Logo depois que Einstein publicou sua Teoria da Relatividade Geral em 1915, os físicos começaram a especular sobre a existência de buracos negros. Essas regiões do espaço-tempo das quais nada (nem mesmo a luz) pode escapar são o que ocorre naturalmente no final do ciclo de vida das estrelas mais massivas. Enquanto geralmente se pensa que os buracos negros são comedores vorazes, alguns físicos se perguntam se eles também podem apoiar seus próprios sistemas planetários.
Procurando resolver essa questão, o Dr. Sean Raymond - um físico americano atualmente na Universidade de Bourdeaux - criou um hipotético sistema planetário onde um buraco negro se encontra no centro. Com base em uma série de cálculos gravitacionais, ele determinou que um buraco negro seria capaz de manter nove Sóis individuais em uma órbita estável ao seu redor, capaz de suportar 550 planetas dentro de uma zona habitável.
Ele chamou esse sistema hipotético de "O Sistema Solar Final do Buraco Negro", que consiste em um buraco negro não giratório que é 1 milhão de vezes mais massivo que o Sol. Isso representa aproximadamente um quarto da massa de Sagitário A *, o buraco negro supermassivo (SMBH) que reside no centro da Via Láctea (que contém 4,31 milhões de massas solares).
Como Raymond indica, uma das vantagens imediatas de ter esse buraco negro no centro de um sistema é que ele pode suportar um grande número de sóis. Pelo bem de seu sistema, Raymond escolheu 9, pensou que indica que muitos mais poderiam ser sustentados graças à pura influência gravitacional do buraco negro central. Como ele escreveu em seu site:
“Dado o tamanho do buraco negro, um anel pode conter até 75 sóis! Mas isso moveria a zona habitável para fora muito longe e eu não quero que o sistema se espalhe demais. Então, eu usarei 9 Suns no anel, o que move tudo para fora por um fator de 3. Vamos colocar o anel em 0,5 AU, bem fora da órbita circular estável mais interna (a cerca de 0,02 AU), mas dentro da zona habitável (de cerca de 2,7 a 5,4 UA). ”
Outra grande vantagem de ter um buraco negro no centro de um sistema é que ele encolhe o que é conhecido como "raio de colina" (também conhecido como esfera de colina ou esfera de Roche). Esta é essencialmente a região ao redor de um planeta onde sua gravidade é dominante sobre a estrela que orbita e, portanto, pode atrair satélites. Segundo Raymond, o raio de Hill de um planeta seria 100 vezes menor em torno de um buraco negro de um milhão de sol do que em torno do Sol.
Isso significa que uma determinada região do espaço poderia caber de forma estável 100 vezes mais planetas se orbitassem um buraco negro em vez do Sol. Como ele explicou:
"Os planetas podem estar super próximos um do outro porque a gravidade do buraco negro é muito forte! Se os planetas são pequenos carros de Hot Wheels, a maioria dos sistemas planetários são definidos como estradas normais (nota lateral: eu amo Hot Wheels). Cada carro permanece em sua própria pista, mas os carros são muito menores que a distância entre eles. Em torno de um buraco negro, os sistemas planetários podem ser encolhidos até faixas do tamanho de Hot Wheels. Os carros Hot Wheels - nossos planetas - não mudam, mas podem permanecer estáveis enquanto estão muito mais próximos. Eles não tocam (isso não seria estável), estão apenas mais próximos ".
É isso que permite que muitos planetas sejam colocados na zona habitável do sistema. Com base no raio da colina da Terra, Raymond estima que cerca de seis planetas de massa terrestre poderiam caber em órbitas estáveis dentro da mesma zona ao redor do Sol. Isso se baseia no fato de que os planetas de massa terrestre poderiam estar espaçados aproximadamente 0,1 UA um do outro e manter uma órbita estável.
Dado que a zona habitável do Sol corresponde aproximadamente às distâncias entre Vênus e Marte - a 0,3 e 0,5 UA de distância, respectivamente - isso significa que há 0,8 AUs de espaço para trabalhar. No entanto, em torno de um buraco negro com 1 milhão de massas solares, o planeta vizinho mais próximo poderia ser apenas 1/1000º (0,001) de uma UA de distância e ainda tem uma órbita estável.
Fazendo as contas, isso significa que aproximadamente 550 Terras poderiam caber na mesma região orbitando o buraco negro e seus nove Sóis. Há uma pequena desvantagem em todo esse cenário: o buraco negro teria que permanecer em sua massa atual. Se ele se tornasse maior, faria com que os raios de Hill de seus 550 planetas diminuíssem cada vez mais.
Quando o raio de Hill chegasse ao ponto em que era do mesmo tamanho de qualquer um dos planetas de massa terrestre, o buraco negro começaria a separá-los. Mas com 1 milhão de massas solares, o buraco negro é capaz de suportar confortavelmente um sistema massivo de planetas. "Com o nosso buraco negro de um milhão de Sol, o raio da Colina da Terra (em sua órbita atual) já estaria no limite, apenas um pouco mais do que o dobro do raio real da Terra", diz ele.
Por fim, Raymond considera as implicações que viver em um sistema assim teria. Por um lado, um ano em qualquer planeta dentro da zona habitável do sistema seria muito mais curto, devido ao fato de seus períodos orbitais serem muito mais rápidos. Basicamente, um ano duraria aproximadamente 1,6 dias para planetas na borda interna da zona habitável e 4,6 dias para planetas na borda externa da zona habitável.
Além disso, na superfície de qualquer planeta do sistema, o céu estaria muito mais cheio! Com tantos planetas juntos em órbita, eles passariam muito perto um do outro. Isso significa essencialmente que, a partir da superfície de qualquer Terra, as pessoas seriam capazes de ver as Terras próximas tão nítidas quanto a Lua em alguns dias. Como Raymond ilustrou:
“Na aproximação mais próxima (conjunção), a distância entre planetas é aproximadamente o dobro da distância Terra-Lua. Esses planetas são do tamanho da Terra, cerca de 4 vezes maiores que a Lua. Isso significa que, em conjunto, o vizinho mais próximo de cada planeta aparece cerca do dobro do tamanho da Lua cheia no céu. E há dois vizinhos mais próximos, o interno e o externo. Além disso, os vizinhos mais próximos ficam duas vezes mais distantes, de modo que ainda são tão grandes quanto a Lua cheia durante a conjunção. E mais quatro planetas que teriam pelo menos metade da Lua cheia em tamanho durante a conjunção. ”
Ele também indica que as conjunções ocorreriam quase uma vez por órbita, o que significaria que, a cada poucos dias, não haveria escassez de objetos gigantes passando pelo céu. E, claro, haveria o próprio Sol. Lembre-se da cena em Guerra nas Estrelas, onde um jovem Luke Skywalker está assistindo dois sóis se pondo no deserto? Bem, seria um pouco assim, exceto muito mais legal!
Segundo os cálculos de Raymond, os nove sóis completariam uma órbita ao redor do buraco negro a cada três horas. A cada vinte minutos, um desses sóis passava por trás do buraco negro, levando apenas 49 segundos para fazê-lo. Nesse ponto, ocorreriam lentes gravitacionais, onde o buraco negro focaria a luz do Sol em direção ao planeta e distorceria a forma aparente do Sol.
Para ilustrar como isso seria, ele fornece uma animação (mostrada acima) criada por @GregroxMun - um modelador de planeta que desenvolve gráficos espaciais para Kerbal e outros programas - usando o Space Engine.
Embora esse sistema possa nunca ocorrer na natureza, é interessante saber que esse sistema seria fisicamente possível. E quem sabe? Talvez uma espécie suficientemente avançada, com a capacidade de rebocar estrelas e planetas de um sistema e colocá-los em órbita em torno de um buraco negro, possa modelar esse Sistema Solar Supremo. Algo para os pesquisadores do SETI estarem atentos, talvez?
Este exercício hipotético foi a segunda parte da série de duas partes de Raymond, intitulada "Buracos negros e planetas". Na primeira parte, "O Sistema Solar do Buraco Negro", Raymond considerou como seria se nosso sistema orbitasse em torno de um binário do buraco negro-Sol. Como ele indicou, as consequências para a Terra e os outros planetas solares seriam interessantes, para dizer o mínimo!
Raymond também expandiu recentemente o Ultimate Solar System, propondo o The Million Earth Solar System. Veja todos no site dele, PlanetPlanet.net.
