2014 년 영화 "인터 스텔라 (Interstellar)"의 가상의 가간 투아 (Gargantua)와 같이, 엄청난 수의 잠재적으로 거주 가능한 행성들이 이론적으로 초 거대 블랙홀 주변의 안정적인 궤도에 존재할 수있다.
(이미지 : © Paramount Pictures)
블랙홀은 우리가 알고있는 생명을 지탱할 수있는 백만 개의 행성이 그 주위를 도는 궤도에있을 수 있다고 천체 물리학자는 제안합니다.
액체 물이 지구상에 존재하는 거의 모든 곳에서 생명체가 있기 때문에, 천문학 자들은 액체 물이 표면에서 살아남을 수있는 영역 내에서 공전하면 지구를 잠재적으로 거주 가능하다고 판단합니다. 우리 태양의 "거주 가능한 구역"은 하나의 행성 (지구)을 주최하지만 이야기는 다른 별과 다를 수 있습니다. 예를 들어, TRAPPIST-1 시스템은 거주 가능 구역 내에 3 개의 지구 크기 행성이 있습니다.
프랑스 보르도 천문대 천문 물리학자인 션 레이몬드는 행성 시스템이 어떻게 형성되고 진화하는지 연구합니다. 레이몬드는“최고의 태양계 구축”이라는 글의 일부로 블랙홀을 공전 할 수있는 행성의 수를 알아보기 시작했습니다. [우주에서 가장 이상한 블랙홀]
Raymond는 Space.com과의 인터뷰에서“우리는 극단적 인 것으로부터 배울 수 있다고 생각합니다. 기본적으로 우리가 검색하는 상자의 경계입니다. "이 시스템은 극도로 상상할 수있는 상상력과 과학이 조화를 이룬 극한의 시스템입니다."
레이몬드는 현재 과학자들이 가장 잘 알고있는 두 종류의 블랙홀이 있다고 말했다. 스텔라-질량 블랙홀은 질량이 몇 태양과 같으며 거대한 별들이 죽고 스스로 붕괴 될 때 형성됩니다. 초 거대 블랙홀은 태양 질량의 수십억에서 수십억 배이며, 전부는 아니지만 대부분의 큰 은하의 중심에 존재하는 것으로 생각됩니다. (제 3 류의 중간 질량 블랙홀은 잘 이해되지 않았다.)
블랙홀은 매우 컴팩트합니다. 태양 덩어리가있는 블랙홀의 너비는 약 6km입니다. 이에 비해, 은하수 중심에 숨어있는 초 거대 블랙홀 인 궁수 자리 A *는 약 4 백만 개의 태양과 약 1,470 만 마일 (2,360 만 km), 또는 40보다 약간 큰 태양을 가지고 있습니다. 태양 주위의 수성의 궤도 크기의 퍼센트.
태양에 블랙홀 동반자가 있으면 어떻게됩니까?
물리학 수업에서 일반적인 질문은 태양이 같은 질량의 블랙홀로 대체되면 무엇이 바뀌게 될지 상상하는 것이라고 Raymond는 말했다. 대답은 행성의 궤도와 관련하여 아무것도 변하지 않을 것입니다. 만약 블랙홀의 질량이 태양과 같으면 궤도는 동일하게 유지됩니다. Raymond는 (지구상의 생명체는 그러한 시나리오에서 빛과 열의 부족으로 분명히 고통받을 것입니다.)
Raymond는 태양이 천체 단위 (AU)의 10 분의 1과 같은 궤도에 공전하는 동일한 질량의 블랙홀 동반자가 있다면 태양계 행성의 궤도는 크게 변하지 않을 것이라고 Raymond는 지적했다. (AU는 하나의 지구-태양 거리입니다. 약 9,300 만 마일 또는 1 억 5 천 km입니다.)
그럼에도 불구하고,이 행성들이 현재와 같은 거리를 태양으로부터 유지한다고 가정하면, 태양의 중력 적 인 잡아 당김과 블랙홀 파트너는 지구의 해가 365 일에서 258로 감소하면서 궤도를 좀 더 빨리 완성하게 할 것입니다 그는 말했다.
위 시나리오에서 태양과 블랙홀은 2.9 일마다 서로 궤도를 이룹니다. 이것은 태양이 지구로부터 더 멀리 또는 더 가까이 이동함에 따라 지구로부터 태양으로부터받는 에너지의 양이 평균의 90 %에서 110 % 사이에서 변동한다는 것을 의미합니다.
Raymond는“이는 뉴욕과 마이애미를 튀는 것과 2.9 일마다 되돌아 오는 것과 같습니다. [블랙홀 퀴즈 : 자연의 가장 이상한 창조물을 얼마나 잘 알고 있습니까?]
초대형 블랙홀에 행성의 고리가 있다면 어떨까요?
레이몬드는 별의 질량이 큰 블랙홀 주변의 삶을 상상하는 것 외에도 태양 질량의 100 만 배에 이르는 거대한 질량의 블랙홀 주변에 거주 할 수있는 행성이 얼마나 많은지를 계산했습니다. "그것은 은하수 중심에있는 것만큼이나 거대하다"고 말했다. 그는 태양의 지름에 불과할 것이라고 덧붙였다.
태양 주위에서, 행성이 여행하는 궤도는 중력 당김의 영향이 태양의 영향을 압도하여 불안정한 궤도를 초래하기 전에 만 서로 가까이 올 수 있습니다. Raymond는 약 6 개의 지구 질량 행성이 태양의 거주 가능 구역 내에서 안정적인 동심 궤도에 적합 할 수 있다고 지적했다.
대조적으로, 초 거대 블랙홀의 중력은 매우 강하여 행성의 행성을 쉽게 압도하기에 충분합니다. Raymond는 태양이 백만 태양 질량의 블랙홀로 대체되면 550 개의 지구 질량 행성이 거주 지역의 안정적인 동심 궤도에 맞을 수 있다고 Raymond는 계산했다.
초 거대 블랙홀의 중력은 각 행성의 측면에서 블랙홀에 더 가깝게 끌어 당겨집니다. 레이몬드에 따르면, 이것은 거주 가능 구역 행성을 뻗어 나갈 수는 있지만, 찢어지기에는 충분히 가까울 수는 없다.
이 초대형 블랙홀 주위에 거주 가능 구역을 만드는 한 가지 방법은 별과 행성 사이에 별을 배치하는 것입니다. Raymond는 백만 태양 흑홀에서 0.5 AU의 9 개의 태양 같은 별 고리가 위의 시나리오에서 550 개의 지구 질량 행성 각각을 잠재적으로 거주 가능하게 만들 것이라고 말했다.
Raymond는“이 시스템에서 지구상에서 사는 것은 꽤 흥미로울 것입니다. "블랙홀 주위의 궤도를 완성하는 데 며칠이 걸릴 것입니다. 거주 지역의 내부 가장자리에서 약 1.6 일, 외부 가장자리에서 4.6 일입니다." [외계 생명체를 호스팅 할 수있는 10 개의 외계 행성]
Raymond는 이러한 두 행성 사이의 가장 근접한 접근 또는 결합에서이 지구 간의 거리는 "지구-달 거리의 약 2 배"가 될 것이라고 지적했습니다. "함께, 각 행성의 가장 가까운 이웃은 하늘에서 보름달의 두 배 크기로 나타납니다."
또한, 가장 가까운 이웃은 멀리 두 배 밖에 떨어져 있지 않기 때문에 합동하는 동안 보름달만큼 크게 나타날 것이라고 레이몬드는 말했다. 그는 합쳐지는 동안 보름달 크기의 절반 이상이 4 개의 행성이 될 것이라고 덧붙였다. "접합은 궤도 당 한 번 미만으로 발생하기 때문에 며칠마다 하늘을 가로 질러 지나가는 거대한 물체가있다"고 그는 말했다.
Raymond는 9 개의 태양이 "볼만한 광경이 될 것"이라고 말했다. 각각은 3 시간마다 블랙홀 주위의 궤도를 완성 할 것입니다.
레이몬드는“이것은 20 분마다 태양 중 하나가 블랙홀 뒤를 통과한다는 것을 의미한다. "태양이 블랙홀 뒤를 지나갈 때 블랙홀의 중력은 빛을 구부리고 렌즈처럼 작용할 수 있습니다. 그것은 태양의 빛을 행성쪽으로 집중시킵니다. 이것은 태양의 모양을 고리로 왜곡시킵니다. 보여 주다."
또한 블랙홀의 중력에 의해 별빛이 늘어납니다. "블랙홀에 더 가까운 별은 더 붉게 보이고 블랙홀에서 멀리 떨어진 별은 더 푸르게 보일 것"이라고 Raymond는 말했다.
블랙홀 주변의 백만 행성
이전 시나리오에서, 각 행성은 초 거대 블랙홀 주위의 궤도에 홀로있었습니다. Raymond는 또한 여러 행성이 백만 태양의 블랙홀 주위에서 궤도를 공유 할 경우 어떻게 될지 모델링했습니다. 이전에 Raymond는 42 개의 지구 질량 행성이 태양으로부터 1AU의 고리로 궤도를 돌 수 있다고 계산했습니다.
Raymond는 행성의 안정적인 고리를 갖기 위해서는 그 고리의 행성들이 모두 대략 같은 질량을 가져야한다고 언급했다. 그러한 고리에는 최소한 7 개의 행성이 있어야하며, 원형 궤도를 따라 균등하게 간격을 두어야합니다.
Raymond는 9 개의 태양과 같은 별의 궤도 고리가있는 백만개의 태양 블랙홀을 감안할 때, 백만 개의 지구 질량 행성이 400 개의 고리로 거주 가능한 구역 내에서 공전 할 수 있다고 계산했다. 지구와 달 사이. 이 시나리오에서 행성들은 다시 궤도를 완성하기 위해 1.6 일에서 4.6 일이 소요될 것입니다. [우주에서 가장 이상한 블랙홀]
Raymond는 블랙홀과 행성 사이에 9 개의 태양 같은 별을 배치하는 대신 6AU 너비의 반지에 36 개의 태양 같은 별을 배치 할 수 있다고 제안했습니다. 이 시나리오에서, "각 행성은 모든면에서 햇빛으로 씻겨져 있습니다. 행성에는 밤이 없습니다"라고 Raymond는 말했습니다. "아시모프의 영원한 행성 칼가 쉬와 같습니다."
레이몬드는 덧붙였다.“이 시스템들에서는 혼자 느끼지 않을 것입니다. 다른 행성들은 하늘에서 거대하게 쳐질 것입니다. 레이몬드는 이웃 한 행성들이 달보다 지구보다 약 10 배 더 가까울 것이라고 말했다. "이것은 팔에 손을 뻗어 하늘 위로 올라가는 랩톱 컴퓨터의 크기와 같습니다."
후자의 시나리오에서, 행성들은 블랙홀에 훨씬 더 가까울 것이며, 각각 약 9 시간 안에 궤도를 완성합니다. 이것은 빛의 속도의 약 10 % 인 놀라운 속도로 선회한다는 것을 의미합니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빛의 속도에 가까워 질수록 시간이 눈에 띄게 느리게 움직이는 것처럼 보이므로 "다른 고리에서 같은 순간에 태어난 두 명의 아기는 약간 다른 속도로 노화 될 것"이라고 Raymond는 말했다. "내륜의 아기는 약간 더 천천히 노화 될 것입니다."
Raymond에 따르면, 링 사이의 속도 차이는 우주선이 한 링에서 다른 링으로 이동할 수 없을 정도로 커질 것이라고 Raymond는 말했다. 그러나 각 세계는 수천 개의 다른 세계와 반지를 공유하고 주변 행성 사이의 상대 속도는 거의 0입니다. 레이몬드는“우주 엘리베이터가 행성을 연결할 수있다”고 말했다.
만약 주어진 고리를 따라 인접한 행성들의 각 쌍이 연결된다면, 그것은 같은 이름의 Larry Niven의 공상 과학 서사시의 거대한 외계인 거대 구조물 인 "Ringworld"와 유사 할 것입니다. 레이몬드 교수는“래리 니븐의 책에서이 설정과 '링월드'의 차이점은이 경우 행성 사이에 살수있는 표면적이 없다는 점이다.
그러한 백만 행성 시스템은 어디에서 왔을까요? Raymond는“고급 외계인들이 백만-지구 태양계와 같은 시스템을 우주 예술 작품으로 만들어내는 것을 상상할 수있다”고 Raymond는 말했다. "가장 큰 규모로 '우리가 얼마나 멋진 지보세요'라고 말하는 방법입니다."
레이몬드는“외계인들이 이런 종류의 시스템을 동물원처럼 만들 수도있다. "그들은 가장 뜨거운 기후에서 가장 추운 기후로 기온이 변화 할 수 있으며, 우주를 가로 질러 수집하는 모든 종류의 생물체를 가진 행성을 보유하고 있습니다. 물론 우주 생물체의 잘못된 조합을 우주에 놓지 않도록주의해야합니다. 같은 행성의 고리는 그것이 끝나지 않기 때문입니다. "
레이몬드는 "아마도 가능한 모든 행성 시스템을 생각해내는 것이 도움이된다"고 말했다. "일부 발견은 '가는 것'과 표준을 훨씬 벗어난 가능성을 상상함으로써 예상 할 수있다.이 시스템은 공상 과학과 '가는 것'의 조합이다.
레이몬드는 "내가 가장 중요하게 생각하는 것은 우리가 생각하는 것의 한계를 뛰어 넘는 것"이라고 결론 지었다.
