Sejumlah besar planet yang berpotensi layak huni secara teoritis bisa ada di orbit stabil di sekitar lubang hitam supermasif, seperti Gargantua fiksi dari film 2014 "Interstellar."
(Gambar: © Paramount Pictures)
Sebuah lubang hitam bisa memiliki 1 juta planet yang mengorbit di dekatnya yang berpotensi mampu mendukung kehidupan seperti yang kita kenal, seorang ahli astrofisika menyarankan.
Karena ada kehidupan di mana-mana di mana air cair ada di Bumi, para astronom sering menilai sebuah dunia yang berpotensi layak huni jika mengorbit dalam zona di mana air cair bisa bertahan di permukaannya. "Zona layak huni" matahari kita hanya menampung satu planet (Bumi), tetapi ceritanya bisa berbeda dengan bintang-bintang lainnya. Sebagai contoh, sistem TRAPPIST-1 memiliki tiga planet seukuran Bumi dalam zona layak huni.
Sean Raymond, seorang astrofisika di Observatory of Bordeaux di Perancis, meneliti bagaimana sistem planet terbentuk dan berevolusi. Sebagai bagian dari kolom, Raymond menulis yang disebut "Membangun Tata Surya Utama," ia berangkat untuk melihat berapa banyak planet yang bisa mengorbit lubang hitam. [Lubang Hitam Teraneh di Luar Angkasa]
"Saya pikir kita bisa belajar dari ekstrem ... mereka pada dasarnya adalah batas kotak tempat kita mencari," kata Raymond kepada Space.com. "Sistem ini adalah salah satu ekstrem - yang paling dikemas yang bisa dibayangkan. Ini adalah perpaduan yang menyenangkan antara imajinasi dan sains."
Saat ini ada dua jenis lubang hitam yang paling dikenal para ilmuwan, kata Raymond. Lubang hitam bermassa bintang memiliki massa yang sama dengan beberapa matahari, dan terbentuk ketika bintang raksasa mati dan runtuh dengan sendirinya. Lubang hitam supermasif adalah jutaan hingga milyaran kali massa matahari, dan diperkirakan ada di hati sebagian besar, jika tidak semua, galaksi besar. (Kelas ketiga, lubang hitam menengah-massa, kurang dipahami.)
Lubang hitam sangat kompak. Lubang hitam dengan massa matahari akan lebarnya hanya sekitar 3,7 mil (6 kilometer). Sebagai perbandingan, Sagitarius A *, lubang hitam supermasif yang diperkirakan mengintai di jantung Bimasakti, memiliki massa sekitar 4 juta matahari dan diameter sekitar 14,7 juta mil (23,6 juta km), atau sedikit lebih dari 40 persen ukuran orbit Merkurius di sekitar matahari.
Bagaimana jika matahari memiliki pendamping lubang hitam?
Pertanyaan umum di kelas fisika adalah membayangkan apa yang akan berubah jika matahari diganti dengan lubang hitam dengan massa yang sama, kata Raymond. Jawabannya adalah bahwa tidak ada yang akan berubah sehubungan dengan orbit planet - jika lubang hitam memiliki massa yang sama dengan matahari, orbitnya akan tetap sama. (Kehidupan di Bumi jelas akan menderita karena kurangnya cahaya dan panas dalam skenario seperti itu, Raymond menambahkan.)
Jika matahari memiliki pendamping lubang hitam bermassa sama yang mengorbit di dekatnya - pada, katakanlah, sepersepuluh dari unit astronomi (AU) - orbit planet-planet tata surya tidak akan banyak berubah, catat Raymond. (Satu AU adalah jarak Bumi-matahari - sekitar 93 juta mil, atau 150 juta km.)
Namun, dengan asumsi planet-planet ini menjaga jarak yang sama dari matahari seperti sekarang, tarikan gravitasi matahari dan mitra lubang hitamnya akan membuat dunia ini menyelesaikan orbitnya sedikit lebih cepat, dengan tahun Bumi berkurang dari 365 hari menjadi 258 hari, katanya.
Dalam skenario di atas, matahari dan lubang hitam akan menyelesaikan orbit satu sama lain setiap 2,9 hari. Ini berarti jumlah energi yang akan diterima Bumi dari matahari akan berfluktuasi antara 90 persen dan 110 persen dari rata-rata ketika matahari bergerak lebih jauh dari atau lebih dekat ke Bumi.
"Itu seperti memantul antara New York dan Miami dan kembali setiap 2,9 hari," kata Raymond. [Kuis Lubang Hitam: Seberapa Baik Anda Tahu Ciptaan Alam Paling Aneh?]
Bagaimana jika lubang hitam supermasif memiliki cincin planet?
Selain membayangkan kehidupan di sekitar lubang hitam bermassa bintang, Raymond juga menghitung berapa banyak planet yang layak huni yang bisa muat di sekitar lubang hitam supermasif 1 juta kali massa matahari. "Itu hampir sebesar yang ada di pusat Bima Sakti," katanya. Itu hanya tentang diameter matahari, tambahnya.
Di sekitar matahari, orbit yang dilalui planet hanya bisa saling berdekatan sebelum efek tarikan gravitasi mereka membanjiri matahari, yang menyebabkan orbit yang tidak stabil. Raymond mencatat bahwa sekitar enam planet bermassa Bumi dapat masuk dalam orbit konsentris yang stabil dalam zona layak huni matahari.
Sebaliknya, tarikan gravitasi lubang hitam supermasif sangat kuat, cukup untuk dengan mudah membanjiri planet-planet. Jika matahari diganti dengan lubang hitam jutaan-massa-surya, 550 planet-massa-Bumi dapat masuk ke orbit konsentris yang stabil di zona layak huni, Raymond menghitung.
Gravitasi lubang hitam supermasif akan menarik lebih kuat di sisi setiap planet lebih dekat ke lubang hitam. Ini akan merentangkan planet zona layak huni, meskipun mereka tidak akan cukup dekat untuk terkoyak, kata Raymond.
Salah satu cara untuk menciptakan zona layak huni di sekitar lubang hitam supermasif ini adalah dengan menempatkan bintang di antara itu dan planet-planet. Cincin sembilan bintang seperti matahari 0,5 AU dari lubang hitam juta matahari akan membuat masing-masing dari 550 planet bermassa Bumi dalam skenario di atas berpotensi dihuni, kata Raymond.
"Akan sangat menarik untuk hidup di planet dalam sistem ini," kata Raymond. "Hanya perlu beberapa hari untuk menyelesaikan orbit di sekitar lubang hitam - sekitar 1,6 hari di tepi bagian dalam zona layak huni dan 4,6 hari di tepi luar." [10 Exoplanet yang Dapat Menjamu Kehidupan Alien]
Pada pendekatan terdekat, atau konjungsi, antara dua planet seperti itu, jarak antara dunia-dunia ini akan "sekitar dua kali jarak Bumi-bulan," kata Raymond. "Pada saat bersamaan, tetangga terdekat setiap planet muncul sekitar dua kali ukuran bulan purnama di langit."
Selain itu, tetangga terdekat berikutnya akan hanya dua kali lebih jauh, dan akan muncul sebesar bulan purnama selama konjungsi, kata Raymond. Empat planet lagi akan setidaknya setengah ukuran bulan purnama selama konjungsi, ia menambahkan. "Konjungsi terjadi sedikit kurang dari sekali per orbit, sehingga setiap beberapa hari ada sekelompok benda raksasa yang melintasi langit," katanya.
Sembilan matahari "juga akan menjadi pemandangan untuk dilihat," kata Raymond. Masing-masing akan menyelesaikan orbitnya di sekitar lubang hitam setiap 3 jam.
"Itu berarti bahwa setiap 20 menit, salah satu matahari akan lewat di belakang lubang hitam," kata Raymond. "Ketika matahari lewat di belakang lubang hitam, gravitasi lubang hitam membengkokkan cahayanya dan dapat bertindak seperti lensa. Ia memfokuskan cahaya matahari ke arah planet. Ini mendistorsi bentuk matahari menjadi sebuah cincin ... cahaya yang cukup manis menunjukkan."
Selanjutnya, cahaya bintang akan direntangkan oleh gravitasi lubang hitam. "Bintang-bintang yang lebih dekat ke lubang hitam akan tampak lebih merah, dan mereka yang lebih jauh dari lubang hitam akan tampak lebih biru," kata Raymond.
Satu juta planet di sekitar lubang hitam
Dalam skenario sebelumnya, setiap planet sendirian di orbitnya di sekitar lubang hitam supermasif. Raymond juga memodelkan apa yang akan terjadi jika beberapa planet berbagi orbit sekitar satu juta lubang hitam matahari. Sebelumnya, Raymond menghitung bahwa 42 planet bermassa Bumi dapat mengorbit dalam cincin 1 AU dari matahari.
Untuk memiliki cincin planet yang stabil, Raymond mencatat bahwa planet-planet di cincin itu semua harus memiliki massa yang kira-kira sama. Setidaknya harus ada tujuh planet dalam cincin semacam itu, dan mereka harus ditempatkan secara merata di sepanjang orbit melingkar.
Diberi lubang hitam berjuta matahari dengan cincin yang mengorbit dari sembilan bintang seperti matahari, Raymond menghitung bahwa satu juta planet bermassa Bumi dapat mengorbit di dalam zona layak huni dalam 400 cincin, masing-masing memegang 2.500 planet yang terpisah dengan jarak yang sama dengan jarak itu. antara Bumi dan bulan. Dalam skenario ini, planet-planet akan membutuhkan waktu antara 1,6 hingga 4,6 hari untuk menyelesaikan orbit. [Lubang Hitam Teraneh di Semesta]
Alih-alih menempatkan sembilan bintang seperti matahari di antara lubang hitam dan planet-planet, Raymond juga menyarankan seseorang untuk menempatkan 36 bintang seperti matahari di sebuah cincin dengan lebar 6 AU. Dalam skenario ini, "setiap planet bermandikan sinar matahari dari semua sisi - planet-planet tidak memiliki sisi malam," kata Raymond. "Ini seperti planet Kalgash di siang hari permanen Asimov."
"Anda tidak akan pernah merasa sendirian dalam sistem ini - planet-planet lain akan tampak besar di langit," tambah Raymond. Planet-planet tetangga akan sekitar 10 kali lebih dekat dari bulan ke Bumi, yang berarti mereka akan muncul "sekitar 40 kali lebih besar di langit daripada bulan purnama," kata Raymond. "Itu seukuran komputer laptop yang dipegang dengan tangan, hanya di langit."
Dalam skenario terakhir ini, planet-planet akan jauh lebih dekat ke lubang hitam, masing-masing menyelesaikan orbit hanya dalam waktu sekitar 9 jam. Ini berarti mereka akan mengorbit dengan kecepatan luar biasa - sekitar 10 persen dari kecepatan cahaya. Menurut teori relativitas khusus Einstein, waktu akan tampak bergerak lebih lambat dengan semakin dekat dengan kecepatan cahaya, jadi "dua bayi yang lahir pada saat yang bersamaan pada cincin yang berbeda akan menua dengan laju yang sedikit berbeda," kata Raymond. "Bayi di cincin dalam akan menua sedikit lebih lambat."
Perbedaan kecepatan antara cincin akan cukup besar untuk membuat pesawat ruang angkasa tidak mungkin melakukan perjalanan dari satu cincin ke cincin lainnya dengan teknologi apa pun, kata Raymond. Namun, setiap dunia akan berbagi cincinnya dengan ribuan lainnya, dan kecepatan relatif antara planet-planet tetangga akan hampir nol. "Lift luar angkasa bisa menghubungkan planet-planet," kata Raymond.
Jika setiap pasangan planet tetangga di sepanjang cincin tertentu terhubung, itu akan menyerupai "Ringworld," sebuah megastruktur alien raksasa dalam epik fiksi ilmiah Larry Niven dengan nama yang sama. "Perbedaan antara pengaturan ini dan 'Ringworld' dari buku Larry Niven adalah bahwa, dalam hal ini, tidak ada area permukaan yang layak huni di antara planet-planet," kata Raymond.
Dari mana datangnya sistem jutaan planet seperti itu? "Saya bisa membayangkan alien super canggih menciptakan sistem seperti tata surya jutaan Bumi sebagai karya seni kosmik, seperti seni gedung pencakar langit atau gunung es yang dicat," kata Raymond. "Cara untuk mengatakan, 'Lihat betapa mewahnya kita,' dalam skala termegah."
"Atau mungkin alien akan membuat sistem semacam ini sebagai kebun binatang," kata Raymond. "Mereka dapat memiliki gradien dalam iklim dari yang terpanas ke yang terdingin, dan menyimpan planet-planet dengan segala macam makhluk yang mereka kumpulkan di seluruh alam semesta. Tentu saja, mereka harus berhati-hati untuk tidak menempatkan kombinasi yang salah dari makhluk luar angkasa pada cincin planet yang sama, karena itu tidak akan berakhir dengan baik. "
Secara keseluruhan, "akan sangat membantu untuk mencoba menemukan semua sistem planet yang mungkin ada di luar sana," kata Raymond. "Beberapa penemuan bisa diantisipasi dengan 'pergi ke sana' dan membayangkan kemungkinan yang jauh di luar norma. Sistem ini adalah kombinasi dari fiksi ilmiah dan 'pergi ke sana' dalam pengertian itu."
"Hal utama yang saya lakukan adalah mencoba untuk menekan batas dari apa yang kami pikir mungkin," Raymond menyimpulkan.
