Um grande número de planetas potencialmente habitáveis poderia teoricamente existir em órbitas estáveis em torno de um buraco negro supermassivo, como o fictício Gargantua do filme "Interestelar" de 2014.
(Imagem: © Paramount Pictures)
Um buraco negro pode ter um milhão de planetas orbitando perto dele que são potencialmente capazes de sustentar a vida como a conhecemos, sugere um astrofísico.
Como existe vida em praticamente todos os lugares onde a água líquida existe na Terra, os astrônomos geralmente julgam um mundo potencialmente habitável se ele orbitar dentro de uma zona onde a água líquida possa sobreviver em sua superfície. A "zona habitável" do nosso sol hospeda apenas um planeta (Terra), mas a história pode ser diferente para outras estrelas. Por exemplo, o sistema TRAPPIST-1 possui três planetas do tamanho da Terra em sua zona habitável.
Sean Raymond, astrofísico do Observatório de Bordeaux, na França, pesquisa como os sistemas planetários se formam e evoluem. Como parte de uma coluna que Raymond escreve chamada "Construindo o Sistema Solar Definitivo", ele partiu para ver quantos planetas poderiam orbitar um buraco negro. [Os buracos negros mais estranhos no espaço]
"Acho que podemos aprender com os extremos ... eles são basicamente os limites da caixa em que estamos pesquisando", disse Raymond ao Space.com. "Este sistema é um extremo - o mais compacto que se pode imaginar. É uma mistura divertida de imaginação e ciência".
Atualmente, existem dois tipos de buracos negros que os cientistas conhecem melhor, disse Raymond. Buracos negros de massa estelar são iguais em massa a poucos sóis e se formam quando estrelas gigantes morrem e colapsam sobre si mesmas. Buracos negros supermassivos são milhões a bilhões de vezes a massa do sol e acredita-se que exista no coração da maioria, se não de todas, grandes galáxias. (Uma terceira classe, buracos negros de massa intermediária, é pouco conhecida.)
Buracos negros são extremamente compactos. Um buraco negro com a massa do sol teria cerca de 6 km de largura. Em comparação, Sagitário A *, o buraco negro supermassivo que se esconde no coração da Via Láctea, tem uma massa de cerca de 4 milhões de sóis e um diâmetro de cerca de 23,7 milhões de milhas (23,6 milhões de km), ou pouco mais de 40 por cento do tamanho da órbita de Mercúrio ao redor do sol.
E se o sol tivesse um companheiro de buraco negro?
Uma pergunta comum nas aulas de física é imaginar o que mudaria se o sol fosse substituído por um buraco negro da mesma massa, disse Raymond. A resposta é que nada mudaria em relação às órbitas dos planetas - se o buraco negro tivesse a mesma massa que o sol, as órbitas permaneceriam as mesmas. (A vida na Terra obviamente sofreria com a falta de luz e calor nesse cenário, acrescentou Raymond.)
Se o Sol tivesse um companheiro de buraco negro de massa igual orbitando próximo a ele - em, digamos, um décimo de uma unidade astronômica (AU) - as órbitas dos planetas do sistema solar não mudariam muito, observou Raymond. (Uma UA é a distância entre o Sol e a Terra - cerca de 93 milhões de milhas, ou 150 milhões de km.)
Ainda assim, supondo que esses planetas mantivessem a mesma distância do Sol como eles mantêm agora, a atração gravitacional do Sol e seu parceiro do buraco negro levariam esses mundos a completar suas órbitas um pouco mais rapidamente, com o ano da Terra diminuindo de 365 dias para 258 dias, ele disse.
No cenário acima, o sol e o buraco negro completariam uma órbita a cada 2,9 dias. Isso significa que a quantidade de energia que a Terra receberia do sol flutuaria entre 90% e 110% de sua média, à medida que o sol se afastava mais ou mais da Terra.
"É como saltar entre Nova York e Miami e voltar a cada 2,9 dias", observou Raymond. [Quiz do buraco negro: como você conhece as criações mais estranhas da natureza?]
E se um buraco negro supermassivo tivesse um anel de planetas?
Além de imaginar a vida em torno de um buraco negro de massa estelar, Raymond também calculou quantos planetas potencialmente habitáveis poderiam caber em torno de um buraco negro supermassivo 1 milhão de vezes a massa do sol. "Isso é quase tão massivo quanto o do centro da Via Láctea", disse ele. Seria apenas sobre o diâmetro do sol, acrescentou.
Ao redor do sol, as órbitas que os planetas viajam podem se aproximar tão pouco antes que os efeitos de suas forças gravitacionais superem as do sol, levando a órbitas instáveis. Raymond observou que cerca de seis planetas de massa terrestre podem caber em órbitas concêntricas estáveis dentro da zona habitável do sol.
Por outro lado, a força gravitacional de um buraco negro supermassivo é extraordinariamente forte, o suficiente para superar facilmente as dos planetas. Se o Sol fosse substituído por um buraco negro de um milhão de massas solares, 550 planetas de massa terrestre poderiam caber em órbitas concêntricas estáveis na zona habitável, calculou Raymond.
A gravidade do buraco negro supermassivo puxaria mais fortemente o lado de cada planeta para mais perto do buraco negro. Isso esticaria os planetas da zona habitável, embora não estivessem perto o suficiente para serem destruídos, disse Raymond.
Uma maneira de criar uma zona habitável em torno desse buraco negro supermassivo é colocar estrelas entre ele e os planetas. Um anel de nove estrelas parecidas com o sol a 0,5 UA de um buraco negro de um milhão de sol tornaria cada um dos 550 planetas de massa terrestre no cenário acima potencialmente habitável, disse Raymond.
"Seria muito interessante viver em um planeta nesse sistema", observou Raymond. "Levaria apenas alguns dias para concluir uma órbita ao redor do buraco negro - cerca de 1,6 dias na borda interna da zona habitável e 4,6 dias na borda externa". [10 exoplanetas que poderiam hospedar vida alienígena]
Na aproximação mais próxima, ou conjunção, entre dois desses planetas, a distância entre esses mundos seria "aproximadamente o dobro da distância entre a Terra e a Lua", observou Raymond. "Em conjunto, o vizinho mais próximo de cada planeta aparece cerca do dobro do tamanho da lua cheia no céu."
Além disso, os vizinhos mais próximos estariam apenas o dobro da distância e, portanto, pareceriam tão grandes quanto a lua cheia durante a conjunção, disse Raymond. Mais quatro planetas teriam pelo menos metade do tamanho da lua cheia durante a conjunção, acrescentou. "As conjunções acontecem um pouco menos de uma vez por órbita; portanto, a cada poucos dias, há um bando de objetos gigantes passando pelo céu", disse ele.
Os nove sóis "também seriam espetaculares", disse Raymond. Cada um completaria sua órbita ao redor do buraco negro a cada 3 horas.
"Isso significa que a cada 20 minutos, um dos sóis passaria por trás do buraco negro", disse Raymond. "Quando um sol passa por trás do buraco negro, a gravidade do buraco negro dobra sua luz e pode agir como uma lente. Foca a luz do sol em direção ao planeta. Isso distorce a forma do sol em um anel ... uma luz bastante doce exposição."
Além disso, a luz das estrelas seria esticada pela gravidade do buraco negro. "As estrelas mais próximas do buraco negro pareceriam mais vermelhas, e as mais distantes do buraco negro pareceriam mais azuis", disse Raymond.
Um milhão de planetas ao redor de um buraco negro
No cenário anterior, cada planeta estava sozinho em sua órbita ao redor do buraco negro supermassivo. Raymond também modelou o que aconteceria se vários planetas compartilhassem uma órbita em torno de um buraco negro de um milhão de sol. Anteriormente, Raymond calculou que 42 planetas de massa terrestre poderiam orbitar em um anel a 1 UA do sol.
Para ter um anel estável de planetas, Raymond observou que todos os planetas nesse anel devem ter aproximadamente a mesma massa. Também deve haver pelo menos sete planetas nesse anel, e eles devem estar espaçados uniformemente ao longo de uma órbita circular.
Dado um buraco negro de um milhão de sol com um anel orbital de nove estrelas parecidas com o Sol, Raymond calculou que um milhão de planetas de massa terrestre poderia orbitar dentro da zona habitável em 400 anéis, cada um segurando 2.500 planetas espaçados na mesma distância que aquela entre a terra e a lua. Nesse cenário, os planetas levariam novamente de 1,6 a 4,6 dias para concluir uma órbita. Os buracos negros mais estranhos do universo
Em vez de colocar nove estrelas semelhantes ao sol entre o buraco negro e os planetas, Raymond também sugeriu que se pudesse colocar 36 estrelas semelhantes ao sol em um anel de 6 UA de largura. Nesse cenário, "cada planeta é banhado pela luz do sol por todos os lados - os planetas não têm lado noturno", disse Raymond. "É como o planeta permanente de Asimov, Kalgash."
"Você nunca se sentiria sozinho nesses sistemas - os outros planetas apareceriam imensos no céu", acrescentou Raymond. Os planetas vizinhos estariam cerca de 10 vezes mais próximos do que a Lua da Terra, o que significa que eles pareceriam "cerca de 40 vezes maiores no céu que a lua cheia", disse Raymond. "É mais ou menos do tamanho de um laptop ao alcance do braço, apenas no céu".
Nesse último cenário, os planetas estariam muito mais próximos do buraco negro, cada um completando uma órbita em apenas 9 horas. Isso significa que eles orbitariam em velocidades extraordinárias - cerca de 10% da velocidade da luz. De acordo com a teoria da relatividade especial de Einstein, o tempo parece se mover notavelmente mais devagar quanto mais se aproxima a velocidade da luz, de modo que "dois bebês nascidos no mesmo instante em anéis diferentes envelheceriam em taxas ligeiramente diferentes", disse Raymond. "O bebê no anel interno envelheceria um pouco mais devagar."
As diferenças de velocidade entre os anéis seriam grandes o suficiente para provavelmente impossibilitar que uma nave espacial viajasse de um anel para outro com qualquer tecnologia atual, disse Raymond. No entanto, cada mundo compartilharia seu anel com milhares de outros, e a velocidade relativa entre planetas vizinhos seria quase zero. "Um elevador espacial pode conectar planetas", disse Raymond.
Se cada par de planetas vizinhos ao longo de um determinado anel fosse conectado, ele se pareceria com um "Mundo do Anel", uma megaestrutura alienígena gigantesca no épico de ficção científica de Larry Niven com o mesmo nome. "A diferença entre essa configuração e o 'Ringworld' do livro de Larry Niven é que, nesse caso, não há uma área de superfície habitável entre os planetas", disse Raymond.
De onde vêm esses sistemas de milhões de planetas? "Eu posso imaginar alienígenas super avançados criando um sistema como o sistema solar de um milhão de terras como uma obra de arte cósmica, como a arte de arranha-céus ou icebergs pintados", disse Raymond. "Uma maneira de dizer 'veja como somos extravagantes', na maior escala".
"Ou talvez os alienígenas criem esse tipo de sistema como um zoológico", disse Raymond. "Eles poderiam ter um gradiente nos climas, dos mais quentes aos mais frios, e abastecer os planetas com todos os tipos de criaturas que eles colecionam em todo o universo. É claro que eles teriam que ter cuidado para não colocar as combinações erradas de criaturas espaciais no planeta. mesmo anel de planetas, porque isso não terminaria bem. "
Em suma, "é útil tentar criar todos os sistemas planetários possíveis que possam estar por aí", disse Raymond. "Algumas descobertas poderiam ter sido antecipadas 'indo lá' e imaginando possibilidades que estão muito além da norma. Esses sistemas são uma combinação de ficção científica e 'indo lá' nesse sentido".
"A principal coisa que eu defendo é simplesmente tentar ultrapassar os limites do que achamos possível", concluiu Raymond.
