Planety mogą powstawać w pobliżu supermasywnych czarnych dziur? Tak sugeruje nowe badanie

Bartłomiej Pawlak
Najnowsze badania sugerują, że planety mogą powstawać nie tylko z dysków protoplanetarnych wokół gwiazd, ale również w okolicach czarnych dziur. Zdaniem naukowców, takie układy planetarne nie powinny być niczym niezwykłym w kosmosie.

Odkrycie pierwszej egzoplanety obiegającej gwiazdę ciągu głównego w 1995 roku było niemałym przełomem w astronomii. Nagle zyskaliśmy dowód, że Ziemia i inne planety Układu Słonecznego nie są wyjątkami we Wszechświecie. Najlepiej świadczy o tym zresztą fakt, że dwóch odpowiedzialnych za to badanie naukowców otrzymało w tym roku Nagrodę Nobla.

>>> Czarna dziura pożarła gwiazdę wielkości Słońca. NASA zarejestrowała niezwykle rzadkie zjawisko:

Zobacz wideo

Planety obiegają również czarne dziury?

Naukowcy jednak już od dawna twierdzą, że planety mogą obiegać nie tylko gwiazdy, ale również czarne dziury masy gwiazdowej. Taka hipoteza pojawiała się wielokrotnie, a najbardziej znany przykład to film "Interstellar" z 2014, gdzie planety orbitują wokół czarnej dziury nazwanej Gargantua.

Skąd jednak planety mogłyby znaleźć się na orbicie tuż obok czarnej dziury? Najbardziej realnym dziś wyjaśnieniem jest to, że niegdyś orbitowały wokół gwiazdy, która przerodziła się w czarną dziurę w wyniku wybuchu supernowej.

Oczywiście na razie ani jednej takiej planety nie znaleziono, co nie znaczy, że wcale ich nie ma. Wiele lat temu sądzono również, że planety nie mogą obiegać gwiazd neutronowych - które, podobnie, jak czarne dziury masy gwiazdowej powstają w wyniku wybuchu supernowej - bo zniszczyłaby je potężna energia tej kosmicznej eksplozji. Tymczasem w 1992 roku Polak Aleksander Wolszczan i Kanadyjczyk Dale Frail odkryli dwie egzoplanety okrążające Lich - pulsara milisekundowego.

Czytaj też: Pamiętacie "Interstellar"? Naukowiec NASA tłumaczy, czy można żyć tuż obok czarnej dziury

A co z planetami wokół bardziej masywnych obiektów?

Teraz astrofizyk Keiichi Wada z Uniwersytetu Kagoshima w Japonii dokonał pewnych obliczeń, w wyniku których okazało się, że to niejedyny (teoretyczny) sposób powstawania egzoplanet "nie-gwiazdowych". 

Wada wraz ze swoich zespołem zamiast gwiazdowej czarnej dziury na cel obrał supermasywne czarne dziury. To obiekty ważące kilka milionów, a często nawet miliardów razy więcej niż typowa gwiazda ciągu głównego (np. Słońce). Naukowcy podejrzewają, że znajdują się one w centrum każdej galaktyki we Wszechświecie.

Z obliczeń Wada wynika, że takie niezwykle masywne obiekty skupiają wokół siebie na tyle dużo materii, że z powodzeniem mogłaby ona zastąpić dysk protoplanetarny obiegający młodą gwiazdę. Grawitacja sprawiłaby, że gaz i pył łączyłby się w coraz większe struktury, z których powstałyby protoplanety.

Warto zaznaczyć, że mowa tu nie o niezwykle gorącym dysku akrecyjnym (czyli materii opadającej na horyzont zdarzeń) znajdującym się tuż obok czarnej dziury, ale o chmurze materii orbitującej w bezpiecznej odległości. 

Planety krążą nie tylko wokół gwiazd, ale także wokół supermasywnych czarnych dziur

- powiedział Keiichi Wada portalowi Space.com.

Zdrowy rozsądek podpowiada, że planety powstają z protoplanetarnych dysków wokół gwiazd, ale odkryliśmy, że planety mogą powstawać także bez pomocy gwiazd. Mogą być kreowane bezpośrednio z pyłu wokół supermasywnych czarnych dziur

- dodał Wada.

Byłyby to gigantyczne układy planetarne

Zdaniem zespołu odpowiedzialnego za badanie, takie układy planetarne nie przypominałyby jednak Układu Słonecznego. Choć planety mogłyby być skaliste lub gazowe (jak Ziemia czy Saturn) to byłoby ich znacznie więcej niż kilka (jak w gwiazdowych układach planetarnych). Wada mówi tu o nawet o 10 tys. takich ciał niebieskich.

Zespół Japończyka zaznacza, że planety miałyby masę ok. 10 Ziem i znajdowałyby się w daleko od supermasywnej czarnej dziury. Z obliczeń wynika, że obiegałyby centrum układu w odległości od ok. 10 do 30 lat świetlnych. Dla porównania Ziemia znajduje się ok. 8 minut świetnych od Słońca.

Taki dystans byłaby nie tylko całkowicie bezpieczny dla planet, bo pole grawitacyjne nawet supermasywnej czarnej dziury nie byłoby w stanie ich rozerwać. Z tak daleka nie byłoby można doświadczyć zjawisk powstających w pobliżu masywnych obiektów, takich jak dylatacja czasu (spowolnienia obserwowalnego z zewnątrz upływu czasu).

Ogromnym problemem będzie niestety znalezienie takich planet. Obecnie typowe egzoplanety wykrywamy m.in. obserwując spadek jasności gwiazdy podczas tranzytu czy przy pomocy efektu Dopplera. W przypadku oddalonych od nas na gigantyczne odległości supermasywnych czarnych dziur musielibyśmy skorzystać z innych metod, które dziś nie są dostępne.

Badanie opublikowano w październiku 2019 roku w czasopiśmie naukowym The Astrophysical Journal.

Czytaj też: NASA pokazuje, jak wygląda czarna dziura. Tłumaczymy, co widać na wizualizacji