理論上、2014年の映画「Interstellar」の架空のGargantuaなど、超大質量ブラックホールの周りの安定した軌道に多数の潜在的に居住可能な惑星が存在する可能性があります。
（画像：©Paramount Pictures）
天体物理学者が示唆するように、ブラックホールには、100万個の惑星がその近くを周回しており、私たちが知っているように生命をサポートする可能性があります。
地球上に液体の水が存在する場所には事実上生命があるため、天文学者は、表面が液体の水が生き残ることができるゾーン内を周回する場合、世界を居住可能性があると見なすことがよくあります。私たちの太陽の「居住可能ゾーン」は1つの惑星（地球）のみをホストしますが、他の星ではストーリーが異なる場合があります。たとえば、TRAPPIST-1システムには、居住可能ゾーン内に3つの地球サイズの惑星があります。
フランスのボルドー天文台の天体物理学者であるショーンレイモンドは、惑星系がどのように形成され進化するかを研究しています。レイモンドは「究極の太陽系の構築」と呼ばれるコラムの一部として、ブラックホールを周回できる惑星の数を調べ始めました。 [宇宙の奇妙なブラックホール]
「私たちは極端から学ぶことができると思います...それらは基本的に私たちが検索しているボックスの境界です」とレイモンドはSpace.comに語った。 「このシステムは1つの極端なもので、想像できる限り最も詰め込まれています。想像力と科学の楽しいブレンドです。」
レイモンド氏によると、現在科学者が最もよく知っているブラックホールには2種類あるという。恒星質量のブラックホールは、いくつかの太陽と質量が等しく、巨大な星が死んで崩壊するときに形成されます。超巨大ブラックホールは太陽の質量の数百万から数十億倍であり、すべてではないにしても、ほとんどの大きな銀河の中心に存在すると考えられています。 （3番目のクラス、中間質量のブラックホールはよく理解されていません。）
ブラックホールは非常にコンパクトです。太陽の質量のあるブラックホールの幅は、わずか3.7マイル（6キロメートル）です。対照的に、天の川の中心に潜むと考えられている超大質量ブラックホールである射手座A *は、太陽が約400万個、直径が約1,470万マイル（2,360万km）、つまり40強強です。太陽の周りの水星の軌道のサイズのパーセント。
太陽にブラックホールの仲間がいたら？
レイモンド氏によると、物理学のクラスでよくある質問は、太陽が同じ質量のブラックホールに置き換えられた場合に何が変わるかを想像することです。答えは、惑星の軌道に関しては何も変化しないということです—ブラックホールが太陽と同じ質量を持っている場合、軌道は同じままです。 （このようなシナリオでは、地球上の生命は明らかに光と熱の不足に苦しむことになるとレイモンドは付け加えた。）
レイが、たとえば天文単位（AU）の10分の1で、その近くを周回する等質量のブラックホールコンパニオンがあったとしても、太陽系の惑星の軌道はあまり変わらないとレイモンドは指摘しました。 （1 AUは地球と太陽の距離です。約9300万マイル（1億5000万km）です。）
それでも、これらの惑星が現在と同じように太陽からの距離を保っていると仮定すると、太陽とそのブラックホールパートナーの引力により、これらの世界は軌道をもう少し早く完了し、地球の年は365日から258日に減少します。日、と彼は言った。
上記のシナリオでは、太陽とブラックホールは2.9日ごとに互いに軌道を完成します。これは、太陽が地球から遠ざかるか、または地球に近づくにつれて、地球が太陽から受け取るエネルギーの量が平均の90％から110％の間で変動することを意味します。
「これはニューヨークとマイアミの間を往復し、2.9日ごとに戻るようなものです」とレイモンド氏は述べています。 [ブラックホールクイズ：自然の奇妙な創造物をどれだけ知っていますか？]
超大質量ブラックホールに惑星の輪があったらどうなるでしょう？
レイマスは、恒星の質量のブラックホールの周りの生命を想像することに加えて、潜在的に居住可能な惑星が太陽の質量の100万倍の超質量のブラックホールの周りに収まる可能性がある数を計算しました。 「それは天の川の中心にあるものとほとんど同じくらい大きい」と彼は言った。それは太陽の直径についてだけだろうと彼は付け加えた。
太陽の周りでは、惑星が移動する軌道は、重力の引きの影響が太陽の軌道を打ち負かし、不安定な軌道につながる前に、非常に接近します。レイモンド氏は、約6つの地球質量の惑星が、太陽の居住可能ゾーン内の安定した同心円軌道に収まる可能性があると指摘しました。
対照的に、超大質量ブラックホールの引力は異常に強く、惑星の重力を簡単に打ち負かすのに十分です。レイモンドが計算したように、太陽が100万の太陽の質量のブラックホールに置き換えられた場合、550の地球の質量の惑星が、居住可能ゾーンの安定した同心円軌道に収まる可能性があります。
超大質量ブラックホールの重力は、各惑星のブラックホールに近い側をより強く引き寄せます。レイモンド氏によると、これはハビタブルゾーンの惑星を引き伸ばすことになるが、それらは引き裂かれるほど十分に近くはないであろう。
この超巨大ブラックホールの周りに居住可能なゾーンを作成する1つの方法は、それと惑星の間に星を配置することです。レイモンド氏によると、100万個の太陽のブラックホールから0.5 AUの9個の太陽のような星のリングが、上記のシナリオの550個の地球と質量の惑星のそれぞれに潜在的に居住可能になるという。
「このシステムで惑星に住むことはかなり興味深いでしょう」とレイモンドは述べました。 「ブラックホールの周りの軌道を完了するには、ほんの数日かかります。ハビタブルゾーンの内側の端で約1.6日、外側の端で4.6日です。」 [エイリアンの生活をホストできる10の太陽系外惑星]
レイモンド氏は、このような2つの惑星間の最も近いアプローチ、またはその組み合わせで、これらの世界間の距離は「地球と月の距離の約2倍」になると述べています。 「合わせて、各惑星の最も近い隣人は、空の満月の約2倍の大きさで現れます。」
さらに、レイモンド氏によると、次に近い隣人は2倍しか離れておらず、連動して満月と同じ大きさになるとのことです。さらに4つの惑星は、結合時に満月の少なくとも半分のサイズになると彼は付け加えた。 「結膜は軌道ごとに1回弱発生するので、数日ごとに空を横切る巨大な物体の群れがある」と彼は言った。
レイモンド氏によると、9つの太陽は「目を見張る光景でもある」と語った。それぞれが3時間ごとにブラックホールを周回します。
「それは20分ごとに、太陽の1つがブラックホールの後ろを通過することを意味します」とレイモンドは言いました。 「太陽がブラックホールの後ろを通過すると、ブラックホールの重力が光を曲げ、レンズのように振る舞います。太陽の光を惑星に向けます。これにより、太陽の形がリングに歪みます...かなり甘い光公演。"
さらに、ブラックホールの重力によって星の光が伸びます。 「ブラックホールに近い星は赤く見え、ブラックホールから遠い星は青く見える」とレイモンド氏は語った。
ブラックホール周辺の100万の惑星
以前のシナリオでは、各惑星は、超大質量ブラックホールの周りの軌道に単独で存在していました。レイモンドはまた、複数の惑星が百万太陽のブラックホールの周りの軌道を共有した場合にどうなるかをモデル化しました。以前は、レイモンドは42の地球質量の惑星が太陽から1 AUのリング内を周回できると計算していました。
惑星の安定した輪を持つために、レイモンドはその輪の惑星はすべてほぼ同じ質量でなければならないことに注意しました。また、そのようなリングには少なくとも7つの惑星があり、それらは円軌道に沿って等間隔に配置されている必要があります。
レイモンドは、太陽に似た9つの星の軌道リングを備えた100万のブラックホールが存在する場合、100万の地球質量の惑星が400リングの居住可能ゾーン内を周回し、それぞれがおよそ同じ距離だけ離れた2,500の惑星を保持できると計算しました。地球と月の間。このシナリオでは、惑星は軌道を完成するのに再び1.6〜4.6日かかります。 [宇宙の奇妙なブラックホール]
レイモンドは、ブラックホールと惑星の間に9つの太陽のような星を配置する代わりに、6 AU幅のリングに36の太陽のような星を配置することを提案しました。このシナリオでは、「各惑星は四方八方から日光を浴びています。惑星には夜の面はありません」とレイモンド氏。 「それはアシモフの恒久的な昼間の惑星カルガッシュのようなものです。」
「これらのシステムで孤独を感じることは決してないでしょう。他の惑星は空に巨大に織り込まれているでしょう」とレイモンドは付け加えました。レイモンド氏によると、隣接する惑星は月よりも地球の約10倍近く、つまり「満月よりも空の方が約40倍大きい」ように見えます。 「それは腕の届くところにあるラップトップコンピュータのサイズとほぼ同じです。
この後者のシナリオでは、惑星はブラックホールに非常に近く、それぞれが約9時間で軌道を完了します。これは、彼らが並外れた速度で軌道を周回することを意味します—光の速度の約10％。アインシュタインの特殊相対性理論によると、時間は光の速度に近づくほど顕著にゆっくりと移動するように見えるため、「異なるリングで同じ瞬間に生まれた2人の赤ちゃんは、わずかに異なる速度で加齢する」とレイモンド氏は語った。 「内輪の赤ちゃんはもう少しゆっくりと老化するでしょう。」
リング間の速度の違いは、宇宙船が現在の技術であるリングから別のリングに移動することを不可能にする可能性が高いほど十分だとレイモンド氏は語った。しかし、各世界はその輪を他の何千もの人々と共有し、隣接する惑星間の相対速度はほぼゼロになります。 「宇宙エレベーターは惑星をつなぐことができる」とレイモンド氏。
特定のリングに沿って隣接する惑星の各ペアが接続された場合、それは「リングワールド」に似たものになります。これは、ラリーニーベンの同じ名前のSF叙事詩の巨大なエイリアンメガ構造です。 「この設定とラリーニヴェンの本の「リングワールド」の違いは、この場合、惑星間に住みやすい表面積がないことです」とレイモンド氏は語った。
そのような百万惑星系はどこから来るのでしょうか？レイモンド氏は、「超先進的な宇宙人が、超高層ビルや氷山の芸術のような芸術作品として、100万地球の太陽系のようなシステムを作成していることを想像できる」と語った。 「最も大規模な「私たちがどれほど豪華であるかを見てください」と言う方法。」
「あるいは、エイリアンはこの種のシステムを動物園として作成するかもしれない」とレイモンド氏。 「彼らは最も暑いものから最も寒いものまで気候に勾配があり、宇宙全体で収集するあらゆる種類の生き物を惑星にストックすることができます。もちろん、宇宙生物の間違った組み合わせを置かないように注意する必要があります。同じ惑星の輪、それがうまく終わらないからです。」
全体として、「そこにあるかもしれないすべての可能な惑星系を考え出そうと試みることは役に立つ」とレイモンドは言った。 「いくつかの発見は、「そこに行く」ことと、標準をはるかに超えた可能性を想像することによって予想された可能性があります。これらのシステムは、サイエンスフィクションとその意味で「そこに行く」ことの組み合わせです。」
「私が求めている主なことは、私たちが可能だと思うことの限界を押し広げようとすることです」とレイモンド氏は結論付けました。
