En teoría, podrían existir enormes cantidades de planetas potencialmente habitables en órbitas estables alrededor de un agujero negro supermasivo, como el Gargantua ficticio de la película "Interestelar" de 2014.
(Imagen: © Paramount Pictures)
Un agujero negro podría tener 1 millón de planetas orbitando cerca de él que son potencialmente capaces de soportar la vida tal como la conocemos, sugiere un astrofísico.
Dado que hay vida prácticamente en todas partes donde existe agua líquida en la Tierra, los astrónomos a menudo juzgan un mundo como potencialmente habitable si orbita dentro de una zona donde el agua líquida podría sobrevivir en su superficie. La "zona habitable" de nuestro sol alberga solo un planeta (la Tierra), pero la historia podría ser diferente para otras estrellas. Por ejemplo, el sistema TRAPPIST-1 tiene tres planetas del tamaño de la Tierra dentro de su zona habitable.
Sean Raymond, astrofísico del Observatorio de Burdeos en Francia, investiga cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios. Como parte de una columna que Raymond escribe titulada "Construyendo el sistema solar definitivo", se dispuso a ver cuántos planetas podrían orbitar un agujero negro. [Los agujeros negros más extraños en el espacio]
"Creo que podemos aprender de los extremos ... son básicamente los límites del cuadro en el que estamos buscando", dijo Raymond a Space.com. "Este sistema es uno de los extremos: el más completo imaginable. Es una divertida mezcla de imaginación y ciencia".
Actualmente hay dos tipos de agujeros negros que los científicos conocen mejor, dijo Raymond. Los agujeros negros de masa estelar son iguales en masa a unos pocos soles, y se forman cuando las estrellas gigantes mueren y colapsan sobre sí mismas. Los agujeros negros supermasivos son de millones a miles de millones de veces la masa del sol, y se cree que existen en los corazones de la mayoría, si no de todas, las grandes galaxias. (Una tercera clase, agujeros negros de masa intermedia, es poco conocida).
Los agujeros negros son extremadamente compactos. Un agujero negro con la masa del sol tendría aproximadamente 3,7 millas (6 kilómetros) de ancho. En comparación, Sagitario A *, el agujero negro supermasivo que se cree acecha en el corazón de la Vía Láctea, tiene una masa de aproximadamente 4 millones de soles y un diámetro de aproximadamente 14,7 millones de millas (23,6 millones de kilómetros), o un poco más de 40 por ciento del tamaño de la órbita de Mercurio alrededor del sol.
¿Y si el sol tuviera un compañero de agujero negro?
Una pregunta común en las clases de física es imaginar qué cambiaría si el sol fuera reemplazado por un agujero negro de la misma masa, dijo Raymond. La respuesta es que nada cambiaría con respecto a las órbitas de los planetas: si el agujero negro tuviera la misma masa que el sol, las órbitas seguirían siendo las mismas. (La vida en la Tierra obviamente sufriría por la falta de luz y calor en tal escenario, agregó Raymond).
Si el sol tuviera un agujero negro de igual masa que orbitara cerca de él, a una décima parte de una unidad astronómica (UA), las órbitas de los planetas del sistema solar no cambiarían mucho, observó Raymond. (Una UA es la distancia Tierra-Sol: aproximadamente 93 millones de millas, o 150 millones de km.)
Aún así, suponiendo que estos planetas se mantengan a la misma distancia del sol que lo hacen ahora, la atracción gravitacional del sol y su compañero de agujero negro conducirían a estos mundos a completar sus órbitas un poco más rápido, con el año de la Tierra disminuyendo de 365 días a 258 días, dijo.
En el escenario anterior, el sol y el agujero negro completarían una órbita entre sí cada 2,9 días. Esto significa que la cantidad de energía que la Tierra recibiría del sol fluctuaría entre 90 por ciento y 110 por ciento de su promedio a medida que el sol se alejara o se acercara a la Tierra.
"Eso es como rebotar entre Nueva York y Miami y regresar cada 2,9 días", señaló Raymond. [Prueba del Agujero Negro: ¿Qué tan bien conoces las creaciones más extrañas de la naturaleza?]
¿Qué pasaría si un agujero negro supermasivo tuviera un anillo de planetas?
Además de imaginar la vida alrededor de un agujero negro de masa estelar, Raymond también calculó cuántos planetas potencialmente habitables podrían caber alrededor de un agujero negro supermasivo 1 millón de veces la masa del sol. "Eso es casi tan masivo como el que está en el centro de la Vía Láctea", dijo. Solo se trataría del diámetro del sol, agregó.
Alrededor del sol, las órbitas que viajan los planetas pueden acercarse mucho antes de que los efectos de sus tirones gravitacionales abrumen a los del sol, lo que lleva a órbitas inestables. Raymond señaló que alrededor de seis planetas de masa terrestre pueden caber en órbitas concéntricas estables dentro de la zona habitable del sol.
En contraste, el tirón gravitacional de un agujero negro supermasivo es extraordinariamente fuerte, suficiente para abrumar fácilmente a los de los planetas. Si el Sol fuera reemplazado por un agujero negro de un millón de masas solares, 550 planetas de masa terrestre podrían caber en órbitas concéntricas estables en la zona habitable, calculó Raymond.
La gravedad del agujero negro supermasivo tiraría más fuertemente del lado de cada planeta más cerca del agujero negro. Esto estiraría los planetas de la zona habitable, aunque no estarían lo suficientemente cerca como para ser destrozados, dijo Raymond.
Una forma de crear una zona habitable alrededor de este agujero negro supermasivo es colocar estrellas entre él y los planetas. Un anillo de nueve estrellas parecidas al sol, a 0.5 UA de un agujero negro de un millón de soles, haría que cada uno de los 550 planetas de masa terrestre en el escenario anterior sea potencialmente habitable, dijo Raymond.
"Sería bastante interesante vivir en un planeta en este sistema", señaló Raymond. "Tomaría solo unos días completar una órbita alrededor del agujero negro, aproximadamente 1.6 días en el borde interior de la zona habitable y 4.6 días en el borde exterior". [10 exoplanetas que podrían albergar vida alienígena]
En el acercamiento más cercano, o conjunción, entre dos de esos planetas, la distancia entre estos mundos sería "aproximadamente el doble de la distancia entre la Tierra y la Luna", señaló Raymond. "En la conjunción, el vecino más cercano de cada planeta aparece aproximadamente el doble del tamaño de la luna llena en el cielo".
Además, los próximos vecinos más cercanos estarían a solo el doble de distancia y, por lo tanto, parecerían tan grandes como la luna llena durante la conjunción, dijo Raymond. Añadió que cuatro planetas más tendrían al menos la mitad del tamaño de la luna llena durante la conjunción. "Las conjunciones ocurren un poco menos de una vez por órbita, por lo que cada pocos días hay un grupo de objetos gigantes que pasan por el cielo", dijo.
Los nueve soles "también serían un espectáculo para la vista", dijo Raymond. Cada uno completaría su órbita alrededor del agujero negro cada 3 horas.
"Eso significa que cada 20 minutos, uno de los soles pasaría detrás del agujero negro", dijo Raymond. "Cuando un sol pasa detrás del agujero negro, la gravedad del agujero negro dobla su luz y puede actuar como una lente. Enfoca la luz del sol hacia el planeta. Esto distorsiona la forma del sol en un anillo ... una luz muy dulce show."
Además, la luz de las estrellas se estiraría por la gravedad del agujero negro. "Las estrellas más cercanas al agujero negro aparecerían más rojas, y las más alejadas del agujero negro parecerían más azules", dijo Raymond.
Un millón de planetas alrededor de un agujero negro.
En el escenario anterior, cada planeta estaba solo en su órbita alrededor del agujero negro supermasivo. Raymond también modeló lo que sucedería si varios planetas compartieran una órbita alrededor de un agujero negro de un millón de soles. Anteriormente, Raymond calculó que 42 planetas de masa terrestre podrían orbitar en un anillo a 1 UA del sol.
Para tener un anillo estable de planetas, Raymond señaló que los planetas en ese anillo deben tener aproximadamente la misma masa. También debe haber al menos siete planetas en dicho anillo, y deben estar espaciados uniformemente a lo largo de una órbita circular.
Dado un agujero negro de un millón de soles con un anillo en órbita de nueve estrellas parecidas al sol, Raymond calculó que un millón de planetas con masa de la Tierra podrían orbitar dentro de la zona habitable en 400 anillos, cada uno con 2.500 planetas separados aproximadamente por la misma distancia. entre la tierra y la luna. En este escenario, los planetas tomarían nuevamente entre 1.6 y 4.6 días para completar una órbita. [Los agujeros negros más extraños en el universo]
En lugar de colocar nueve estrellas similares al sol entre el agujero negro y los planetas, Raymond también sugirió que se podrían colocar 36 estrellas similares al sol en un anillo de 6 UA de ancho. En este escenario, "cada planeta está bañado por la luz solar desde todos los lados; los planetas no tienen lado nocturno", dijo Raymond. "Es como el planeta Kalgash de día permanente de Asimov".
"Nunca te sentirías solo en estos sistemas; los otros planetas se verían enormes en el cielo", agregó Raymond. Los planetas vecinos estarían aproximadamente 10 veces más cerca de lo que la luna está de la Tierra, lo que significa que aparecerían "aproximadamente 40 veces más grandes en el cielo que la luna llena", dijo Raymond. "Eso es aproximadamente del tamaño de una computadora portátil al alcance de la mano, solo en el cielo".
En este último escenario, los planetas estarían mucho más cerca del agujero negro, cada uno completando una órbita en aproximadamente 9 horas. Esto significa que orbitarían a velocidades extraordinarias, aproximadamente el 10 por ciento de la velocidad de la luz. Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, el tiempo parecería moverse notablemente más lentamente a medida que se acerca a la velocidad de la luz, por lo que "dos bebés nacidos en el mismo instante en anillos diferentes envejecerían a ritmos ligeramente diferentes", dijo Raymond. "El bebé en el anillo interior envejecería un poco más lentamente".
Las diferencias de velocidad entre los anillos serían lo suficientemente grandes como para que sea imposible que una nave espacial viaje de un anillo a otro con cualquier tecnología actual, dijo Raymond. Sin embargo, cada mundo compartiría su anillo con miles de otros, y la velocidad relativa entre los planetas vecinos sería casi cero. "Un ascensor espacial podría conectar planetas", dijo Raymond.
Si cada par de planetas vecinos a lo largo de un anillo dado estuvieran conectados, se parecería a un "Mundo Anillo", una gigantesca megaestructura alienígena en la epopeya de ciencia ficción del mismo nombre de Larry Niven. "La diferencia entre esta configuración y el 'Mundo Anillo' del libro de Larry Niven es que, en este caso, no hay una superficie habitable entre los planetas", dijo Raymond.
¿De dónde podrían venir esos sistemas de millones de planetas? "Me imagino a extraterrestres súper avanzados creando un sistema como el sistema solar de millones de Tierra como una obra de arte cósmica, algo así como el arte de los rascacielos o los icebergs pintados", dijo Raymond. "Una manera de decir, 'Mira lo elegantes que somos', en la escala más grande".
"O tal vez los extraterrestres crearían este tipo de sistema como un zoológico", dijo Raymond. "Podrían tener un gradiente en climas desde los más cálidos hasta los más fríos, y abastecer los planetas con todo tipo de criaturas que recogen en todo el universo. Por supuesto, tendrían que tener cuidado de no poner las combinaciones incorrectas de criaturas espaciales en el mismo anillo de planetas, porque eso no terminaría bien ".
En general, "es útil tratar de idear todos los posibles sistemas planetarios que puedan existir", dijo Raymond. "Algunos descubrimientos podrían haberse anticipado 'yendo allí' e imaginando posibilidades que están muy lejos de la norma. Estos sistemas son una combinación de ciencia ficción e 'ir allí' en ese sentido".
"Lo principal que busco es simplemente tratar de superar los límites de lo que creemos que es posible", concluyó Raymond.
