Sejumlah besar planet yang berpotensi dapat dihuni secara teoritis dapat wujud di orbit stabil di sekitar lubang hitam supermasif, seperti Gargantua fiksyen dari filem 2014 "Interstellar."
(Imej: © Gambar Paramount)
Lubang hitam mungkin mempunyai 1 juta planet yang mengorbit di dekatnya yang berpotensi mampu menyokong kehidupan seperti yang kita ketahui, seorang ahli astrofizik mencadangkan.
Oleh kerana terdapat kehidupan hampir di mana-mana air cair ada di Bumi, para astronom sering menilai dunia sebagai berpotensi untuk dihuni jika mengorbit dalam zon di mana air cair dapat bertahan di permukaannya. "Zon yang dapat dihuni" matahari kita hanya mempunyai satu planet (Bumi), tetapi ceritanya mungkin berbeza untuk bintang-bintang lain. Sebagai contoh, sistem TRAPPIST-1 mempunyai tiga planet bersaiz Bumi di dalam zon yang boleh dihuni.
Sean Raymond, ahli astrofizik di Observatorium Bordeaux di Perancis, meneliti bagaimana sistem planet terbentuk dan berkembang. Sebagai bagian dari lajur yang ditulis Raymond disebut "Membangun Sistem Suria Terunggul," dia berangkat untuk melihat berapa banyak planet yang dapat mengorbit lubang hitam. [Lubang Hitam Paling Aneh di Angkasa]
"Saya rasa kita dapat belajar dari keterlaluan ... itu pada dasarnya adalah batas kotak di mana kita mencari," kata Raymond kepada Space.com. "Sistem ini sangat ekstrem - yang paling banyak dibayangkan. Ini adalah gabungan imaginasi dan sains yang menyeronokkan."
Terdapat dua jenis lubang hitam yang paling diketahui oleh saintis, kata Raymond. Lubang hitam berjisim bintang sama dengan beberapa cahaya matahari, dan terbentuk ketika bintang gergasi mati dan runtuh pada dirinya sendiri. Lubang hitam supermasif berjuta hingga berbilion kali jisim matahari, dan dianggap wujud di hati kebanyakan, jika tidak semua, galaksi besar. (Kelas ketiga, lubang hitam jisim pertengahan, kurang difahami.)
Lubang hitam sangat padat. Lubang hitam dengan jisim matahari selebar hanya 3.7 batu (6 kilometer). Sebagai perbandingan, Sagittarius A *, lubang hitam supermasif yang disangka mengintai di pusat Bima Sakti, mempunyai massa sekitar 4 juta matahari dan diameter sekitar 14.7 juta batu (23.6 juta km), atau sedikit lebih dari 40 peratus ukuran orbit Merkuri di sekitar matahari.
Bagaimana jika matahari mempunyai rakan lubang hitam?
Soalan biasa dalam kelas fizik adalah membayangkan apa yang akan berubah jika matahari diganti dengan lubang hitam dengan jisim yang sama, kata Raymond. Jawapannya adalah bahawa tidak ada yang berubah mengenai orbit planet - jika lubang hitam mempunyai jisim yang sama dengan matahari, orbit akan tetap sama. (Kehidupan di Bumi jelas akan menderita kekurangan cahaya dan panas dalam senario seperti itu, tambah Raymond.)
Sekiranya matahari mempunyai jisim lubang hitam berjisim sama yang mengorbit di dekatnya - pada, sepersepuluh unit astronomi (AU) - orbit planet sistem suria tidak akan banyak berubah, kata Raymond. (Satu AU adalah jarak Bumi-matahari - kira-kira 93 juta batu, atau 150 juta km.)
Namun, dengan mengandaikan planet-planet ini berada pada jarak yang sama dari matahari seperti sekarang, tarikan graviti matahari dan pasangan lubang hitamnya akan menyebabkan dunia ini menyelesaikan orbitnya sedikit lebih cepat, dengan tahun Bumi menurun dari 365 hari menjadi 258 hari, katanya.
Dalam senario di atas, matahari dan lubang hitam akan melengkapkan orbit satu sama lain setiap 2.9 hari. Ini bererti jumlah tenaga yang akan diterima Bumi dari matahari akan turun naik antara 90 persen dan 110 persen dari purata ketika matahari bergerak lebih jauh dari atau lebih dekat ke Bumi.
"Itu seperti melantun antara New York dan Miami dan kembali setiap 2,9 hari," kata Raymond. [Kuiz Lubang Hitam: Sejauh Mana Anda Mengetahui Penciptaan Aneh Alam?]
Bagaimana jika lubang hitam supermasif mempunyai cincin planet?
Selain membayangkan kehidupan di sekitar lubang hitam berjisim bintang, Raymond juga mengira berapa banyak planet yang dapat dihuni yang mungkin terdapat di sekitar lubang hitam supermasif 1 juta kali jisim matahari. "Itu hampir sama besarnya dengan yang ada di pusat Bima Sakti," katanya. Itu hanya mengenai diameter matahari, tambahnya.
Di sekitar cahaya matahari, orbit yang bergerak di planet dapat berdekatan begitu saja sebelum kesan tarikan graviti mereka mengatasi sinar matahari, menyebabkan orbit tidak stabil. Raymond menyatakan bahawa kira-kira enam planet berjisim Bumi dapat masuk dalam orbit sepusat yang stabil dalam zon yang dapat dihuni matahari.
Sebaliknya, tarikan graviti lubang hitam supermasif sangat kuat, cukup untuk mengatasi planet dengan mudah. Sekiranya matahari diganti dengan lubang hitam berjuta-juta-jisim suria, 550 planet massa Bumi dapat masuk dalam orbit sepusat yang stabil di zon yang dapat dihuni, kata Raymond.
Graviti lubang hitam supermasif akan menarik lebih kuat di sisi setiap planet yang lebih dekat dengan lubang hitam. Ini akan meregangkan planet zona yang dapat dihuni, walaupun mereka tidak akan cukup dekat untuk dipisahkan, kata Raymond.
Salah satu cara untuk mewujudkan zon yang dapat dihuni di sekitar lubang hitam supermasif ini adalah dengan meletakkan bintang di antaranya dan planet-planet. Cincin sembilan bintang seperti matahari 0,5 AU dari lubang hitam berjuta-juta matahari akan menjadikan setiap 550 planet berjisim Bumi dalam senario di atas berpotensi untuk dihuni, kata Raymond.
"Akan sangat menarik untuk hidup di planet dalam sistem ini," kata Raymond. "Hanya memerlukan beberapa hari untuk menyelesaikan orbit di sekitar lubang hitam - sekitar 1.6 hari di pinggir dalaman zon yang dapat dihuni dan 4.6 hari di pinggir luar." [10 Exoplanet yang Dapat Menghidupkan Kehidupan Alien]
Pada pendekatan terdekat, atau hubungan antara dua planet seperti itu, jarak antara dunia ini adalah "kira-kira dua kali jarak Bumi-bulan," kata Raymond. "Secara bersamaan, tetangga terdekat setiap planet muncul kira-kira dua kali ukuran bulan purnama di langit."
Di samping itu, jiran terdekat akan berada hanya dua kali lebih jauh, dan akan kelihatan sebesar bulan purnama semasa bersama, kata Raymond. Empat lagi planet berukuran sekurang-kurangnya separuh dari bulan purnama semasa bersamaan, tambahnya. "Konjungsi terjadi sedikit daripada sekali per orbit, jadi setiap beberapa hari ada sekumpulan benda raksasa yang melintasi langit," katanya.
Sembilan matahari "juga akan menjadi pemandangan yang indah," kata Raymond. Masing-masing akan melengkapkan orbitnya di sekitar lubang hitam setiap 3 jam.
"Itu bererti bahawa setiap 20 minit, salah satu matahari akan berlalu di belakang lubang hitam," kata Raymond. "Ketika matahari melewati lubang hitam, graviti lubang hitam membengkokkan cahaya dan dapat bertindak seperti lensa. Ia memfokuskan cahaya matahari ke arah planet ini. Ini mengubah bentuk matahari menjadi cincin ... cahaya yang cukup manis tunjuk. "
Selanjutnya, cahaya bintang akan diregangkan oleh graviti lubang hitam. "Bintang yang lebih dekat dengan lubang hitam akan tampak lebih merah, dan bintang yang lebih jauh dari lubang hitam akan kelihatan lebih biru," kata Raymond.
Sejuta planet di sekitar lubang hitam
Dalam senario sebelumnya, setiap planet bersendirian di orbitnya di sekitar lubang hitam supermasif. Raymond juga memodelkan apa yang akan terjadi jika banyak planet berkongsi orbit di sekitar lubang hitam berjuta-juta matahari. Sebelumnya, Raymond mengira bahawa 42 planet berjisim Bumi dapat mengorbit pada cincin 1 AU dari matahari.
Untuk mempunyai cincin planet yang stabil, Raymond menyatakan bahawa planet-planet di dalam cincin itu mesti mempunyai jisim yang hampir sama. Terdapat juga sekurang-kurangnya tujuh planet di gelang itu, dan jaraknya mesti sama rata di sepanjang orbit bulat.
Memandangkan lubang hitam berjuta-juta matahari dengan cincin yang mengorbit sembilan bintang seperti matahari, Raymond mengira bahawa satu juta planet massa Bumi dapat mengorbit dalam zon yang dapat dihuni dalam 400 cincin, masing-masing memegang 2.500 planet yang jaraknya sama dengan jarak yang sama dengan itu antara Bumi dan bulan. Dalam senario ini, planet memerlukan masa antara 1.6 hingga 4.6 hari untuk menyelesaikan orbit. [Lubang Hitam Paling Aneh di Alam Semesta]
Daripada meletakkan sembilan bintang seperti matahari di antara lubang hitam dan planet-planet, Raymond juga mencadangkan satu boleh meletakkan 36 bintang seperti matahari dalam cincin selebar 6 AU. Dalam senario ini, "setiap planet bermandikan cahaya matahari dari semua sisi - planet tidak mempunyai sisi malam," kata Raymond. "Ia seperti planet Kalgash di siang hari yang kekal di Asimov."
"Anda tidak akan merasa sendirian dalam sistem ini - planet lain akan menjulang besar di langit," tambah Raymond. Planet tetangga akan lebih dekat 10 kali dari bulan ke Bumi, yang bermaksud mereka akan muncul "kira-kira 40 kali lebih besar di langit daripada bulan purnama," kata Raymond. "Itu mengenai ukuran komputer riba yang dapat dicapai, hanya di langit."
Dalam senario terakhir ini, planet-planet akan lebih dekat dengan lubang hitam, masing-masing melengkapkan orbit hanya dalam masa 9 jam. Ini bermaksud mereka akan mengorbit pada kelajuan yang luar biasa - sekitar 10 peratus dari kelajuan cahaya. Menurut teori relativiti khas Einstein, masa akan kelihatan bergerak dengan lebih perlahan semakin dekat dengan kecepatan cahaya, jadi "dua bayi yang dilahirkan pada saat yang sama pada cincin yang berlainan akan berumur dengan kadar yang sedikit berbeza," kata Raymond. "Bayi yang berada di cincin dalaman akan bertambah tua dengan perlahan."
Perbezaan kepantasan antara cincin akan cukup besar sehingga tidak mungkin kapal angkasa bergerak dari satu gelang ke cincin yang lain dengan teknologi terkini, kata Raymond. Walau bagaimanapun, setiap dunia akan berkongsi cincinnya dengan ribuan yang lain, dan kelajuan relatif antara planet-planet jiran hampir menjadi sifar. "Lif angkasa boleh menghubungkan planet," kata Raymond.
Sekiranya setiap pasangan planet tetangga di sepanjang cincin tertentu dihubungkan, ia akan menyerupai "Ringworld", sebuah megastruktur alien raksasa dalam epik fiksyen ilmiah Larry Niven dengan nama yang sama. "Perbezaan antara penyediaan ini dan 'Ringworld' dari buku Larry Niven adalah bahawa, dalam kes ini, tidak ada luas permukaan yang dapat didiami di antara planet-planet," kata Raymond.
Dari mana mungkin sistem sejuta planet ini? "Saya dapat membayangkan makhluk asing yang sangat maju mencipta sistem seperti sistem suria juta-Bumi sebagai karya seni kosmik, seperti seni pencakar langit atau gunung es yang dicat," kata Raymond. "Cara untuk mengatakan, 'Lihatlah betapa mewahnya kita,' pada skala terhebat."
"Atau mungkin orang asing akan membuat sistem seperti ini sebagai kebun binatang," kata Raymond. "Mereka mungkin mempunyai kecerunan iklim dari yang paling panas hingga yang paling dingin, dan menyimpan planet-planet dengan pelbagai jenis makhluk yang mereka kumpulkan di seluruh alam semesta. Tentu saja, mereka harus berhati-hati untuk tidak meletakkan kombinasi makhluk ruang angkasa yang salah di cincin planet yang sama, kerana itu tidak akan berakhir dengan baik. "
Secara keseluruhan, "sangat berguna untuk mencuba semua sistem planet yang mungkin ada di luar sana," kata Raymond. "Beberapa penemuan dapat diantisipasi dengan 'pergi ke sana' dan membayangkan kemungkinan yang jauh di luar norma. Sistem ini adalah gabungan fiksyen ilmiah dan 'pergi ke sana' dalam pengertian itu."
"Perkara utama yang saya jalani adalah dengan hanya berusaha untuk mencapai had yang kita fikir mungkin," Raymond menyimpulkan.
