Această vizualizare arată două găuri negre care fuzionează, a căror mare viteză ar putea oferi un impuls luminii laser care se învârte în jurul lor.
(Imagine: © Centrul de zbor spațial Goddard al NASA)
Navele spațiale viitoare ar putea folosi găurile negre ca plăcuțe de lansare puternice pentru a explora stelele.
Un nou studiu intenționează să tragă raze laser care ar curba în jurul unei găuri negre și să revină cu un plus de energie pentru a ajuta la propulsarea unei nave spațiale aproape de viteza luminii. Astronomii ar putea căuta semne că civilizațiile extraterestre folosesc o astfel de „halo drive”, așa cum o consideră studiul, văzând dacă perechi de găuri negre se contopesc mai des decât se aștepta.
Autorul studiului, David Kipping, astrofizician la Universitatea Columbia din New York, a venit cu ideea de a conduce prin halo prin ceea ce el numește „mentalitatea jucătorului”.
„Uneori, într-un joc pe calculator găsești un„ exploit ”, un hack care îți permite să faci ceva suprasolicitat, care altfel ar fi interzis de regulile jocului”, a declarat Kipping pentru Space.com. "În acest caz, jocul este lumea fizică și am încercat să mă gândesc la exploatări care ar permite unei civilizații să realizeze zboruri relativiste înainte și înapoi pe galaxie fără marea cheltuială de energie pe care cineva ar putea să le asume naiv."
O provocare-cheie în utilizarea rachetelor pentru a zbura prin spațiu este aceea propulsorul pe care îl poartă cu ei are masa. Călătoriile lungi au nevoie de foarte mult propulsant, ceea ce face rachetele grele, care la rândul lor necesită mai mult propulsor, ceea ce face rachetele și mai grele, etc. Această problemă se agravează exponențial cu cât racheta devine mai mare.
În loc să poarte propulsor pentru propulsie, cu toate acestea, navele spațiale echipate cu pânze asemănătoare cu oglinzi s-ar putea baza pe lasere pentru a le împinge spre exterior. 100 de milioane de dolari Inițiativa Breakthrough Starshot, anunțat în 2016, intenționează să folosească lasere puternice pentru a propulsa roiuri de nave spațiale către Alpha Centauri, cel mai apropiat sistem de stele de la noi, cu până la 20% la viteza luminii.
Nava spațială pe care Breakthrough Starshot își propune să o lanseze se referă la dimensiunea unui microcip. Pentru a accelera navele spațiale mai mari la viteze relativiste - la o fracțiune semnificativă a vitezei luminii - Kipping a căutat ajutorul gravitației.
Navele spațiale folosesc acum în mod regulat „manevre de slingshot”, în care gravitația unui corp, cum ar fi o planetă sau o lună, aruncă vasele în spațiu și le crește viteza. În 1963, renumitul fizician Freeman Dyson a sugerat că navele spațiale de orice dimensiune dată se pot baza pe manevre de slingshot în jurul perechilor compacte de pitici albe sau stele de neutroni pentru a zbura cu viteze relativiste. (Dyson a venit cu ideea a ceea ce a devenit cunoscut ca a Sfera Dyson, o megastructură care încapsulează o stea pentru a capta cât mai multă energie posibilă pentru a alimenta o civilizație avansată.)
Cu toate acestea, un „slinghot Dyson” prezintă riscul de a deteriora o navă spațială prin forțe gravitaționale extreme și prin radiații periculoase din acele perechi de stele moarte. În schimb, Kipping sugerează că gravitația ar putea ajuta navele spațiale prin creșterea energiei fasciculelor laser trasă la marginile găurilor negre.
Găurile negre posedă câmpuri gravitaționale atât de puternice încât nimic nu le poate scăpa odată ce ajunge suficient de aproape, nici măcar de lumină. Câmpurile lor gravitaționale pot distorsiona, de asemenea, căile fotonilor de lumină care nu cad în găuri.
În 1993, fizicianul Mark Stuckey a sugerat că o gaură neagră ar putea, în principiu, să acționeze ca o „oglindă gravitațională”, în sensul că gravitația găurii negre ar putea arunca un foton în jur, astfel încât să zboare înapoi la sursa sa. Kipping a calculat că dacă o gaură neagră s-ar deplasa către sursa unui foton, „fotonul boomerang” ar sifona o parte din energia găurii negre.
Folosind ceea ce el a numit un „halo drive” - numit pentru inelul de lumină pe care l-ar crea în jurul unei găuri negre - Kipping a constatat că chiar navele spațiale cu masa lui Jupiter ar putea atinge viteze relativiste. „O civilizație ar putea exploata găurile negre ca puncte de cale galactice”, a scris el un studiu acceptat de Journal of the British Interplanetary Society și online detaliat pe 28 februarie pe serverul de preimprimare arXiv.
Cu cât o gaură neagră se mișcă mai repede, cu atât mai multă energie ar putea trage din ea o unitate de acționare halo. Ca atare, Kipping s-a concentrat, în mare parte, pe utilizarea perechilor de găuri negre în spirală unul față de celălalt înainte de fuziune.
Astronomii ar putea căuta semne că civilizațiile extraterestre exploatează perechi de găuri negre pentru a călători cu un astfel de motor. De exemplu, drive-urile halo ar fura în mod eficient energia de la acestea sisteme binare cu găuri negre, crescând ratele la care perechile de găuri negre se îmbină deasupra celor pe care s-ar aștepta să le vadă în mod natural, Kipping a spus.
Descoperirile sale s-au bazat pe impulsuri de la perechi de găuri negre care orbitează între ele la viteze relativiste. Deși există o estimare de 10 milioane de perechi de găuri negre în Calea Lactee, Kipping a remarcat că puțini dintre cei care au orbitat cu viteză relativistă de mult timp, deoarece s-ar contopi destul de repede.
Totuși, el a menționat că găurile negre izolate, care se învârtesc, ar putea, de asemenea, să lanseze acționări halo cu viteze relativiste, „și știm deja numeroase exemple de găuri negre relativiste, învârtite supermasive”.
Dezavantajul major al unui drive halo ar fi acela că „cineva trebuie să călătorească în cea mai apropiată gaură neagră”, a spus Kipping. "Este asemănător cu plata unei taxe de taxare unice pentru a merge pe sistemul de autostradă. Trebuie să plătiți ceva energie pentru a ajunge la cel mai apropiat punct de acces, dar după aceea, puteți merge gratuit atât timp cât doriți."
Drive halo funcționează numai în imediata apropiere de o gaură neagră, la o distanță de aproximativ cinci până la 50 de ori diametrul găurii negre. "Acesta este motivul pentru care trebuie mai întâi să călătoriți la cea mai apropiată gaură neagră și [de ce nu puteți] face acest lucru pur și simplu în anii-lumină de spațiu", a spus Kipping. „Mai avem în primul rând nevoie de un mijloc pentru a călători la stelele din apropiere pentru a merge pe sistemul de autostrăzi.
„Dacă vrem să realizăm zbor relativist, este nevoie de niveluri imense de energie, indiferent de sistemul de propulsie pe care îl utilizați”, a adăugat el. "O modalitate de a ocoli acest lucru este de a folosi obiecte astronomice ca sursă de energie, deoarece acestea dețin literalmente niveluri astronomice de energie în interiorul lor. În acest caz, binarul cu găuri negre este în esență o baterie uriașă care așteaptă să ne atingem. Ideea este să lucrezi cu natura și nu împotriva ei ”.
Kipping cercetează acum modalități de exploatare a altor sisteme astronomice pentru zbor relativist. Astfel de tehnici "pot să nu fie la fel de eficiente sau rapide ca abordarea cu acțiune prin halo-drive, dar aceste sisteme dețin rezervele de energie profunde necesare acestor călătorii", a spus Kipping.
- Vânătorii de cataclisme: căutați găuri duble negre
- Coliziune dublu cu gaură neagră depistată de detectoarele de unde gravitaționale
- Propulsie laser: ideea sălbatică poate străluci în cele din urmă
