Dado que hay vida prácticamente en todas partes donde existe agua líquida en la Tierra, los astrónomos a menudo juzgan que un mundo es potencialmente habitable si orbita dentro de una zona donde el agua líquida podría sobrevivir en su superficie. La “zona habitable” de nuestro sol alberga solo un planeta (la Tierra), pero la historia podría ser diferente para otras estrellas. Por ejemplo, el sistema TRAPPIST-1 tiene tres planetas del tamaño de la Tierra dentro de su zona habitable.
Sean Raymond, un astrofísico en el Observatorio de Burdeos en Francia, investiga cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios. Como parte de una columna que Raymond escribe llamada “Construyendo el sistema solar definitivo”, se dispuso a ver cuántos planetas podrían orbitar un agujero negro.
“Creo que podemos aprender de los extremos… básicamente son los límites del cuadro en el que estamos buscando”, dijo Raymond a Space.com. “Este sistema es un extremo: el más completo imaginable. Es una combinación divertida de imaginación y ciencia”.
Actualmente hay dos tipos de agujeros negros que los científicos conocen mejor, dijo Raymond. Los agujeros negros de masa estelar son iguales en masa a unos pocos soles, y se forman cuando las estrellas gigantes mueren y colapsan sobre sí mismas. Los agujeros negros supermasivos son de millones a miles de millones de veces la masa del sol, y se cree que existen en el corazón de la mayoría, si no de todas, las grandes galaxias. (Una tercera clase, agujeros negros de masa intermedia, es poco conocida).
Los agujeros negros son extremadamente compactos. Un agujero negro con la masa del sol sería de solo 6 kilómetros de ancho. En comparación, Sagittarius A*, el agujero negro supermasivo que se cree acecha en el corazón de la Vía Láctea, tiene una masa de alrededor de 4 millones de soles y un diámetro de aproximadamente 23,6 millones de km, o un poco más de 40 por ciento del tamaño de la órbita de Mercurio alrededor del sol.
¿Qué pasa si el sol tiene un compañero de agujero negro?
Una pregunta común en las clases de física es imaginar qué cambiaría si el sol fuera reemplazado por un agujero negro de la misma masa, dijo Raymond. La respuesta es que nada cambiaría con respecto a las órbitas de los planetas: si el agujero negro tuviera la misma masa que el sol, las órbitas seguirían siendo las mismas (la vida en la Tierra obviamente sufriría por la falta de luz y calor en tal escenario, agregó Raymond).
Si el sol tuviera un compañero de agujero negro de igual masa en órbita cerca de él, digamos en una décima parte de una unidad astronómica (AU), las órbitas de los planetas del sistema solar no cambiarían mucho, notó Raymond (una AU es la distancia Tierra-Sol – alrededor de 93 millones de millas, o 150 millones de km).
Aún así, suponiendo que estos planetas mantengan la misma distancia del sol que ahora, la atracción gravitacional del sol y su compañero de agujero negro llevaría a estos mundos a completar sus órbitas un poco más rápido, con el año de la Tierra disminuyendo de 365 días a 258 días, dijo.
En el escenario anterior, el sol y el agujero negro completarían una órbita el uno con el otro cada 2,9 días. Esto significa que la cantidad de energía que la Tierra recibiría del sol fluctuaría entre el 90 por ciento y el 110 por ciento de su promedio a medida que el sol se alejara o se acercara a la Tierra.
“Es como rebotar entre Nueva York y Miami y volver cada 2,9 días”, señaló Raymond.
¿Qué pasaría si un agujero negro supermasivo tuviera un anillo de planetas?
Además de imaginar la vida alrededor de un agujero negro de masa estelar, Raymond también calculó cuántos planetas potencialmente habitables podrían caber alrededor de un agujero negro supermasivo 1 millón de veces la masa del sol. “Eso es casi tan masivo como el que está en el centro de la Vía Láctea”, dijo. Solo se trataría del diámetro del sol, agregó.
Alrededor del sol, las órbitas que viajan los planetas pueden llegar tan cerca unas de otras antes de que los efectos de sus fuerzas gravitacionales abrumen a las del sol, lo que lleva a órbitas inestables. Raymond notó que alrededor de seis planetas con masa terrestre pueden caber en órbitas concéntricas estables dentro de la zona habitable del sol.
Por el contrario, la atracción gravitacional de un agujero negro supermasivo es extraordinariamente fuerte, lo suficiente como para abatir fácilmente a los planetas. Si el sol fuera reemplazado por un agujero negro de un millón de masas solares, 550 planetas con masa de la Tierra podrían caber en órbitas concéntricas estables en la zona habitable, calculó Raymond.
La gravedad del agujero negro supermasivo tiraría con mayor fuerza del costado de cada planeta más cerca del agujero negro. Esto extendería los planetas de la zona habitable, aunque no estarían lo suficientemente cerca como para ser destrozados, dijo Raymond.
Una forma de crear una zona habitable alrededor de este agujero negro supermasivo es colocar estrellas entre él y los planetas. Un anillo de nueve estrellas similares al Sol a 0.5 UA de un agujero negro de un millón de soles haría que cada uno de los 550 planetas de masa terrestre en el escenario anterior sea potencialmente habitable, dijo Raymond.
“Sería muy interesante vivir en un planeta en este sistema”, señaló Raymond. “Tomaría solo unos días completar una órbita alrededor del agujero negro: alrededor de 1,6 días en el borde interior de la zona habitable y 4,6 días en el borde exterior”.
En la aproximación, o conjunción más cercana, entre dos de tales planetas, la distancia entre estos mundos sería “aproximadamente el doble de la distancia Tierra-Luna”, notó Raymond. “En conjunto, el vecino más cercano de cada planeta aparece aproximadamente el doble del tamaño de la luna llena en el cielo”.
Además, los próximos vecinos más cercanos estarían solo dos veces más lejos, y por lo tanto parecerían tan grandes como la luna llena durante la conjunción, dijo Raymond. Cuatro planetas más tendrían al menos la mitad del tamaño de la luna llena durante la conjunción, agregó. “Las conjunciones ocurren un poco menos de una vez por órbita, por lo que cada pocos días hay una pandilla de objetos gigantes que cruzan el cielo”, dijo.
Los nueve soles “también serían un espectáculo para la vista”, dijo Raymond. Cada uno completaría su órbita alrededor del agujero negro cada 3 horas.
“Eso significa que cada 20 minutos, uno de los soles pasaría detrás del agujero negro”, dijo Raymond. “Cuando un sol pasa detrás del agujero negro, la gravedad del agujero negro dobla su luz y puede actuar como una lente. Se enfoca la luz del sol hacia el planeta. Esto distorsiona la forma del sol en un anillo… un muy lindo espectáculo de luces.”
Además, la luz de las estrellas se extendería por la gravedad del agujero negro. “Las estrellas más cercanas al agujero negro aparecerían más rojas, y las más alejadas del agujero negro parecerían más azules”, dijo Raymond.
Un millón de planetas alrededor de un agujero negro
En el escenario anterior, cada planeta estaba solo en su órbita alrededor del agujero negro supermasivo. Raymond también modeló lo que sucedería si varios planetas compartieran una órbita alrededor de un agujero negro de un millón de personas. Anteriormente, Raymond calculó que 42 planetas con masa terrestre podrían orbitar en un anillo a 1 UA del sol.
Para tener un anillo estable de planetas, Raymond notó que los planetas en ese anillo deben tener aproximadamente la misma masa. También debe haber al menos siete planetas en dicho anillo, y deben estar espaciados uniformemente a lo largo de una órbita circular.
Dado un agujero negro de un millón de soles con un anillo orbital de nueve estrellas similares al sol, Raymond calculó que un millón de planetas con masa terrestre podrían orbitar dentro de la zona habitable en 400 anillos, cada uno con 2.500 planetas separados por aproximadamente la misma distancia entre la Tierra y la luna. En este escenario, los planetas volverían a tardar entre 1,6 y 4,6 días para completar una órbita.
En lugar de colocar nueve estrellas similares al sol entre el agujero negro y los planetas, Raymond también sugirió que uno podría colocar 36 estrellas similares al sol en un anillo de 6 AU de ancho. En este escenario, “cada planeta está bañado por la luz del sol desde todos los lados, los planetas no tienen lado nocturno”, dijo Raymond. “Es como el planeta Kalgash de día permanente de Asimov”.
“Nunca te sentirías solo en estos sistemas: los otros planetas se verían enormes en el cielo”, agregó Raymond. Los planetas vecinos estarían aproximadamente 10 veces más cercanos que la luna a la Tierra, lo que significa que aparecerían “unas 40 veces más grandes en el cielo que la luna llena”, dijo Raymond. “Es aproximadamente del tamaño de una computadora portátil al alcance de la mano, solo en el cielo”.
En este último escenario, los planetas estarían mucho más cerca del agujero negro, cada uno completando una órbita en aproximadamente 9 horas. Esto significa que orbitarían a velocidades extraordinarias, alrededor del 10 por ciento de la velocidad de la luz. Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, el tiempo parece moverse notablemente más lentamente cuanto más se llega a la velocidad de la luz, por lo que “dos bebés nacidos en el mismo instante en anillos diferentes envejecerían a ritmos ligeramente diferentes”, dijo Raymond. “El bebé en el anillo interior envejecería un poco más lentamente”.
Las diferencias en la velocidad entre los anillos serían lo suficientemente grandes como para hacer imposible que una nave espacial viaje de un anillo a otro con cualquier tecnología actual, dijo Raymond. Sin embargo, cada mundo compartiría su anillo con miles de otros, y la velocidad relativa entre los planetas vecinos sería casi cero. “Un ascensor espacial podría conectar planetas”, dijo Raymond.
Si cada par de planetas vecinos a lo largo de un anillo dado estuvieran conectados, se parecería a un “Mundo Anillo”, una gigantesca megaestructura alienígena en la épica de ciencia ficción del mismo nombre de Larry Niven. “La diferencia entre esta configuración y el ‘Mundo Anillo’ del libro de Larry Niven es que, en este caso, no hay área de superficie habitable entre los planetas”, dijo Raymond.
¿De dónde podrían venir esos sistemas de millones de planetas? “Me puedo imaginar extraterrestres avanzados creando un sistema como el sistema solar de millones de Tierra como una obra de arte cósmica, algo así como el arte de los rascacielos o los icebergs pintados”, dijo Raymond. “Una forma de decir: ‘Miren lo sofisticados que somos’, en la escala más grandiosa”.
“O tal vez los alienígenas crearían este tipo de sistema como un zoológico”, dijo Raymond. “Podrían tener un gradiente en climas desde el más cálido al más frío, y abastecer los planetas con todo tipo de criaturas que recolectan en el universo. Por supuesto, tendrían que tener cuidado de no poner las combinaciones equivocadas de criaturas espaciales en el el mismo anillo de planetas, porque eso no terminaría bien”.
Con todo, “es útil tratar de idear todos los sistemas planetarios posibles que puedan existir”, dijo Raymond. “Algunos descubrimientos podrían haber sido anticipados al ‘ir allí’ e imaginar posibilidades que están muy por fuera de la norma. Estos sistemas son una combinación de ciencia ficción y ‘ir allá’ en ese sentido”.
“Lo principal a lo que me refiero es simplemente tratar de empujar los límites de lo que creemos que es posible”, concluyó Raymond.
https://www.space.com/40846-black-hole-million-habitable-planets.html
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