Kurz nachdem Einstein 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hatte, begannen die Physiker über die Existenz von Schwarzen Löchern zu spekulieren. Diese Regionen der Raumzeit, aus denen nichts (nicht einmal Licht) entweichen kann, treten natürlich am Ende des Lebenszyklus der massereichsten Sterne auf. Während Schwarze Löcher allgemein als unersättliche Esser angesehen werden, haben sich einige Physiker gefragt, ob sie auch eigene Planetensysteme unterstützen könnten.
Um diese Frage zu beantworten, schuf Dr. Sean Raymond - ein amerikanischer Physiker, der derzeit an der Universität von Bourdeaux arbeitet - ein hypothetisches Planetensystem, 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 zu halten, die 550 Planeten in einer bewohnbaren Zone unterstützen könnte.
Er nannte dieses hypothetische System „The Black Hole Ultimate Solar System“, das aus einem nicht drehenden Schwarzen Loch besteht, das 1 Million Mal so massereich ist wie die Sonne. Das ist ungefähr ein Viertel der Masse von Schütze A *, dem supermassiven Schwarzen Loch (SMBH), das sich im Zentrum der Milchstraßengalaxie befindet (die 4,31 Millionen Sonnenmassen enthält).
Wie Raymond angibt, besteht einer der unmittelbaren Vorteile dieses Schwarzen Lochs in der Mitte eines Systems darin, dass es eine große Anzahl von Sonnen unterstützen kann. Für sein System entschied sich Raymond für 9 und meinte, er könne darauf hinweisen, dass dank des starken Gravitationseinflusses des zentralen Schwarzen Lochs noch viel mehr aufrechterhalten werden könnten. Wie er auf seiner Website schrieb:
„Wenn man bedenkt, wie massiv das Schwarze Loch ist, kann ein Ring bis zu 75 Sonnen halten! Aber das würde die bewohnbare Zone ziemlich weit nach außen bewegen und ich möchte nicht, dass sich das System zu weit ausbreitet. Also werde ich 9 Sonnen im Ring verwenden, die alles um den Faktor 3 nach außen bewegen. Stellen wir den Ring auf 0,5 AU, weit außerhalb der innersten stabilen Kreisbahn (bei etwa 0,02 AU), aber gut innerhalb der bewohnbaren Zone (von etwa 2,7 bis 5,4 AU). ”
Ein weiterer großer Vorteil eines Schwarzen Lochs in der Mitte eines Systems besteht darin, dass es den sogenannten „Hügelradius“ (auch bekannt als Hügelkugel oder Roche-Kugel) verkleinert. Dies ist im Wesentlichen die Region um einen Planeten, in der seine Schwerkraft die des Sterns dominiert, den er umkreist, und daher Satelliten anziehen kann. Laut Raymond wäre der Hill-Radius eines Planeten um ein Millionen-Sonnen-Schwarzes Loch 100-mal kleiner als um die Sonne.
Dies bedeutet, dass eine bestimmte Region des Weltraums 100-mal mehr Planeten stabil aufnehmen könnte, wenn sie ein Schwarzes Loch anstelle der Sonne umkreist. Wie er erklärte:
"Planeten können sehr nahe beieinander sein, weil die Schwerkraft des Schwarzen Lochs so stark ist! Wenn Planeten kleine Spielzeug-Hot-Wheels-Autos sind, sind die meisten Planetensysteme wie normale Autobahnen angelegt (Randnotiz: Ich liebe Hot-Wheels). Jedes Auto bleibt auf seiner eigenen Spur, aber die Autos sind viel viel kleiner als der Abstand zwischen ihnen. Um ein Schwarzes Loch herum können Planetensysteme auf heiße Räder geschrumpft werden. Die Hot Wheels-Autos - unsere Planeten - ändern sich überhaupt nicht, aber sie können stabil bleiben, während sie viel näher beieinander liegen. Sie berühren sich nicht (das wäre nicht stabil), sie sind nur näher beieinander. "
Auf diese Weise können viele Planeten in der bewohnbaren Zone des Systems platziert werden. Basierend auf dem Hügelradius der Erde schätzt Raymond, dass ungefähr sechs Planeten mit Erdmasse in stabile Umlaufbahnen innerhalb derselben Zone um unsere Sonne passen könnten. Dies basiert auf der Tatsache, dass Erdmassenplaneten ungefähr 0,1 AE voneinander entfernt sein und eine stabile Umlaufbahn aufrechterhalten könnten.
Angesichts der Tatsache, dass die bewohnbare Zone der Sonne in etwa den Entfernungen zwischen Venus und Mars entspricht, die 0,3 bzw. 0,5 AE entfernt sind, bedeutet dies, dass 0,8 AE Raum zum Arbeiten zur Verfügung stehen. Um ein Schwarzes Loch mit 1 Million Sonnenmassen könnte der nächste Nachbarplanet jedoch nur 1/1000 seinth (0,001) einer AU entfernt und haben immer noch eine stabile Umlaufbahn.
Wenn man rechnet, 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: Das Schwarze Loch müsste auf seiner aktuellen Masse bleiben. Wenn es größer würde, würden die Hügelradien seiner 550 Planeten immer weiter schrumpfen.
Sobald der Hügelradius den Punkt erreicht hatte, an dem er die gleiche Größe wie jeder der Planeten mit Erdmasse hatte, begann das Schwarze Loch, sie auseinander zu reißen. Bei 1 Million Sonnenmassen ist das Schwarze Loch jedoch in der Lage, ein massives Planetensystem bequem zu tragen. "Mit unserem Millionen-Sonnen-Schwarzen Loch wäre der Hügelradius der Erde (auf seiner aktuellen Umlaufbahn) bereits bis zur Grenze, nur etwas mehr als doppelt so groß wie der tatsächliche Radius der Erde", sagt er.
Schließlich betrachtet Raymond die Auswirkungen, die das Leben in einem solchen System haben würde. Zum einen wäre ein Jahr auf einem 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 bewohnbaren Zone ungefähr 1,6 Tage und für Planeten am äußeren Rand der bewohnbaren Zone ungefähr 4,6 Tage dauern.
Außerdem wäre der Himmel auf der Oberfläche eines Planeten im System viel dichter! Bei so vielen Planeten in enger Umlaufbahn würden sie sehr nahe beieinander liegen. Das bedeutet im Wesentlichen, dass Menschen von der Oberfläche jeder einzelnen Erde aus die nahegelegenen Erden so klar sehen können, wie wir an manchen Tagen den Mond sehen. Wie Raymond illustrierte:
„Bei nächster Annäherung (Konjunktion) beträgt der Abstand zwischen Planeten etwa das Doppelte des Abstandes zwischen Erde und Mond. Diese Planeten sind alle erdgroß und ungefähr viermal größer als der Mond. Dies bedeutet, dass bei der Verbindung der nächste Nachbar jedes Planeten etwa doppelt so groß erscheint wie der Vollmond am Himmel. Und es gibt zwei nächste Nachbarn, den inneren und den äußeren. Außerdem sind die nächstgelegenen 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 halb so groß wie der Vollmond wären. “
Er weist auch darauf hin, dass Konjunktionen fast einmal pro Umlaufbahn auftreten würden, was bedeuten würde, dass alle paar Tage kein Mangel an riesigen Objekten über den Himmel kommen würde. Und natürlich würde es die Sonne selbst geben. Erinnern Sie sich an die Szene in Star Wars, in der ein junger Luke Skywalker zwei in der Wüste untergehende Sonnen beobachtet? Nun, es wäre ein bisschen so, außer viel cooler!
Nach den Berechnungen von Raymond würden die neun Sonnen alle drei Stunden eine Umlaufbahn um das Schwarze Loch absolvieren. Alle zwanzig Minuten ging eine dieser Sonnen hinter dem Schwarzen Loch vorbei und brauchte dafür nur 49 Sekunden. Zu diesem Zeitpunkt würde eine Gravitationslinse auftreten, bei der das Schwarze Loch das Sonnenlicht auf den Planeten fokussieren und die scheinbare Form der Sonne verzerren würde.
Um zu veranschaulichen, wie dies aussehen würde, bietet er eine Animation (siehe oben), die von @GregroxMun - einem Planetenmodellierer, der Weltraumgrafiken für Kerbal und andere Programme entwickelt - mit Space Engine erstellt wurde.
Während ein solches System in der Natur möglicherweise nie vorkommt, 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 die Umlaufbahn um ein Schwarzes Loch zu bringen, dieses ultimative Sonnensystem gestalten. Vielleicht etwas, nach dem SETI-Forscher Ausschau halten sollten?
Diese hypothetische Übung war die zweite Folge einer zweiteiligen Serie von Raymond mit dem Titel „Schwarze Löcher und Planeten“. In der ersten Folge, „The Black Hole Solar System“, überlegte Raymond, wie es wäre, wenn unser System um eine Black Hole-Sun-Binärdatei kreisen würde. Wie er angedeutet hat, wären die Konsequenzen für die Erde und die anderen Sonnenplaneten, gelinde gesagt, interessant!
Raymond hat kürzlich das ultimative Sonnensystem erweitert, indem er das Million Earth Solar System vorschlug. Überprüfen Sie sie alle auf seiner Website, PlanetPlanet.net.
