يمكن أن توجد أعداد ضخمة من الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن نظريًا في مدارات مستقرة حول ثقب أسود فائق الكتلة ، مثل فيلم Gargantua الخيالي من فيلم 2014 "Interstellar".
(الصورة: © Paramount Pictures)
يشير عالم فيزياء الفلك إلى أن الثقب الأسود يمكن أن يكون له مليون كوكب يدور بالقرب منه قادر على دعم الحياة كما نعرفها.
نظرًا لوجود الحياة تقريبًا في كل مكان توجد فيه المياه السائلة على الأرض ، غالبًا ما يحكم الفلكيون عالماً يمكن أن يكون صالحًا للسكن إذا كان يدور داخل منطقة يمكن أن تعيش فيها المياه السائلة على سطحه. تستضيف "منطقتنا الصالحة للسكن" كوكبًا واحدًا فقط (الأرض) ، لكن القصة يمكن أن تكون مختلفة بالنسبة للنجوم الأخرى. على سبيل المثال ، يحتوي نظام TRAPPIST-1 على ثلاثة كواكب بحجم الأرض داخل منطقته الصالحة للسكن.
شون ريمون ، عالم فيزياء فلكية في مرصد بوردو بفرنسا ، يبحث في كيفية تشكل الأنظمة الكوكبية وتطورها. كجزء من عمود يكتب ريمون بعنوان "بناء النظام الشمسي النهائي" ، شرع في معرفة عدد الكواكب التي يمكن أن تدور حول ثقب أسود. [أغرب الثقوب السوداء في الفضاء]
وقال ريمون لموقع Space.com "أعتقد أننا نستطيع أن نتعلم من التطرف ... إنها في الأساس حدود الصندوق الذي نبحث فيه." "هذا النظام واحد متطرف - أكثرها تخيلاً يمكن تخيله. إنه مزيج ممتع من الخيال والعلوم."
قال ريمون إن هناك حاليًا نوعان من الثقوب السوداء التي يعرفها العلماء بشكل أفضل. الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية متساوية في الكتلة مع عدد قليل من الشموس ، وتتشكل عندما تموت النجوم العملاقة وتنهار على نفسها. الثقوب السوداء الهائلة هي كتلة الشمس بملايين المليارات من المرات ، ويعتقد أنها موجودة في قلوب معظم المجرات الكبيرة ، إن لم يكن كلها. (الطبقة الثالثة ، الثقوب السوداء متوسطة الكتلة ، غير مفهومة جيدًا).
الثقوب السوداء مضغوطة للغاية. يبلغ عرض الثقب الأسود مع كتلة الشمس حوالي 3.7 ميل (6 كيلومترات) فقط. بالمقارنة ، فإن القوس الأسود * ، الثقب الأسود الهائل الذي يُعتقد أنه يتربص في قلب درب التبانة ، يبلغ حجم كتلته حوالي 4 ملايين شمس وقطرها حوالي 14.7 مليون ميل (23.6 مليون كيلومتر) ، أو أكثر بقليل من 40 نسبة حجم مدار عطارد حول الشمس.
ماذا لو كان للشمس رفيق الثقب الأسود؟
وقال ريمون إن السؤال الشائع في فصول الفيزياء هو تخيل ما يمكن أن يتغير إذا تم استبدال الشمس بثقب أسود من نفس الكتلة. الجواب هو أنه لن يتغير شيء فيما يتعلق بمدارات الكواكب - إذا كان للثقب الأسود نفس كتلة الشمس ، فستظل المدارات كما هي. (من الواضح أن الحياة على الأرض ستعاني من نقص الضوء والحرارة في مثل هذا السيناريو ، أضاف ريمون).
وأشار ريمون إلى أنه إذا كان للشمس رفيق متساوٍ للثقب الأسود يدور بالقرب منه - على سبيل المثال ، عُشر الوحدة الفلكية (AU) - فلن تتغير مدارات الكواكب في النظام الشمسي كثيرًا. (واحد AU هو المسافة بين الأرض والشمس - حوالي 93 مليون ميل ، أو 150 مليون كيلومتر.)
ومع ذلك ، بافتراض أن هذه الكواكب حافظت على نفس المسافة من الشمس كما تفعل الآن ، فإن قوة الجاذبية للشمس وشريكها في الثقب الأسود ستقود هذه العوالم إلى إكمال مداراتها بسرعة أكبر قليلاً ، مع انخفاض عام الأرض من 365 يومًا إلى 258 قال أيام.
في السيناريو أعلاه ، ستكمل الشمس والثقب الأسود مدارًا مع بعضهما البعض كل 2.9 يومًا. وهذا يعني أن كمية الطاقة التي ستتلقاها الأرض من الشمس ستتقلب بين 90 في المائة و 110 في المائة من متوسطها مع تحرك الشمس أبعد من الأرض أو بالقرب منها.
وأشار ريمون إلى أن ذلك يشبه الارتداد بين نيويورك وميامي والعودة كل 2.9 يوم. [اختبار الثقب الأسود: إلى أي مدى تعرف أغرب إبداعات الطبيعة؟]
ماذا لو كان للثقب الأسود الهائل حلقة من الكواكب؟
بالإضافة إلى تخيل الحياة حول الثقب الأسود ذي الكتلة النجمية ، قام ريمون أيضًا بحساب عدد الكواكب التي يمكن أن تكون صالحة للسكن والتي يمكن أن تتناسب مع ثقب أسود فائق الكتلة مليون مرة من كتلة الشمس. قال: "هذا يكاد يكون ضخما مثل الذي في وسط درب التبانة". وأضاف أنه سيكون فقط حول قطر الشمس.
حول الشمس ، يمكن أن تقترب المدارات التي تسافر عبرها الكواكب من بعضها البعض فقط قبل أن تطغى تأثيرات شدتها الجاذبية على أشعة الشمس ، مما يؤدي إلى مدارات غير مستقرة. وأشار ريمون إلى أن حوالي ستة كواكب كتلة الأرض يمكن أن تتناسب مع مدارات متحدة المركز مستقرة داخل منطقة الشمس الصالحة للسكن.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن قوة سحب الجاذبية للثقب الأسود الهائل قوية بشكل غير عادي ، بما يكفي لإرباك تلك الكواكب بسهولة. حسب ريمون ، إذا تم استبدال الشمس بفتحة سوداء تبلغ كتلتها مليون كتلة شمسية ، فإن 550 من الكواكب ذات الكتلة الأرضية يمكن أن تتناسب مع مدارات متحدة المركز مستقرة في المنطقة الصالحة للسكن.
سوف تسحب جاذبية الثقب الأسود الهائل بقوة أكبر على جانب كل كوكب أقرب إلى الثقب الأسود. وقال ريمون إن هذا سيمد كواكب المنطقة الصالحة للسكن ، على الرغم من أنها لن تكون قريبة بما فيه الكفاية لتمزقها.
تتمثل إحدى طرق إنشاء منطقة صالحة للسكن حول هذا الثقب الأسود الهائل في وضع النجوم بينها وبين الكواكب. وقال ريمون إن حلقة من تسعة نجوم تشبه الشمس 0.5 إيه يو من ثقب أسود بمليون شمس ستجعل كل من الكواكب ذات الكتلة الأرضية البالغة 550 في السيناريو أعلاه قابلة للسكن.
وأشار ريمون إلى أنه "سيكون من الممتع جدًا العيش على كوكب في هذا النظام". "سيستغرق الأمر بضعة أيام فقط لإكمال مدار حول الثقب الأسود - حوالي 1.6 يوم في الحافة الداخلية للمنطقة الصالحة للسكن و 4.6 أيام في الحافة الخارجية." [10 كواكب خارج المجموعة الشمسية يمكنها استضافة حياة أجنبية]
وأشار ريمون إلى أن أقرب مسافة بين هذه الكواكب أو الاقتران بين هذه الكواكب ستكون "حوالي ضعف المسافة بين الأرض والقمر". "بالتزامن ، يظهر أقرب جار لكل كوكب حوالي ضعف حجم القمر المكتمل في السماء."
بالإضافة إلى ذلك ، قال ريمون إن أقرب الجيران التاليين سيكون على بعد مسافة مضاعفة فقط ، وبالتالي سيبدو كبيرًا مثل البدر أثناء الاقتران. وأضاف أن أربعة كواكب أخرى ستكون على الأقل نصف حجم البدر أثناء الاقتران. وقال "تحدث العطف أقل من مرة واحدة لكل مدار ، لذلك كل بضعة أيام هناك مجموعة من الأجسام العملاقة التي تمر عبر السماء".
وقال ريمون إن الشموس التسع "ستكون أيضا منظرا." كل منها يكمل مداره حول الثقب الأسود كل 3 ساعات.
وقال ريمون: "هذا يعني أنه كل 20 دقيقة تمر إحدى الشموس خلف الثقب الأسود". "عندما تمر الشمس خلف الثقب الأسود ، تثقل جاذبية الثقب الأسود ضوءها ويمكن أن تعمل مثل العدسة. فهي تركز ضوء الشمس تجاه الكوكب. وهذا يشوه شكل الشمس إلى حلقة ... ضوء حلو جدًا تبين."
علاوة على ذلك ، سيتمدد ضوء النجوم بسبب جاذبية الثقب الأسود. وقال ريمون: "النجوم القريبة من الثقب الأسود ستبدو أكثر احمرارًا ، وستبدو النجوم البعيدة عن الثقب الأسود أكثر زرقة".
مليون كوكب حول الثقب الأسود
في السيناريو السابق ، كان كل كوكب بمفرده في مداره حول الثقب الأسود الهائل. كما وضع ريمون نموذجًا لما سيحدث إذا شاركت كواكب متعددة في مدار حول ثقب أسود يبلغ مليون شمس. في السابق ، حسب ريمون أن 42 من الكواكب ذات الكتلة الأرضية يمكن أن تدور في حلقة 1 AU من الشمس.
من أجل الحصول على حلقة مستقرة من الكواكب ، لاحظ ريمون أن الكواكب في تلك الحلقة يجب أن يكون لها نفس الكتلة تقريبًا. يجب أن يكون هناك أيضًا سبعة كواكب على الأقل في مثل هذه الحلقة ، ويجب أن تكون متباعدة بالتساوي على مدار مدار دائري.
بالنظر إلى ثقب أسود يبلغ مليون شمس مع حلقة مدارية من تسعة نجوم تشبه الشمس ، حسب ريمون أن مليون كوكبًا من كتلة الأرض يمكن أن يدور داخل المنطقة الصالحة للسكن في 400 حلقة ، كل منها يحتوي على 2500 كوكب متباعدًا بمسافة مماثلة تقريبًا بين الأرض والقمر. في هذا السيناريو ، ستستغرق الكواكب مرة أخرى من 1.6 إلى 4.6 يومًا لإكمال مدار. [أغرب الثقوب السوداء في الكون]
بدلاً من وضع تسعة نجوم تشبه الشمس بين الثقب الأسود والكواكب ، اقترح ريمون أيضًا أنه يمكن وضع 36 نجمة تشبه الشمس في حلقة بعرض 6 AU. وقال ريمون في هذا السيناريو: "كل كوكب يغمره ضوء الشمس من جميع الجهات - الكواكب ليس لها جانب ليلي". انها مثل كوكب اسيموف النهاري الدائم كالجاش ».
وأضاف ريمون: "لن تشعر بالوحدة أبدًا في هذه الأنظمة - فالكواكب الأخرى ستحدق في السماء". وقال ريمون إن الكواكب المجاورة ستكون أقرب بنحو 10 أضعاف القمر من الأرض ، مما يعني أنها ستظهر "في السماء أكبر بنحو 40 مرة من القمر المكتمل". "هذا يعادل حجم جهاز كمبيوتر محمول في متناول اليد ، فقط في السماء."
في هذا السيناريو الأخير ، ستكون الكواكب أقرب كثيرًا إلى الثقب الأسود ، وكل منها يكمل مدارًا في حوالي 9 ساعات فقط. هذا يعني أنها ستدور بسرعات غير عادية - حوالي 10 بالمائة من سرعة الضوء. وفقا لنظرية آينشتاين عن النسبية الخاصة ، يبدو أن الوقت يتحرك بشكل ملحوظ بشكل أبطأ كلما اقترب المرء من سرعة الضوء ، لذلك "عمر طفلين يولدان في نفس اللحظة على حلقات مختلفة يتقدمان في السن بمعدلات مختلفة قليلاً" ، قال ريمون. "الطفل على الحلقة الداخلية يكبر ببطء أكبر."
وقال ريمون إن الاختلافات في السرعة بين الحلقات ستكون كبيرة بما يكفي لتجعل من المستحيل على متن سفينة فضائية الانتقال من حلقة إلى أخرى مع أي تقنية حالية. ومع ذلك ، فإن كل عالم سيشارك خاتمه مع آلاف الآخرين ، وستكون السرعة النسبية بين الكواكب المجاورة صفرًا تقريبًا. قال ريمون: "مصعد الفضاء يمكن أن يربط الكواكب".
إذا تم توصيل كل زوج من الكواكب المجاورة على طول حلقة معينة ، فسيشبه "Ringworld" ، وهي بنية ضخمة عملاقة في ملحمة الخيال العلمي لاري نيفن التي تحمل نفس الاسم. وقال ريمون "إن الفرق بين هذا الإعداد و" رينغورلد "من كتاب لاري نيفين هو أنه في هذه الحالة ، لا توجد مساحة قابلة للعيش بين الكواكب.
من أين قد تأتي مثل هذه الأنظمة التي تتكون من مليون كوكب؟ قال ريمون: "يمكنني أن أتخيل كائنات فضائية متطورة للغاية تنشئ نظامًا مثل النظام الشمسي الذي يتكون من مليون الأرض كعمل فني كوني ، نوعًا ما مثل فن ناطحات السحاب أو الجبال الجليدية المرسومة". "طريقة للقول ،" انظروا كم نحن متوهمون ، على أوسع نطاق. "
قال ريمون: "أو ربما ينشئ الأجانب هذا النوع من النظام كحديقة حيوانات". "يمكن أن يكون لديهم تدرج في المناخ من الأسخن إلى الأبرد ، وأن يقوموا بتخزين الكواكب بجميع أنواع المخلوقات التي يجمعونها في جميع أنحاء الكون. بالطبع ، يجب أن يكونوا حريصين على عدم وضع المجموعات الخاطئة من المخلوقات الفضائية على نفس الحلقة من الكواكب ، لأن ذلك لن ينتهي بشكل جيد ".
بشكل عام ، "من المفيد محاولة التوصل إلى جميع أنظمة الكواكب الممكنة التي قد تكون موجودة" ، قال ريمون. "كان من الممكن توقع بعض الاكتشافات من خلال" الذهاب إلى هناك "وتخيل الاحتمالات التي هي أبعد من المعتاد. هذه الأنظمة هي مزيج من الخيال العلمي و" الذهاب إلى هناك "بهذا المعنى."
وخلص ريمون إلى أن "الشيء الرئيسي الذي أبحث عنه هو ببساطة محاولة تجاوز حدود ما نعتقد أنه ممكن".
