ไม่นานหลังจาก Einstein ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาในปี 1915 นักฟิสิกส์เริ่มคาดการณ์เกี่ยวกับการดำรงอยู่ของหลุมดำ พื้นที่เวลาว่างเหล่านี้ซึ่งไม่มีสิ่งใด (ไม่ใช่แม้แต่แสงสว่าง) สามารถหลบหนีได้คือสิ่งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในตอนท้ายของวัฏจักรชีวิตของดาวมวลสูงที่สุด ในขณะที่หลุมดำโดยทั่วไปคิดว่าเป็นนักกินที่ไม่รู้จักพอนักฟิสิกส์บางคนสงสัยว่าพวกมันสามารถรองรับระบบดาวเคราะห์ของตนเองได้หรือไม่
เพื่อที่จะตอบคำถามนี้ดร. ฌอนเรย์มอนด์นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันในปัจจุบันที่มหาวิทยาลัยบูร์โดซ์สร้างระบบดาวเคราะห์สมมุติขึ้นโดยมีหลุมดำอยู่ตรงกลาง จากการคำนวณความโน้มถ่วงหลายแบบเขาพบว่าหลุมดำจะสามารถเก็บดวงอาทิตย์เก้าดวงในวงโคจรที่มีเสถียรภาพรอบตัวซึ่งจะสามารถรองรับดาวเคราะห์ 550 ดวงในเขตเอื้ออาศัยได้
เขาตั้งชื่อระบบสมมุตินี้ว่า "ระบบสุริยะหลุมดำสุดยอด" ซึ่งประกอบด้วยหลุมดำที่ไม่หมุนซึ่งมีขนาดใหญ่เท่ากับดวงอาทิตย์ 1 ล้านเท่า นั่นคือประมาณหนึ่งในสี่ของมวลของราศีธนู A * ซึ่งเป็นหลุมดำขนาดมหึมา (SMBH) ที่อยู่ในใจกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก (ซึ่งมีมวลดวงอาทิตย์ 4.31 ล้านดวง)
ดังที่เรย์มอนด์บ่งชี้ว่าหนึ่งในข้อดีของการมีหลุมดำนี้ที่ศูนย์กลางของระบบคือมันสามารถรองรับดวงอาทิตย์จำนวนมากได้ เพื่อประโยชน์ของระบบของเขาเรย์มอนด์เลือก 9 คิดว่าเขาบ่งชี้ว่าอีกหลายคนสามารถคงไว้ได้เพราะอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่แท้จริงของหลุมดำกลาง ตามที่เขาเขียนบนเว็บไซต์ของเขา:
“ เมื่อพิจารณาว่าหลุมดำนั้นใหญ่เพียงใดวงแหวนหนึ่งสามารถถือดวงอาทิตย์ได้มากถึง 75 ดวง! แต่นั่นจะย้ายโซนที่อยู่อาศัยออกไปด้านนอกได้ค่อนข้างไกลและฉันไม่ต้องการให้ระบบกระจายออกไปมากเกินไป ดังนั้นฉันจะใช้ 9 Suns ในวงแหวนซึ่งเคลื่อนทุกอย่างออกมาเป็น 3 ลองวางวงแหวนที่ 0.5 AU นอกวงโคจรทรงกลมที่เสถียรที่สุด (ประมาณ 0.02 AU) แต่อยู่ในเขตเอื้ออาศัย (จาก ประมาณ 2.7 ถึง 5.4 AU)
ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการมีหลุมดำที่ศูนย์กลางของระบบคือมันทำให้สิ่งที่เรียกว่า“ รัศมีรัศมี” หดตัวลง (aka Hill sphere หรือ Roche sphere) นี่เป็นพื้นที่รอบ ๆ ดาวเคราะห์ที่แรงโน้มถ่วงของมันอยู่เหนือดาวฤกษ์ที่มันโคจรรอบดังนั้นจึงสามารถดึงดูดดาวเทียมได้ ตามที่เรย์มอนด์รัศมีของฮิลล์ดาวเคราะห์จะมีขนาดเล็กกว่าประมาณ 100 เท่ารอบหลุมดำหนึ่งล้านดวงเมื่อเทียบกับรอบดวงอาทิตย์
ซึ่งหมายความว่าพื้นที่ที่กำหนดสามารถเสถียรดาวเคราะห์ได้มากกว่า 100 เท่าถ้าพวกเขาโคจรรอบหลุมดำแทนที่จะเป็นดวงอาทิตย์ ตามที่เขาอธิบาย:
“ ดาวเคราะห์สามารถอยู่ใกล้กันมากที่สุดเพราะแรงโน้มถ่วงของหลุมดำนั้นแข็งแกร่งมาก! ถ้าดาวเคราะห์เป็นรถของเล่นล้อร้อนขนาดเล็กระบบดาวเคราะห์ส่วนใหญ่จะวางตัวเหมือนทางหลวงปกติ (หมายเหตุด้านข้าง: ฉันรักล้อร้อน) รถแต่ละคันจะอยู่ในเลนของตัวเอง แต่รถยนต์นั้นเล็กกว่าระยะห่างระหว่างพวกเขามาก รอบหลุมดำระบบดาวเคราะห์สามารถย่อตัวลงไปยังร่องล้อขนาด Hot รถยนต์ล้อร้อน - ดาวเคราะห์ของเรา - ไม่เปลี่ยนแปลงเลย แต่พวกมันสามารถทรงตัวได้ในขณะที่อยู่ใกล้กันมาก พวกเขาไม่ได้สัมผัส (ที่จะไม่มั่นคง) พวกเขาอยู่ใกล้กันมากขึ้น”
นี่คือสิ่งที่ช่วยให้ดาวเคราะห์จำนวนมากถูกวางไว้ในเขตเอื้ออาศัยของระบบ เรย์มอนด์ประเมินว่าดาวเคราะห์มวลโลกทั้งหกดวงนั้นสามารถโคจรรอบรัศมีวงโคจรของโลกตามรัศมีของโลกได้โดยพิจารณาจากรัศมีของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าดาวเคราะห์มวลโลกอาจมีระยะห่างประมาณ 0.1 AU จากกันและกันและคงวงโคจรที่เสถียร
เนื่องจากโซนที่อยู่อาศัยของดวงอาทิตย์นั้นอยู่ในระยะทางระหว่างดาวศุกร์และดาวอังคารซึ่งอยู่ห่างกันประมาณ 0.3 และ 0.5 AU ตามลำดับซึ่งหมายความว่ามีพื้นที่ 0.8UU สำหรับทำงานด้วย อย่างไรก็ตามรอบหลุมดำที่มีมวลดวงอาทิตย์ 1 ล้านดวงดาวเคราะห์ใกล้เคียงที่สุดอาจเป็น 1/1000TH (0.001) ของ AU ออกไปและยังคงมีวงโคจรที่เสถียร
การทำคณิตศาสตร์นี่หมายความว่าพื้นโลกประมาณ 550 ดวงสามารถพอดีกับภูมิภาคเดียวกันที่โคจรรอบหลุมดำและดวงอาทิตย์ทั้งเก้า มีข้อเสียเปรียบเล็กน้อยหนึ่งข้อสำหรับสถานการณ์ทั้งหมดนี้ซึ่งก็คือหลุมดำจะต้องอยู่ที่มวลในปัจจุบัน ถ้ามันมีขนาดใหญ่ขึ้นมันจะทำให้ฮิลล์รัศมีของดาวเคราะห์ 550 ดวงหดตัวลงไปเรื่อย ๆ
เมื่อรัศมีของเขาลงมาถึงจุดที่มันมีขนาดเท่ากับดาวเคราะห์ใด ๆ ในโลกหลุมดำก็จะเริ่มฉีกมันออกจากกัน แต่ที่มวลดวงอาทิตย์ 1 ล้านดวงหลุมดำสามารถรองรับระบบดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ได้อย่างสบาย “ ด้วยหลุมดำล้านอาทิตย์ของเรารัศมีเนินเขาของโลก (บนวงโคจรปัจจุบัน) จะลดลงจนถึงขีด จำกัด แล้วรัศมีของโลกที่แท้จริงเพิ่มขึ้นสองเท่า "เขากล่าว
ในที่สุดเรย์มอนด์พิจารณาความหมายของการใช้ชีวิตในระบบดังกล่าว หนึ่งปีบนดาวเคราะห์ดวงใดก็ได้ในเขตที่อยู่อาศัยของระบบจะสั้นกว่ามากเนื่องจากระยะเวลาการโคจรของพวกมันจะเร็วกว่ามาก โดยทั่วไปหนึ่งปีจะมีอายุประมาณ 1.6 วันสำหรับดาวเคราะห์ที่ขอบด้านในของโซนที่อยู่อาศัยและ 4.6 วันสำหรับดาวเคราะห์ที่ขอบด้านนอกของโซนที่อยู่อาศัย
นอกจากนี้บนพื้นผิวของดาวเคราะห์ใด ๆ ในระบบท้องฟ้าจะแออัดมากขึ้น! เมื่อมีดาวเคราะห์จำนวนมากที่โคจรอยู่ใกล้กันพวกมันจะผ่านเข้าใกล้กันมาก นั่นหมายความว่าจากพื้นผิวของโลกบุคคลใดบุคคลหนึ่งจะสามารถมองเห็นโลกใกล้เคียงได้อย่างชัดเจนเมื่อเราเห็นดวงจันทร์ในบางวัน ดังที่เรย์มอนด์แสดง:
“ ใกล้เคียงที่สุด (ร่วม) ระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์นั้นอยู่ห่างจากโลก - ดวงจันทร์ประมาณสองเท่า ดาวเคราะห์เหล่านี้มีขนาดเท่าโลกทั้งหมดมีขนาดใหญ่กว่าดวงจันทร์ประมาณ 4 เท่า ซึ่งหมายความว่าเมื่อรวมเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ที่สุดของดาวเคราะห์แต่ละดวงจะปรากฏเป็นสองเท่าของดวงจันทร์เต็มดวงในท้องฟ้า และมีเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดสองคนคือภายในและภายนอก ยิ่งไปกว่านั้นเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ที่สุดถัดไปอยู่ไกลออกไปสองเท่าดังนั้นพวกเขาจึงยังคงมีขนาดใหญ่เท่ากับพระจันทร์เต็มดวงในระหว่างการรวม และดาวเคราะห์อีกสี่ดวงที่มีขนาดอย่างน้อยครึ่งหนึ่งของดวงจันทร์เต็มดวงในช่วงเวลาเดียวกัน”
นอกจากนี้เขายังระบุว่าสันธานจะเกิดขึ้นเกือบหนึ่งครั้งต่อวงโคจรซึ่งหมายความว่าทุก ๆ สองสามวันจะไม่มีปัญหาการขาดแคลนวัตถุขนาดใหญ่ที่ข้ามผ่านท้องฟ้า และแน่นอนว่าจะมีดวงอาทิตย์ด้วยตัวเอง จำฉากนั้นในสตาร์วอร์สที่ซึ่งลุคสกายวอล์คเกอร์หนุ่มกำลังดูพระอาทิตย์สองดวงในทะเลทราย? มันจะเป็นเช่นนั้นยกเว้นวิธีที่ยอดเยี่ยมกว่า!
ตามการคำนวณของเรย์มอนด์ดวงอาทิตย์ทั้งเก้าจะโคจรรอบหลุมดำให้เสร็จทุกสามชั่วโมง ทุกๆยี่สิบนาทีดวงอาทิตย์ดวงหนึ่งจะผ่านไปทางด้านหลังหลุมดำโดยใช้เวลาเพียง 49 วินาทีเท่านั้น เมื่อมาถึงจุดนี้เลนส์ความโน้มถ่วงจะเกิดขึ้นโดยที่หลุมดำจะโฟกัสแสงของดวงอาทิตย์ไปยังดาวเคราะห์และบิดเบือนรูปร่างของดวงอาทิตย์
เพื่อแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้จะมีลักษณะอย่างไรเขาได้จัดทำแอนิเมชัน (แสดงด้านบน) ที่สร้างโดย @GregroxMun - ผู้สร้างดาวเคราะห์ที่พัฒนากราฟิกอวกาศสำหรับ Kerbal และโปรแกรมอื่น ๆ โดยใช้ Space Engine
ในขณะที่ระบบดังกล่าวอาจไม่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นที่น่าสนใจที่จะรู้ว่าระบบดังกล่าวจะเป็นไปได้ทางร่างกาย และใครจะรู้? บางทีสปีชี่ส์ขั้นสูงที่มีความสามารถในการดึงดาวฤกษ์และดาวเคราะห์จากระบบใดระบบหนึ่งและวางไว้ในวงโคจรรอบหลุมดำอาจทำให้ระบบสุริยะ Ultimate นี้ มีบางอย่างที่นักวิจัยของ SETI ควรระวังใช่มั้ย
การออกกำลังกายตามสมมติฐานนี้เป็นภาคที่สองในซีรีส์สองส่วนโดยเรย์มอนด์ชื่อ“ หลุมดำและดาวเคราะห์” ในภาคแรก“ ระบบสุริยะของหลุมดำ” เรย์มอนด์พิจารณาว่ามันจะเป็นอย่างไรถ้าระบบของเราโคจรรอบระบบเลขฐานสองของหลุมดำ - ดวงอาทิตย์ ตามที่เขาระบุไว้ผลที่ตามมาของโลกและดาวเคราะห์สุริยะอื่น ๆ น่าสนใจคือจะพูดน้อยที่สุด!
เรย์มอนด์ยังขยายตัวในระบบสุริยะขั้นสุดท้ายด้วยการนำเสนอระบบล้านโลก ตรวจสอบพวกเขาทั้งหมดได้ที่เว็บไซต์ของเขา PlanetPlanet.net
