Das ultimative Sonnensystem des Schwarzen Lochs: ein supermassives Schwarzes Loch, 9 Sterne und 550 Planeten

Kurz nachdem Einstein seine . veröffentlicht hatte Allgemeine Relativitätstheorie 1915 begannen Physiker über die Existenz von Schwarzen Löchern zu spekulieren. Diese Regionen der Raumzeit, aus denen nichts (nicht einmal Licht) entweichen kann, sind das, was am Ende des Lebenszyklus der meisten massereichen Sterne natürlicherweise vorkommt. Während Schwarze Löcher im Allgemeinen als gefräßige Esser gelten, haben sich einige Physiker gefragt, ob sie auch eigene Planetensysteme unterstützen könnten.

Um diese Frage zu beantworten, Dr. Sean Raymond – ein amerikanischer Physiker, der derzeit an der Universität von Bourdeaux arbeitet – ein hypothetisches Planetensystem geschaffen hat, in dessen Zentrum ein Schwarzes Loch liegt. Basierend auf einer Reihe von Gravitationsberechnungen stellte er fest, dass ein Schwarzes Loch in der Lage sein würde, neun einzelne Sonnen in einer stabilen Umlaufbahn um es zu halten, die 550 Planeten innerhalb einer bewohnbaren Zone unterstützen könnte.

Er nannte dieses hypothetische System „ Das ultimative Sonnensystem des Schwarzen Lochs “, das aus einem sich nicht drehenden Schwarzen Loch besteht, das 1 Million Mal so massiv ist wie die Sonne. Das ist ungefähr ein Viertel der Masse von Schütze A* , das supermassives Schwarzes Loch (SMBH), die sich im Zentrum der Milchstraße befindet (die 4,31 Millionen Sonnenmassen enthält).

Nachweis einer ungewöhnlich hellen Röntgenstrahlung von Sagittarius A*, einem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Bildnachweis: NASA/CXC/Stanford/I. Zhuravleva et al.

Wie Raymond angibt, besteht einer der unmittelbaren Vorteile dieses Schwarzen Lochs im Zentrum eines Systems darin, dass es eine große Anzahl von Sonnen unterstützen kann. Um seines Systems willen wählte Raymond 9 aus, da er meinte, dass viele weitere dank des reinen Gravitationseinflusses des zentralen Schwarzen Lochs aufrechterhalten werden könnten. Wie er auf seinem schrieb Webseite :

„Angesichts der Masse des Schwarzen Lochs könnte ein Ring bis zu 75 Sonnen aufnehmen! Aber das würde die bewohnbare Zone ziemlich weit nach außen verschieben und ich möchte nicht, dass sich das System zu weit ausbreitet. Ich verwende also 9 Sonnen im Ring, was alles um den Faktor 3 nach außen verschiebt. Stellen wir den Ring auf 0,5 AE, weit außerhalb der innersten stabilen Kreisbahn (bei etwa 0,02 AE), aber deutlich innerhalb der bewohnbaren Zone (von etwa 2,7 bis 5,4 AE).“

Ein weiterer großer Vorteil eines Schwarzen Lochs im Zentrum eines Systems besteht darin, dass es den sogenannten „Hill-Radius“ (auch bekannt als Hill-Kugel oder Roche-Kugel) verkleinert. Dies ist im Wesentlichen die Region um einen Planeten, in der seine Gravitation die des Sterns dominiert, den er umkreist, und kann daher Satelliten anziehen. Laut Raymond wäre der Hill-Radius eines Planeten um ein Schwarzes Loch mit einer Million Sonnen 100-mal kleiner als um die Sonne.

Dies bedeutet, dass eine bestimmte Region des Weltraums stabil 100-mal mehr Planeten aufnehmen könnte, wenn sie statt der Sonne ein Schwarzes Loch umkreisen würden. Als er erklärt :

„Planeten können sehr nah beieinander liegen, weil die Schwerkraft des Schwarzen Lochs so stark ist! Wenn Planeten ein kleines Spielzeug sind Heiße Reifen Autos sind die meisten Planetensysteme wie normale Autobahnen angelegt (Randbemerkung: Ich liebe Hot Wheels). Jedes Auto bleibt auf seiner eigenen Spur, aber die Autos sind viel kleiner als der Abstand zwischen ihnen. Um ein Schwarzes Loch herum können Planetensysteme auf Spuren von Hot Wheels-Größe geschrumpft werden. Die Hot Wheels Autos – unsere Planeten – verändern sich überhaupt nicht, aber sie können stabil bleiben, während sie viel näher beieinander sind. Sie berühren sich nicht (das wäre nicht stabil), sie liegen nur näher beieinander.“

Dies ermöglicht es, viele Planeten in der bewohnbaren Zone des Systems zu platzieren. Basierend auf dem Hill-Radius der Erde schätzt Raymond, dass etwa sechs erdmassereiche Planeten in stabile Umlaufbahnen innerhalb derselben Zone um unsere Sonne passen könnten. Dies basiert auf der Tatsache, dass erdmassereiche Planeten etwa 0,1 AE voneinander entfernt sein könnten und eine stabile Umlaufbahn beibehalten könnten.

Angesichts der Tatsache, dass die bewohnbare Zone der Sonne ungefähr den Abständen zwischen Venus und Mars entspricht – die jeweils 0,3 bzw. Um ein Schwarzes Loch mit 1 Million Sonnenmassen könnte der nächste Nachbarplanet jedoch nur 1/1000 . groß sein^NS(0,001) einer AE entfernt und haben immer noch eine stabile Umlaufbahn.

Mathematisch bedeutet dies, dass ungefähr 550 Erden in dieselbe Region passen könnten, die das Schwarze Loch und seine neun Sonnen umkreist. Dieses ganze Szenario hat einen kleinen Nachteil, nämlich dass das Schwarze Loch bei seiner aktuellen Masse bleiben müsste. Würde er größer werden, würden die Hügelradien seiner 550 Planeten immer weiter schrumpfen.

Sobald der Hill-Radius den Punkt erreicht hatte, an dem er die gleiche Größe wie jeder der Erdmassenplaneten hatte, würde das Schwarze Loch beginnen, sie auseinander zu reißen. Aber mit 1 Million Sonnenmassen ist das Schwarze Loch in der Lage, ein massives Planetensystem bequem zu tragen. „Bei unserem Millionen-Sonnen-Schwarzen Loch wäre der Hügelradius der Erde (auf seiner aktuellen Umlaufbahn) bereits am Limit, nur etwas mehr als das Doppelte des tatsächlichen Erdradius“, sagt er.

Illustration dicht gepackter Umlaufbahnen von Planeten mit Erdmasse auf einer Umlaufbahn um die Sonne (in Schwarz) vs. um ein supermassereiches Schwarzes Loch (grün). Bildnachweis: Sean Raymond

Schließlich betrachtet Raymond die Implikationen, die das Leben in einem solchen System hätte. Zum einen wäre ein Jahr auf jedem Planeten innerhalb der bewohnbaren Zone des Systems viel kürzer, da ihre Umlaufzeiten viel schneller wären. Grundsätzlich würde ein Jahr für Planeten am inneren Rand der habitablen Zone etwa 1,6 Tage und für Planeten am äußeren Rand der habitablen Zone 4,6 Tage dauern.

Außerdem wäre der Himmel auf der Oberfläche jedes Planeten im System viel dichter! Bei so vielen Planeten in einer engen Umlaufbahn würden sie sehr nah aneinander vorbeiziehen. Das bedeutet im Wesentlichen, dass die Menschen von der Oberfläche jeder einzelnen Erde aus die nahegelegenen Erden so klar sehen könnten, wie wir an manchen Tagen den Mond sehen. Wie Raymond illustrierte:

„Bei der nächsten Annäherung (Konjunktion) beträgt der Abstand zwischen den Planeten etwa das Doppelte der Erde-Mond-Distanz. Diese Planeten sind alle erdgroß, etwa viermal größer als der Mond. Dies bedeutet, dass der nächste Nachbar jedes Planeten bei der Konjunktion etwa doppelt so groß wie der Vollmond am Himmel erscheint. Und es gibt zwei nächste Nachbarn, den inneren und den äußeren. Außerdem sind die nächsten Nachbarn doppelt so weit entfernt, sodass sie während der Konjunktion immer noch so groß wie der Vollmond sind. Und vier weitere Planeten, die während der Konjunktion mindestens die Hälfte des Vollmonds haben würden.“

Er weist auch darauf hin, dass es fast einmal pro Umlauf zu Konjunktionen kommen würde, was bedeuten würde, dass alle paar Tage kein Mangel an riesigen Objekten am Himmel auftreten würde. Und natürlich wäre da die Sonne selbst. Erinnern Sie sich an die Szene in Star Wars, in der ein junger Luke Skywalker zwei Sonnen in der Wüste untergeht? Nun, es wäre ein bisschen so, außer viel cooler!

Nach Raymonds Berechnungen würden die neun Sonnen alle drei Stunden eine Umlaufbahn um das Schwarze Loch absolvieren. Alle zwanzig Minuten würde eine dieser Sonnen hinter dem Schwarzen Loch vorbeiziehen, was nur 49 Sekunden dauerte. An diesem Punkt würde eine Gravitationslinse auftreten, bei der das Schwarze Loch das Licht der Sonne auf den Planeten bündelt und die scheinbare Form der Sonne verzerrt.

Um zu veranschaulichen, wie das aussehen könnte, stellt er eine Animation (siehe oben) zur Verfügung, die von . erstellt wurde @GregroxMun – ein Planetenmodellierer, der Weltraumgrafiken für Kerbal und andere Programme entwickelt – mit Weltraummaschine .

Obwohl ein solches System in der Natur nie vorkommen mag, ist es interessant zu wissen, dass ein solches System physikalisch möglich wäre. Und wer weiß? Vielleicht könnte eine ausreichend fortgeschrittene Spezies mit der Fähigkeit, Sterne und Planeten aus einem System zu ziehen und sie in eine Umlaufbahn um ein Schwarzes Loch zu bringen, dieses ultimative Sonnensystem erschaffen. Etwas, wonach SETI-Forscher vielleicht Ausschau halten sollten?

Diese hypothetische Übung war der zweite Teil der zweiteiligen Serie von Raymond mit dem Titel „Schwarze Löcher und Planeten“. Im ersten Teil „ Das Schwarze Loch Sonnensystem “, überlegte Raymond, wie es wäre, wenn unser System um ein Schwarzes Loch-Sonne-Binärsystem kreisen würde. Wie er andeutete, wären die Konsequenzen für die Erde und die anderen Sonnenplaneten, gelinde gesagt, interessant!

Raymond hat kürzlich auch das Ultimative Sonnensystem erweitert, indem er vorschlug: Das Millionen-Erde-Sonnensystem . Schauen Sie sich alle auf seiner Website an, PlanetPlanet.net .

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