة عن سيارات صغيرة ذات عجلات ساخنة ، فإن معظم أنظمة الكواكب يتم وضعها مثل الطرق السريعة العادية (ملاحظة جانبية: أنا أحب العجلات الساخنة). تبقى كل سيارة في ممرها الخاص ، لكن السيارات أصغر بكثير من المسافة بينهما. حول الثقب الأسود ، يمكن تقليص الأنظمة الكوكبية وصولاً إلى المسارات الساخنة بحجم العجلات. لا تتغير سيارات العجلات الساخنة - كواكبنا - على الإطلاق ، لكنها يمكن أن تظل مستقرة مع التقارب بين بعضها البعض. إنهم لا يلمسون (هذا لن يكون مستقراً) ، إنهم أقرب إلى بعضهم البعض ".
هذا ما يسمح بوضع العديد من الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن. بناءً على نصف قطر الأرض ، يقدر ريمون أن حوالي ستة كواكب ذات كتلة أرضية يمكن أن تتناسب مع مدارات مستقرة داخل نفس المنطقة حول الشمس. هذا يعتمد على حقيقة أن الكواكب ذات كتلة الأرض يمكن أن تكون متباعدة تقريبًا 0.1 AU من بعضها البعض والحفاظ على مدار مستقر.
بالنظر إلى أن منطقة الشمس الصالحة للسكن تتوافق تقريبًا مع المسافات بين كوكب الزهرة والمريخ - التي تقع على بعد 0.3 و 0.5 AU على التوالي - وهذا يعني أن هناك 0.8 AUs من المساحة للعمل معها. ومع ذلك ، حول ثقب أسود مع مليون كتلة شمسية ، يمكن أن يكون أقرب كوكب مجاور 1/1000 فقطالعاشر (0.001) بعيدًا عن AU ولا يزال لها مدار ثابت.
عند القيام بالرياضيات ، هذا يعني أن ما يقرب من 550 أرضًا يمكن أن تتسع في نفس المنطقة التي تدور حول الثقب الأسود وتسع شموس. هناك عيب بسيط في هذا السيناريو بأكمله ، وهو أنه يجب أن يبقى الثقب الأسود عند كتلته الحالية. إذا أصبحت أكبر ، فسوف يتسبب في تقلص نصف قطر هيل من 550 كوكبًا أكثر وأكثر.
بمجرد وصول نصف قطر هيل إلى النقطة التي كان فيها نفس حجم أي من الكواكب ذات الكتلة الأرضية ، سيبدأ الثقب الأسود في تمزيقها. ولكن عند مليون كتلة شمسية ، فإن الثقب الأسود قادر على دعم نظام ضخم من الكواكب بشكل مريح. "مع ثقبنا الأسود الذي يبلغ مليون شمس ، سيكون نصف قطر تل الأرض (في مداره الحالي) قد وصل بالفعل إلى الحد الأقصى ، وهو أكثر بقليل من ضعف نصف قطر الأرض الفعلي" ، كما يقول.
أخيرًا ، ينظر ريمون في الآثار التي قد تترتب على العيش في مثل هذا النظام. أولاً ، إن قضاء عام على أي كوكب داخل المنطقة الصالحة للسكن في النظام سيكون أقصر بكثير ، نظرًا لأن الفترات المدارية ستكون أسرع بكثير. في الأساس ، ستستمر السنة ما يقرب من 1.6 يومًا للكواكب في الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن و 4.6 أيام للكواكب في الحافة الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن.
بالإضافة إلى ذلك ، على سطح أي كوكب في النظام ، ستكون السماء أكثر ازدحامًا! مع وجود العديد من الكواكب في مدار قريب معًا ، فإنها تمر بالقرب من بعضها البعض. هذا يعني بشكل أساسي أنه من على سطح أي أرض فردية ، سيكون الناس قادرين على رؤية الأرض القريبة واضحة كما نرى القمر في بعض الأيام. كما أوضح ريمون:
"في أقرب نقطة (بالتزامن) ، تبلغ المسافة بين الكواكب ضعف المسافة بين الأرض والقمر. جميع هذه الكواكب بحجم الأرض ، أكبر بحوالي 4 أضعاف القمر. وهذا يعني أنه بالتزامن مع أقرب جوار لكل كوكب يظهر ضعف حجم القمر المكتمل في السماء. وهناك أقرب جارين ، الداخلي والخارجي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أقرب الجيران التاليين هم بعيدون مرتين لذا هم لا يزالون بحجم البدر أثناء الاقتران. وأربعة كواكب أخرى على الأقل نصف حجم البدر أثناء الاقتران ".
ويشير أيضًا إلى أن العطف سيحدث مرة واحدة تقريبًا لكل مدار ، مما يعني أنه في كل بضعة أيام ، لن يكون هناك نقص في الأجسام العملاقة التي تمر عبر السماء. وبالطبع ، ستكون هناك الشمس نفسها. هل تتذكر هذا المشهد في حرب النجوم حيث يشاهد لوك سكاي ووكر شابين شمسين في الصحراء؟ حسنًا ، سيشبه ذلك قليلاً ، باستثناء الطريقة الأكثر روعة!
وفقًا لحسابات ريمون ، ستكمل الشموس التسعة مدارًا حول الثقب الأسود كل ثلاث ساعات. كل عشرين دقيقة ، تمر إحدى هذه الشموس خلف الثقب الأسود ، وتستغرق 49 ثانية فقط للقيام بذلك. عند هذه النقطة ، تحدث عدسات الجاذبية ، حيث يركز الثقب الأسود ضوء الشمس تجاه الكوكب ويشوه الشكل الظاهري للشمس.
لتوضيح كيف سيبدو هذا ، يقدم رسومًا متحركة (كما هو موضح أعلاه) تم إنشاؤها بواسطةGregroxMun - مصمم نماذج كوكب يقوم بتطوير رسومات فضائية لـ Kerbal والبرامج الأخرى - باستخدام محرك الفضاء.
في حين أن مثل هذا النظام قد لا يحدث أبدًا في الطبيعة ، فمن المثير للاهتمام معرفة أن مثل هذا النظام سيكون ممكنًا جسديًا. و من يعلم؟ ربما يمكن لأنواع متقدمة بما فيه الكفاية ، مع القدرة على سحب النجوم والكواكب من نظام واحد ووضعها في مدار حول ثقب أسود ، أن تصمم هذا النظام الشمسي النهائي. شيء يمكن أن يبحث عنه باحثو SETI ، ربما؟
هذا التمرين الافتراضي هو الجزء الثاني من سلسلة من جزئين من قبل ريمون ، بعنوان "الثقوب السوداء والكواكب". في الإصدار الأول ، "النظام الشمسي للحفرة الشمسية" ، نظر ريمون في ما سيكون عليه الحال إذا كان نظامنا يدور حول ثقب أسود - الشمس الثنائية. كما أشار ، فإن العواقب على الأرض والكواكب الشمسية الأخرى ستكون مثيرة للاهتمام ، على أقل تقدير!
كما توسع Raymond مؤخرًا في النظام الشمسي النهائي باقتراح نظام Million Earth Solar. تحقق منها جميعًا على موقعه الإلكتروني PlanetPlanet.net.
