Táto vizualizácia ukazuje dve zlučujúce sa čierne diery, ktorých veľká rýchlosť by mohla poskytnúť podporu laserovému svetlu, ktoré sa okolo nich otáča.
(Obrázok: © Goddardovo vesmírne letové stredisko NASA)
Budúce vesmírne lode by mohli použiť čierne diery ako výkonné štartovacie bloky na skúmanie hviezd.
Nová štúdia predpokladá vypálenie laserových lúčov, ktoré by sa krútili okolo čiernej diery a vrátili sa s pridanou energiou, aby pomohli kozmickej lodi priblížiť sa rýchlosti svetla. Astronómovia by mohli hľadať náznaky, že mimozemské civilizácie používajú takzvanú „halo“, ako to štúdia nazýva štúdia, a zistili, či sa páry čiernych dier nezlučujú častejšie, ako sa očakávalo.
Autor štúdie David Kipping, astrofyzik na Kolumbijskej univerzite v New Yorku, prišiel s myšlienkou halo jazdy cez to, čo nazýva „hráčske myslenie“.
„V počítačovej hre niekedy nájdete„ zneužitie “, hack, ktorý vám umožní urobiť niečo ohromné, čo by inak bolo podľa pravidiel hry zakázané,“ povedal Kipping pre Space.com. „V tomto prípade je hra fyzickým svetom a ja som sa snažil premýšľať o výhodách, ktoré by civilizácii umožnili dosiahnuť relativistický let tam a späť cez galaxiu bez veľkých energetických nákladov, ktoré by človek naivne predpokladal.“
Kľúčovou výzvou na použitie rakiet na preletenie vesmírom je to pohonnú látku, ktorú nosia so sebou má hmotnosť. Dlhé cesty potrebujú veľa paliva, čo spôsobuje, že rakety sú ťažké, čo zase vyžaduje viac paliva, čo robí rakety ešte ťažšími a tak ďalej. Tento problém sa exponenciálne zhoršuje, čím väčšia je raketa.
Vesmírna loď vybavená zrkadlovými plachtami sa namiesto toho, aby niesla pohonnú látku, mohla spoliehať na lasery, aby ich vytlačili smerom von. 100 miliónov dolárov Prielomová iniciatíva Starshot, ktorá bola ohlásená v roku 2016, plánuje používať výkonné lasery na pohon rojov kozmickej lode na Alpha Centauri, ktorý je našim najbližším hviezdnym systémom, s rýchlosťou až 20 percent rýchlosti svetla.
Kozmická loď, ktorej cieľom je prielom Starshot, je len o veľkosti mikročipu. S cieľom zrýchliť väčšie kozmické lode na relativistické rýchlosti - na podstatnú časť rýchlosti svetla - Kipping hľadal pomoc pomocou gravitácie.
Kozmická loď teraz pravidelne používa „prakové manévre“, pri ktorých gravitácia tela, napríklad planéty alebo mesiaca, vrhá lode cez vesmír a zvyšuje ich rýchlosť. V roku 1963 známy fyzik Freeman Dyson navrhol, že kozmické lode akejkoľvek danej veľkosti sa môžu spoľahnúť na prakové manévre okolo kompaktných párov bielych trpaslíkov alebo neutrónových hviezd, ktoré budú lietať relativistickou rýchlosťou. (Dyson prišiel s predstavou toho, čo sa stalo známym ako Dysonova guľa, megastruktúra, ktorá zapuzdruje hviezdu, aby zachytila čo najviac jej energie, aby poháňala pokročilou civilizáciu.)
Avšak „prak Dyson“ predstavuje riziko poškodenia kozmickej lode extrémnymi gravitačnými silami a nebezpečným žiarením z týchto párov mŕtvych hviezd. Namiesto toho Kipping naznačuje, že gravitácia by mohla pomôcť kozmickým lodiam zvýšením energie laserových lúčov vystrelených na okrajoch čiernych dier.
Čierne diery majú gravitačné polia také silné, že akonáhle sa dostanú dostatočne blízko, nemôžu im uniknúť nič, ani svetlo. Ich gravitačné polia môžu tiež skresliť dráhy fotónov svetla, ktoré nespadajú do dier.
V roku 1993 fyzik Mark Stuckey navrhol, že čierna diera by sa v zásade mohla správať ako „gravitačné zrkadlo“ tým, že gravitácia čiernej diery by mohla priblížiť fotón tak, aby odletel späť pri zdroji. Kipping spočítal, že ak sa čierna diera pohybuje smerom k zdroju fotónu, „bumerangový fotón“ odčerpá časť energie čiernej diery.
Použitím toho, čo nazval „halo pohon“ - pomenovaný pre kruh svetla, ktorý by vytvoril okolo čiernej diery - zistil Kipping, že aj kozmické lode s hmotnosťou Jupitera môžu dosiahnuť relativistické rýchlosti. „Civilizácia by mohla využiť čierne diery ako galaktické trasové body,“ napísal štúdium prijatá v Denníku Britskej medziplanetárnej spoločnosti a podrobne online 28. februára na serveri arXiv preprint.
Čím rýchlejšie sa čierna diera pohybuje, tým viac energie z nej môže vyťažiť halo. Ako taký sa Kipping vo veľkej miere sústredil na použitie párov čiernych dier, ktoré sa pred zlúčením špirálovali k sebe.
Astronómovia mohli hľadať náznaky, že mimozemské civilizácie využívajú dvojicu čiernych dier na cestovanie s takýmto motorom. Napríklad halogénové jednotky by z nich účinne ukradli energiu binárne systémy čiernych dier, zvyšuje sadzby, pri ktorých sa páry čiernych dier zlúčia nad to, čo by človek očakával prirodzene, povedal Kipping.
Jeho nálezy boli založené na zosilňovaní dvojíc čiernych dier obiehajúcich navzájom relativistickou rýchlosťou. Aj keď je v Mliečnej dráhe odhadovaných 10 miliónov párov čiernych dier, Kipping poznamenal, že len málo z nich pravdepodobne dlho obiehalo relativistickou rýchlosťou, pretože by sa spojili pomerne rýchlo.
Napriek tomu poznamenal, že izolované čierne diery, ktoré sa točia, môžu spustiť aj halo s relativistickou rýchlosťou, „a už vieme o mnohých príkladoch relativistických, točiacich sa supermasívnych čiernych dier.“ “
Hlavnou nevýhodou halo je, že „človek musí cestovať do najbližšej čiernej diery,“ povedal Kipping. „Je to podobné plateniu jednorazového mýtneho za jazdu po diaľničnom systéme. Musíte sa venovať určitej energii, aby ste sa dostali na najbližší prístupový bod, ale potom môžete jazdiť zadarmo tak dlho, ako budete chcieť.“
Svietidlo halo funguje iba v tesnej blízkosti čiernej diery, vo vzdialenosti asi päť až 50-násobku priemeru čiernej diery. „Z tohto dôvodu musíte najskôr cestovať do najbližšej čiernej diery a [prečo] to nemôžete jednoducho urobiť po svetelných rokoch vesmíru,“ povedal Kipping. „Najprv potrebujeme prostriedky na cestu k blízkym hviezdam, aby sme jazdili po diaľničnom systéme.
„Ak chceme dosiahnuť relativistický let, vyžaduje to obrovské hladiny energie bez ohľadu na to, aký pohonný systém používate,“ dodal. „Jedným zo spôsobov, ako to obísť, je použitie astronomických predmetov ako zdroja energie, pretože majú doslova astronomické úrovne energie v nich. V tomto prípade je binárna čierna diera v podstate obrovská batéria, ktorá na nás čaká. Cieľom je pracovať s prírodou a nie proti nej. ““
Kipping teraz skúma spôsoby, ako využiť iné astronomické systémy na relativistický let. Takéto techniky „nemusia byť také efektívne alebo rýchle ako prístup na halo, ale tieto systémy majú hlboké energetické rezervy potrebné pre tieto cesty,“ uviedol Kipping.
- Lovci kataklyzmov: Vyhľadajte dvojité čierne diery
- Dvojitá kolízia s čiernymi dierami zistená gravitačnými vlnovými detektormi
- Laserový pohon: Divoký nápad môže konečne žiariť
