Peu de temps après la publication par Einstein de sa Théorie de la relativité générale en 1915, les physiciens ont commencé à spéculer sur l'existence de trous noirs. Ces régions de l'espace-temps desquelles rien (pas même la lumière) ne peut s'échapper sont ce qui se produit naturellement à la fin du cycle de vie des étoiles les plus massives. Alors que les trous noirs sont généralement considérés comme des mangeurs voraces, certains physiciens se sont demandé s'ils pouvaient également soutenir leurs propres systèmes planétaires.
Cherchant à répondre à cette question, le Dr Sean Raymond - un physicien américain actuellement à l'Université de Bourdeaux - a créé un système planétaire hypothétique où un trou noir se trouve au centre. Sur la base d'une série de calculs gravitationnels, il a déterminé qu'un trou noir serait capable de maintenir neuf soleils individuels sur une orbite stable autour de lui, ce qui serait capable de supporter 550 planètes dans une zone habitable.
Il a nommé ce système hypothétique «Le système solaire ultime du trou noir», qui consiste en un trou noir non tournant qui est 1 million de fois plus massif que le Soleil. Cela représente environ le quart de la masse du Sagittaire A *, le trou noir super-massif (SMBH) qui réside au centre de la galaxie de la Voie lactée (qui contient 4,31 millions de masses solaires).
Comme Raymond l'indique, l'un des avantages immédiats d'avoir ce trou noir au centre d'un système est qu'il peut supporter un grand nombre de soleils. Pour le bien de son système, Raymond a choisi 9, pensant qu'il indique que beaucoup d'autres pourraient être maintenus grâce à l'influence gravitationnelle du trou noir central. Comme il l'a écrit sur son site Web:
«Compte tenu de la taille du trou noir, un anneau peut contenir jusqu'à 75 soleils! Mais cela déplacerait la zone habitable vers l'extérieur assez loin et je ne veux pas que le système soit trop étendu. Je vais donc utiliser 9 soleils dans l'anneau, ce qui déplace tout par un facteur de 3. Mettons l'anneau à 0,5 UA, bien en dehors de l'orbite circulaire la plus intérieure stable (à environ 0,02 AU) mais bien à l'intérieur de la zone habitable (de environ 2,7 à 5,4 UA). ”
Un autre avantage majeur d'avoir un trou noir au centre d'un système est qu'il rétrécit ce que l'on appelle le «rayon de Hill» (aka. Sphère de Hill, ou sphère de Roche). Il s'agit essentiellement de la région autour d'une planète où sa gravité domine celle de l'étoile qu'elle orbite et peut donc attirer des satellites. Selon Raymond, le rayon d'une colline d'une planète serait 100 fois plus petit autour d'un trou noir d'un million de soleil qu'autour du Soleil.
Cela signifie qu'une région donnée de l'espace pourrait s'adapter de manière stable à 100 fois plus de planètes si elles tournaient autour d'un trou noir au lieu du Soleil. Comme il l'a expliqué:
"Les planètes peuvent être super proches les unes des autres parce que la gravité du trou noir est si forte! Si les planètes sont de petites voitures à roues chaudes, la plupart des systèmes planétaires sont disposés comme des autoroutes normales (note latérale: j'adore les roues chaudes). Chaque voiture reste dans sa propre voie, mais les voitures sont beaucoup plus petites que la distance entre elles. Autour d'un trou noir, les systèmes planétaires peuvent être réduits jusqu'à des pistes de la taille de roues chaudes. Les voitures Hot Wheels - nos planètes - ne changent pas du tout, mais elles peuvent rester stables tout en étant beaucoup plus proches les unes des autres. Ils ne se touchent pas (ce ne serait pas stable), ils sont juste plus proches les uns des autres. »
C’est ce qui permet de placer de nombreuses planètes dans la zone habitable du système. En se basant sur le rayon de Hill's Earth, Raymond estime qu'environ six planètes de la masse terrestre pourraient s'insérer dans des orbites stables dans la même zone autour de notre Soleil. Ceci est basé sur le fait que les planètes de la masse terrestre pourraient être espacées d'environ 0,1 UA les unes des autres et maintenir une orbite stable.
Étant donné que la zone habitable du Soleil correspond à peu près aux distances entre Vénus et Mars - qui sont respectivement à 0,3 et 0,5 UA - cela signifie qu'il y a 0,8 UA d'espace pour travailler. Cependant, autour d'un trou noir avec 1 million de masses solaires, la planète voisine la plus proche pourrait être seulement 1/1000e (0,001) d'un AU loin et ont toujours une orbite stable.
En faisant le calcul, cela signifie qu'environ 550 Terres pourraient tenir dans la même région en orbite autour du trou noir et de ses neuf soleils. Il y a un inconvénient mineur à tout ce scénario, c'est que le trou noir devrait rester à sa masse actuelle. S'il devenait plus grand, cela ferait rétrécir de plus en plus les rayons de Hill de ses 550 planètes.
Une fois que le rayon de Hill serait descendu au point où il était de la même taille que n'importe laquelle des planètes de la masse terrestre, le trou noir commencerait à les déchirer. Mais à 1 million de masses solaires, le trou noir est capable de supporter confortablement un système massif de planètes. "Avec notre trou noir d'un million de soleil, le rayon de la colline de la Terre (sur son orbite actuelle) serait déjà à la limite, juste un peu plus du double du rayon réel de la Terre", dit-il.
Enfin, Raymond considère les implications que la vie dans un tel système aurait. D'une part, un an sur n'importe quelle planète dans la zone habitable du système serait beaucoup plus court, car leurs périodes orbitales seraient beaucoup plus rapides. Fondamentalement, une année durerait environ 1,6 jour pour les planètes au bord intérieur de la zone habitable et 4,6 jours pour les planètes au bord extérieur de la zone habitable.
De plus, à la surface de n'importe quelle planète du système, le ciel serait beaucoup plus encombré! Avec autant de planètes en orbite rapprochée, elles passeraient très près les unes des autres. Cela signifie essentiellement que depuis la surface de n'importe quelle Terre individuelle, les gens pourraient voir les Terres voisines aussi claires que nous voyons la Lune certains jours. Comme l'illustre Raymond:
«À l'approche la plus proche (conjonction), la distance entre les planètes est environ le double de la distance Terre-Lune. Ces planètes sont toutes de la taille de la Terre, environ 4 fois plus grandes que la Lune. Cela signifie qu'à la conjonction, le voisin le plus proche de chaque planète apparaît environ deux fois la taille de la pleine lune dans le ciel. Et il y a deux voisins les plus proches, l'un intérieur et l'autre extérieur. De plus, les voisins les plus proches sont deux fois plus éloignés, ils sont donc toujours aussi grands que la pleine lune pendant la conjonction. Et quatre autres planètes qui auraient au moins la moitié de la pleine lune en conjonction. »
Il indique également que les conjonctions se produiraient presque une fois par orbite, ce qui signifierait que tous les quelques jours, il n'y aurait pas de pénurie d'objets géants traversant le ciel. Et bien sûr, il y aurait le Soleil lui-même. Rappelez-vous cette scène de Star Wars où un jeune Luke Skywalker regarde deux soleils se coucher dans le désert? Eh bien, ce serait un peu comme ça, sauf bien plus cool!
Selon les calculs de Raymond, les neuf soleils feraient une orbite autour du trou noir toutes les trois heures. Toutes les vingt minutes, l'un de ces soleils passait derrière le trou noir, ne prenant que 49 secondes pour le faire. À ce stade, une lentille gravitationnelle se produirait, où le trou noir concentrerait la lumière du Soleil vers la planète et déformerait la forme apparente du Soleil.
Pour illustrer ce à quoi cela ressemblerait, il fournit une animation (illustrée ci-dessus) créée par @GregroxMun - un modélisateur de planète qui développe des graphiques spatiaux pour Kerbal et d'autres programmes - à l'aide de Space Engine.
Bien qu'un tel système puisse ne jamais se produire dans la nature, il est intéressant de savoir qu'un tel système serait physiquement possible. Et qui sait? Peut-être qu'une espèce suffisamment avancée, capable de remorquer des étoiles et des planètes d'un même système et de les placer en orbite autour d'un trou noir, pourrait façonner ce système solaire ultime. Peut-être quelque chose à rechercher par les chercheurs du SETI?
Cet exercice hypothétique était le deuxième volet d'une série en deux parties de Raymond, intitulée «Trous noirs et planètes». Dans le premier épisode, «Le système solaire du trou noir», Raymond a réfléchi à ce que ce serait si notre système tournait autour d'un binaire trou noir-Soleil. Comme il l'a indiqué, les conséquences pour la Terre et les autres planètes solaires seraient pour le moins intéressantes!
Raymond a également récemment élargi le système solaire ultime en proposant le système solaire Million Earth. Découvrez-les tous sur son site Web, PlanetPlanet.net.
