Тази визуализация показва две сливащи се черни дупки, чиято голяма скорост може да осигури тласък на лазерната светлина, която се люлее около тях.
(Изображение: © Център за космически полети на Годард на НАСА)
Бъдещите космически кораби могат да използват черни дупки като мощни стартови площадки за изследване на звездите.
Ново проучване предвижда изстрелване на лазерни лъчи, които да се извиват около черна дупка и да се връщат с допълнителна енергия, за да помогнат на космическия кораб да достигне почти скоростта на светлината. Астрономите биха могли да потърсят признаци, че извънземните цивилизации използват такова „ореол“, както проучването обобщава, като виждат дали двойки черни дупки се сливат по-често от очакваното.
Авторът на проучването Дейвид Кипинг, астрофизик от Колумбийския университет в Ню Йорк, излезе с идеята за ореола задвижване чрез това, което той нарича „мисленето на геймърите“.
„Понякога в компютърната игра откривате„ експлоатация “, хак, който ви позволява да направите нещо надмощно, което в противен случай би било забранено от правилата на играта“, казва Кипинг пред Space.com. "В този случай играта е физическият свят и се опитах да мисля за подвизи, които биха позволили на една цивилизация да постигне релативистичен полет напред-назад из галактиката без огромния разход на енергия, който човек може наивно да предполага."
Ключово предизвикателство за използването на ракети за летене през космоса е това горивото, което носят със себе си има маса. Дългите пътувания се нуждаят от много гориво, което прави ракетите тежки, което от своя страна изисква повече гориво, което прави ракетите още по-тежки и т.н. Този проблем става експоненциално по-лош, колкото по-голяма става ракетата.
Вместо да носят гориво за задвижване обаче, космическите кораби, оборудвани с огледални платна, могат да разчитат на лазери, които да ги изтласкат навън. Стоте милиона долара Пробивна инициатива Starshot, обявена през 2016 г., планира да използва мощни лазери за задвижване на рояци от космически кораби до Алфа Кентавър, най-близката до нашата звездна система, с до 20 процента от скоростта на светлината.
Космическият кораб, който Breakthrough Starshot има за цел да стартира, е единствено с размерите на микрочип. За да ускори по-големите космически кораби до релативистични скорости - до значителна част от светлинната скорост - Кипинг потърси помощта на гравитацията.
Космическият кораб сега редовно използва "прашки с прашка", при които гравитацията на тяло, като планета или луна, нахвърля корабите в космоса и повишава скоростта им. През 1963 г. известният физик Фрийман Дайсън предположи, че космическите кораби с всякакъв размер могат да разчитат на маневри с прашка около компактни двойки бели джуджета или неутронни звезди, които да летят с релативистични скорости. (Дайсън излезе с идеята за това, което стана известно като Дайсънова сфера, мегаструктура, която капсулира една звезда, за да улови възможно най-много от енергията си за захранване на напреднала цивилизация.)
Въпреки това, „прашка от Дайсън“ рискува да повреди космически кораб чрез екстремни гравитационни сили и опасно излъчване от тези двойки мъртви звезди. Вместо това Кипинг предполага, че гравитацията може да помогне на космическите кораби, като увеличи енергията на лазерни лъчи, изстреляни в краищата на черните дупки.
Черните дупки притежават гравитационни полета толкова мощни, че нищо не може да ги избяга, след като се приближи достатъчно, дори и светлина. Техните гравитационни полета също могат да изкривят пътищата на фотоните на светлината, които не попадат в дупките.
През 1993 г. физикът Марк Стюкей предположи, че черната дупка по принцип може да действа като "гравитационно огледало", тъй като гравитацията на черната дупка може да прокара фотон наоколо, така че да отлети обратно при източника си. Кипинг изчисли, че ако черна дупка се движи към източника на фотона, "бумерангът фотон" ще отнеме част от енергията на черната дупка.
Използвайки това, което той нарече „халоген“ - наречен за светлинния пръстен, който ще създаде около черна дупка - Кипинг откри, че дори космически кораби с масата на Юпитер могат да постигнат релативистични скорости. „Цивилизацията може да използва черните дупки като галактически пътни точки“, пише той проучване приета от списанието на Британското междупланетно дружество и подробно онлайн на 28 февруари в сървъра за предпечат на arXiv.
Колкото по-бързо се движи черна дупка, толкова повече енергия може да извлече хало задвижването от нея. Като такъв, Kipping до голяма степен се съсредоточи върху използването на двойки черни дупки, спираловидни един към друг преди сливане.
Астрономите биха могли да търсят признаци, че извънземните цивилизации експлоатират двойки черни дупки за пътуване с такъв двигател. Например, хало задвижванията ефективно биха откраднали енергия от такива двоични системи с черна дупка, увеличавайки скоростта, с която двойки черни дупки се сливат над това, което човек би очаквал да види естествено, каза Кипинг.
Неговите открития се основават на усилвания от двойки черни дупки, които се въртят в орбита помежду си с релативистични скорости. Въпреки че има приблизително 10 милиона чифта черни дупки в Млечния път, Кипинг отбеляза, че малко от онези вероятно са орбитирали с релативистки скорости за дълго, тъй като те ще се слеят доста бързо.
И все пак той отбеляза, че изолирани, въртящи се черни дупки също могат да изстрелват хало задвижвания с релативистични скорости, „а ние вече знаем за многобройни примери за релативистични, въртящи се супермасивни черни дупки“.
Основният недостатък на ореола е, че "човек трябва да пътува до най-близката черна дупка", каза Кипинг. "Сходно е с плащането на еднократна такса такса, за да се движите по магистралната система. Трябва да платите малко енергия, за да стигнете до най-близката точка за достъп, но след това можете да карате безплатно, колкото искате."
Хало задвижването работи само в непосредствена близост до черна дупка, на разстояние около пет до 50 пъти по-голям от диаметъра на черната дупка. "Ето защо първо трябва да пътувате до най-близката черна дупка и [защо не] можете просто да направите това през космическите години," каза Кипинг. „Все още първо се нуждаем от средство за пътуване до близките звезди, за да се возим по магистралната система.
"Ако искаме да постигнем релативистки полет, това отнема огромни енергийни нива, независимо каква задвижваща система използвате", добави той. „Един от начините да заобиколите това е да използвате астрономически обекти като източник на енергия, тъй като те притежават буквално астрономически нива на енергия вътре в тях. В този случай бинарният файл с черни дупки по същество е гигантска батерия, която чака да го докоснем. Идеята е да се работи с природата, а не срещу нея. "
Кипинг сега изследва начините за експлоатация на други астрономически системи за релативистки полет. Подобни техники „може да не са толкова ефикасни или бързи, колкото подхода на задвижването на ореола, но тези системи притежават дълбоките запаси от енергия, необходими за тези пътувания“, каза Кипинг.
- Ловците на катаклизъм: Търсене на двойни черни дупки
- Двойна черна дупка сблъсък, забелязан от гравитационни детектори на вълната
- Лазерно задвижване: Дивата идея може най-накрая да заблести
