Αυτή η οπτικοποίηση δείχνει δύο συγχωνευμένες μαύρες τρύπες, των οποίων η μεγάλη ταχύτητα θα μπορούσε να δώσει ώθηση στο φως λέιζερ που αιωρείται γύρω τους.
(Εικόνα: © Διαστημικό κέντρο πτήσης Goddard της NASA)
Τα μελλοντικά διαστημόπλοια θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν μαύρες τρύπες ως ισχυρά μαξιλάρια εκτόξευσης για να εξερευνήσουν τα αστέρια.
Μια νέα μελέτη προβλέπει την πυροδότηση ακτίνων λέιζερ που θα κάμπτονταν γύρω από μια μαύρη τρύπα και θα επέστρεφαν με πρόσθετη ενέργεια για να ωθήσουν ένα διαστημικό σκάφος να πλησιάσει την ταχύτητα του φωτός. Οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να αναζητήσουν ενδείξεις ότι οι εξωγήινοι πολιτισμοί χρησιμοποιούν μια τέτοια «φωτοστέφανο», καθώς η μελέτη το αποκαλεί, βλέποντας εάν ζευγάρια μαύρων οπών συγχωνεύονται πιο συχνά από το αναμενόμενο.
Ο συγγραφέας της μελέτης David Kipping, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια της Νέας Υόρκης, βρήκε την ιδέα για το φωτοστέφανο μέσα από αυτό που αποκαλεί «νοοτροπία του παίκτη».
"Μερικές φορές, σε ένα παιχνίδι με υπολογιστή βρίσκετε ένα" exploit ", ένα hack που σας επιτρέπει να κάνετε κάτι υπερβολικό που διαφορετικά θα απαγορευόταν από τους κανόνες του παιχνιδιού", δήλωσε ο Kipping στο Space.com. "Σε αυτήν την περίπτωση, το παιχνίδι είναι ο φυσικός κόσμος και προσπάθησα να σκεφτώ εκμεταλλεύσεις που θα επέτρεπαν σε έναν πολιτισμό να επιτύχει σχετικιστική πτήση μπρος-πίσω στον γαλαξία χωρίς το τεράστιο ενεργειακό κόστος που θα μπορούσε κανείς να υποθέσει αφελώς."
Μια βασική πρόκληση για τη χρήση πυραύλων για να πετάξει στο διάστημα είναι αυτό το προωθητικό που κουβαλάει έχει μάζα. Τα μακρινά ταξίδια χρειάζονται πολύ προωθητικό, πράγμα που καθιστά τους πυραύλους βαρύς, κάτι που με τη σειρά του απαιτεί περισσότερη προωθητική ενέργεια, καθιστώντας τους πυραύλους ακόμη βαρύτερους, και ούτω καθεξής. Αυτό το πρόβλημα χειροτερεύει εκθετικά όσο μεγαλώνει ο πύραυλος.
Αντί να μεταφέρει προωθητικό για πρόωση, ωστόσο, διαστημικό σκάφος εξοπλισμένο με πανιά σαν καθρέφτες θα μπορούσε να βασιστεί σε λέιζερ για να τα ωθήσει προς τα έξω. Τα 100 εκατομμύρια δολάρια Πρωτοβουλία πρωτοποριακού Starshot, ανακοίνωσε το 2016, σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει ισχυρά λέιζερ για να προωθήσει σμήνη διαστημικού σκάφους στο Alpha Centauri, το πλησιέστερο σύστημα αστεριών στο δικό μας, με έως και 20 τοις εκατό την ταχύτητα του φωτός.
Το διαστημικό σκάφος που σκοπεύει να εκτοξεύσει το Breakthrough Starshot αφορά μόνο το μέγεθος ενός μικροτσίπ. Προκειμένου να επιταχυνθούν μεγαλύτερα διαστημόπλοια σε σχετικιστικές ταχύτητες - σε σημαντικό κλάσμα της ταχύτητας φωτός - ο Kipping αναζήτησε τη βοήθεια της βαρύτητας.
Το διαστημικό σκάφος χρησιμοποιεί πλέον τακτικά "ελιγμούς σφεντόνας", στο οποίο η βαρύτητα ενός σώματος, όπως ένας πλανήτης ή ένα φεγγάρι, ρίχνει τα σκάφη στο διάστημα και αυξάνει την ταχύτητά τους. Το 1963, ο διάσημος φυσικός Freeman Dyson πρότεινε ότι τα διαστημόπλοια οποιουδήποτε δεδομένου μεγέθους θα μπορούσαν να βασίζονται σε ελιγμούς σφεντόνων γύρω από συμπαγή ζεύγη λευκών νάνων ή αστέρια νετρονίων για να πετάξουν με σχετικιστικές ταχύτητες. (Ο Dyson ήρθε με την ιδέα του τι έγινε γνωστό ως α Dyson σφαίρα, μια μεγάλη υποδομή που ενσωματώνει ένα αστέρι για να συλλάβει όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργειά του για να τροφοδοτήσει έναν προηγμένο πολιτισμό.)
Ωστόσο, μια «σφεντόνα Dyson» διατρέχει τον κίνδυνο να καταστρέψει ένα διαστημικό σκάφος μέσω ακραίων βαρυτικών δυνάμεων και επικίνδυνων ακτινοβολιών από αυτά τα ζεύγη νεκρών αστεριών. Αντ 'αυτού, ο Kipping προτείνει ότι η βαρύτητα μπορεί να βοηθήσει τα διαστημόπλοια αυξάνοντας την ενέργεια των ακτίνων λέιζερ που εκτοξεύονται στις άκρες των μαύρων οπών.
Οι μαύρες τρύπες έχουν βαρυτικά πεδία τόσο ισχυρά που τίποτα δεν μπορεί να τα ξεφύγει μόλις φτάσει αρκετά κοντά, ούτε καν φως. Τα βαρυτικά πεδία τους μπορούν επίσης να παραμορφώσουν τις διαδρομές των φωτονίων του φωτός που δεν πέφτουν στις τρύπες.
Το 1993, ο φυσικός Mark Stuckey πρότεινε ότι μια μαύρη τρύπα θα μπορούσε, κατ 'αρχήν, να ενεργεί σαν "βαρυτικός καθρέφτης", καθώς η βαρύτητα της μαύρης τρύπας θα μπορούσε να σφίγγει ένα φωτονίο γύρω, έτσι ώστε να πέταξε πίσω στην πηγή της. Ο Kipping υπολόγισε ότι αν μια μαύρη τρύπα κινούνταν προς μια πηγή φωτονίου, το "φωτονίο μπούμερανγκ" θα απομακρύνει μέρος της ενέργειας της μαύρης τρύπας.
Χρησιμοποιώντας αυτό που ονόμασε "φωτοστέφανο" - που ονομάστηκε για το δαχτυλίδι του φωτός, θα δημιουργούσε γύρω από μια μαύρη τρύπα - Ο Kipping διαπίστωσε ότι ακόμη και διαστημόπλοια με τη μάζα του Δία θα μπορούσαν να επιτύχουν σχετικιστικές ταχύτητες. "Ένας πολιτισμός θα μπορούσε να εκμεταλλευτεί τις μαύρες τρύπες ως γαλαξιακά σημεία", έγραψε μια μελέτη έγινε δεκτή από το περιοδικό της Βρετανικής Διαπλανητικής Εταιρείας και αναλύθηκε λεπτομερώς στις 28 Φεβρουαρίου στον διακομιστή προτύπων arXiv.
Όσο πιο γρήγορα κινείται μια μαύρη τρύπα, τόσο περισσότερη ενέργεια μπορεί να αντλήσει μια κίνηση φωτοστέφανου. Ως εκ τούτου, η Kipping επικεντρώθηκε σε μεγάλο βαθμό στη χρήση ζευγών μαύρων οπών που περιστρέφονται το ένα προς το άλλο πριν από τη συγχώνευση.
Οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να αναζητήσουν σημάδια ότι οι εξωγήινοι πολιτισμοί εκμεταλλεύονται ζευγάρια μαύρων τρυπών για ταξίδια με έναν τέτοιο κινητήρα. Για παράδειγμα, οι κινήσεις φωτοστέφανου θα κλέψουν αποτελεσματικά ενέργεια από τέτοια δυαδικά συστήματα μαύρων οπών, αυξάνοντας τους ρυθμούς με τους οποίους τα ζεύγη των μαύρων οπών συγχωνεύονται πάνω από αυτό που θα περίμενε κανείς να δει φυσικά, είπε ο Kipping.
Τα ευρήματά του βασίστηκαν σε ώθηση από ζεύγη μαύρων οπών που περιστρέφονταν μεταξύ τους σε σχετικιστικές ταχύτητες. Παρόλο που υπάρχουν περίπου 10 εκατομμύρια ζεύγη μαύρων τρυπών στον Γαλαξία, ο Kipping σημείωσε ότι λίγοι από αυτούς πιθανότατα περιστρέφονταν σε σχετικιστικές ταχύτητες για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθώς θα συγχωνευτούν αρκετά γρήγορα.
Ωστόσο, σημείωσε ότι οι απομονωμένες, περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν επίσης να εκτοξεύσουν κινήσεις φωτοστέφανου σε σχετικιστικές ταχύτητες, "και ήδη γνωρίζουμε πολλά παραδείγματα σχετικιστικών, περιστρεφόμενων υπερμεγέθων μαύρων τρυπών."
Το σημαντικότερο μειονέκτημα μιας κίνησης φωτοστέφανο θα ήταν ότι "κάποιος πρέπει να ταξιδέψει στην πλησιέστερη μαύρη τρύπα", δήλωσε ο Kipping. "Είναι παρόμοιο με την πληρωμή ενός εφάπαξ τέλους διοδίων για την οδήγηση του συστήματος αυτοκινητόδρομου. Πρέπει να πληρώσετε λίγη ενέργεια για να φτάσετε στο πλησιέστερο σημείο πρόσβασης, αλλά μετά από αυτό, μπορείτε να οδηγήσετε δωρεάν όσο θέλετε."
Η μονάδα φωτοστέφανος λειτουργεί μόνο κοντά σε μια μαύρη τρύπα, σε απόσταση περίπου πέντε έως 50 φορές τη διάμετρο της μαύρης τρύπας. "Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πρέπει πρώτα να ταξιδέψετε στην κοντινότερη μαύρη τρύπα και [γιατί] δεν μπορείτε απλά να το κάνετε σε διάστημα ετών φωτός", δήλωσε ο Kipping. "Εξακολουθούμε ακόμη να απαιτούμε ένα μέσο για να ταξιδέψουμε σε κοντινά αστέρια για να οδηγήσουμε το σύστημα της εθνικής οδού.
"Αν θέλουμε να επιτύχουμε σχετικιστική πτήση, χρειάζεται τεράστια επίπεδα ενέργειας ανεξάρτητα από το σύστημα πρόωσης που χρησιμοποιείτε", πρόσθεσε. "Ένας τρόπος για να το ξεπεράσεις αυτό είναι να χρησιμοποιείς τα αστρονομικά αντικείμενα ως πηγή ισχύος σου, αφού διαθέτουν κυριολεκτικά αστρονομικά επίπεδα ενέργειας μέσα τους. Σε αυτήν την περίπτωση, το δυαδικό σύστημα μαύρης τρύπας είναι ουσιαστικά μια τεράστια μπαταρία που μας περιμένει να το αγγίξουμε. Η ιδέα είναι να εργαστούμε με τη φύση και όχι εναντίον της. "
Το Kipping διερευνά τώρα τρόπους εκμετάλλευσης άλλων αστρονομικών συστημάτων για σχετικιστική πτήση. Τέτοιες τεχνικές "μπορεί να μην είναι τόσο αποτελεσματικές ή γρήγορες όσο η προσέγγιση με το φωτοστέφανο, αλλά αυτά τα συστήματα διαθέτουν τα βαθιά αποθέματα ενέργειας που απαιτούνται για αυτά τα ταξίδια", δήλωσε ο Kipping.
- The Cataclysm Hunters: Αναζήτηση για διπλές μαύρες τρύπες
- Διπλή σύγκρουση μαύρης τρύπας που εντοπίζεται από ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων
- Πρόωση λέιζερ: Η άγρια ιδέα μπορεί τελικά να λάμψει
