Ta vizualizacija prikazuje dve združeni črni luknji, katerih velika hitrost bi lahko spodbudila lasersko svetlobo, ki se vrta okoli njih.
(Slika: © NASA-in Goddard Center za vesoljske polete)
Prihodnje vesoljske ladje bi lahko uporabile črne luknje kot močne izstrelitvene plošče za raziskovanje zvezd.
Nova študija predvideva izstrelitev laserskih žarkov, ki bi se ukrivili okoli črne luknje in se vrnili z dodano energijo, da bi pomagali poganjati vesoljsko plovilo do skoraj hitrosti svetlobe. Astronomi bi lahko iskali znake, da vesoljske civilizacije uporabljajo takšen "halo pogon", kot ga preučuje študija, in videli, ali se pari črnih lukenj združujejo pogosteje, kot so pričakovali.
Avtor študije David Kipping, astrofizik z univerze Columbia v New Yorku, je prišel na idejo o pogonu halo skozi tisto, kar imenuje "miselnost igralcev".
"V računalniških igrah včasih najdete" izkoriščevalca ", ki vam omogoča, da naredite nekaj premočnega, kar bi sicer pravila igre prepovedala," je Kipping povedal za Space.com. "V tem primeru je igra fizični svet in poskušal sem razmišljati o podvigih, ki bi civilizaciji omogočili relativistični let naprej in nazaj po galaksiji brez velikega porabe energije, za katerega bi človek naivno lahko domneval."
Ključni izziv uporabe raket za vesolje je to pogonsko gorivo, ki ga nosijo s seboj ima maso. Dolga potovanja potrebujejo veliko pogonskega sredstva, zaradi česar so rakete težke, kar posledično zahteva več pogonskega goriva, zaradi česar so rakete še težje in podobno. Ta problem postane eksponencialno hujši, ko večja postane raketa.
Namesto da bi nosili pogonsko gorivo za pogon, pa bi se lahko vesoljska plovila, opremljena z ogledali, podobna jadrom, zanašala na laserje, da bi jih potisnili navzven. 100 milijonov dolarjev Preboj Starshot pobuda, napovedano leta 2016, načrtuje uporabo močnih laserjev za poganjanje rojev vesoljskih plovil v Alfo Centauri, najbližji zvezdni sistem pri nas, s hitrostjo svetlobe do 20 odstotkov.
Vesoljsko plovilo, ki ga želi Breakthrough Starshot izstreliti, ima le velikost mikročipa. Da bi pospešili večje vesoljske ladje na relativistične hitrosti - na pomemben del svetlobne hitrosti - je Kipping poiskal pomoč gravitacije.
Vesoljska plovila zdaj redno uporabljajo "rolke v roli", pri katerih gravitacija telesa, kot sta planet ali luna, plovilo plovi po vesolju in povečuje njihovo hitrost. Leta 1963 je znani fizik Freeman Dyson predlagal, da bi se vesoljske ladje katere koli velikosti lahko zanašale na pramene s kompaktnimi pari okoli kompaktnih parov belih škratov ali nevtronskih zvezd, da bi letele z relativističnimi hitrostmi. (Dyson se je domislil tega, kar je postalo znano kot Dysonova sfera, megastruktura, ki obdaja zvezdo in tako zajame čim več energije za napajanje napredne civilizacije.)
Vendar "Dysonova praška" tvega poškodbo vesoljskega plovila s skrajnimi gravitacijskimi silami in nevarnim sevanjem iz teh parov mrtvih zvezd. Namesto tega Kipping predlaga, da bi lahko gravitacija pomagala vesoljskim ladjam s povečanjem energije laserskih žarkov, ki se sprožijo na robovih črnih lukenj.
Črne luknje imajo gravitacijska polja tako močna, da jim nič ne uide, ko se dovolj približajo, niti svetlobi. Njihova gravitacijska polja lahko tudi izkrivljajo poti fotonov svetlobe, ki ne padejo v luknje.
Leta 1993 je fizik Mark Stuckey predlagal, da bi črna luknja načeloma lahko delovala kot "gravitacijsko zrcalo", ker bi lahko gravitacija črne luknje raznesla foton naokoli, tako da bi odletela nazaj pri svojem izvoru. Kipping je izračunal, da če se črna luknja premakne proti izvoru fotona, bi "bumerang foton" odtekal del energije črne luknje.
Z uporabo tega, kar je imenoval "halo pogon" - poimenovanega za svetlobni obroč, ki bi ga ustvaril okoli črne luknje - je Kipping ugotovil, da lahko celo vesoljske ladje z maso Jupitra dosežejo relativistične hitrosti. "Civilizacija bi lahko izkoristila črne luknje kot galaktične smerne točke," je zapisal v študija sprejel Journal of the British Interplanetary Society in podrobno objavil 28. februarja na strežniku za tisk arXiv.
Hitreje kot se premika črna luknja, več energije bi lahko iz nje črpal halo pogon. Kot tak se je Kipping v glavnem osredotočil na uporabo parov črnih lukenj, ki so se spirali med seboj pred združitvijo.
Astronomi bi lahko iskali znake, da vesoljske civilizacije izkoriščajo par črnih lukenj za potovanje s takšnim motorjem. Na primer, halo pogoni bi učinkovito ukradli energijo iz takih binarni sistemi s črno luknjo, ki povečuje hitrost, s katero se pari črnih lukenj združijo nad tistim, kar bi pričakovali, da bi videl naravno, je dejal Kipping.
Njegove ugotovitve so temeljile na spodbudah parov črnih lukenj, ki se med seboj krožijo z relativistično hitrostjo. Čeprav je v Mlečni poti približno 10 milijonov parov črnih lukenj, je Kipping opozoril, da je le malo takih, ki so verjetno krožili z relativističnimi hitrostmi, saj bi se spojili precej hitro.
Kljub temu je ugotovil, da lahko izolirane, vrteče se črne luknje sprožijo tudi halo pogone z relativistično hitrostjo, "in že poznamo številne primere relativističnih, vrtečih se supermasivnih črnih lukenj."
Glavna pomanjkljivost halo pogona bi bila ta, da "nekdo mora potovati do najbližje črne luknje," je dejal Kipping. "To je podobno plačilu enkratne cestnine za vožnjo po avtocesti. Plačati morate nekaj energije, da dosežete najbližjo dostopno točko. Po tem pa se lahko vozite brezplačno, dokler želite."
Pogon halo deluje le v neposredni bližini črne luknje, na razdalji približno pet do 50-kratnega premera črne luknje. "Zato morate najprej potovati do najbližje črne luknje in [zakaj tega] preprosto ne morete storiti skozi vesoljska leta," je dejal Kipping. "Še vedno najprej potrebujemo sredstva za potovanje do bližnjih zvezd, da bi se vozili po avtocestnem sistemu.
"Če želimo doseči relativistični polet, je potreben ogromen nivo energije, ne glede na to, kateri pogonski sistem uporabljate," je dodal. "Eden od načinov za to je, da uporabite astronomske predmete kot vir energije, saj jih imajo dobesedno astronomske ravni energije znotraj njih. V tem primeru je binarni sistem s črno luknjo v bistvu velikanska baterija, ki čaka, da se ga dotaknemo. Ideja je sodelovati z naravo in ne proti njej. "
Kipping zdaj preiskuje načine, kako izkoristiti druge astronomske sisteme za relativistični let. Takšne tehnike "morda niso ravno tako učinkovite ali hitre kot pristop halo-pogona, vendar imajo ti sistemi globoke rezerve energije, potrebne za ta potovanja," je dejal Kipping.
- Lovci na kataklizmo: iskanje dvojnih črnih lukenj
- Dvojni trk v črni luknji, ki ga opazijo gravitacijski detektorji valov
- Laserski pogon: divja ideja lahko končno zasije
