Tato vizualizace ukazuje dvě sloučené černé díry, jejichž velká rychlost by mohla poskytnout podporu laserovému světlu, které se kolem nich otáčí.
(Obrázek: © NASA Goddard Space Flight Center)
Budoucí kosmické lodě by mohly použít černé díry jako silné odpalovací plošiny k prozkoumání hvězd.
Nová studie předpokládá palbu laserových paprsků, které by se zakřivily kolem černé díry a vrátily se s přidanou energií, aby pomohly pohonu kosmické lodi blízko rychlosti světla. Astronomové by mohli hledat náznaky, že mimozemské civilizace používají takzvanou „halo“, jak ji studie nazývá, tím, že uvidí, zda se páry černých děr spojují častěji, než se očekávalo.
Autor studie David Kipping, astrofyzik na Columbia University v New Yorku, přišel s myšlenkou halo projet tím, co nazývá „hráčovým přístupem“.
"Někdy v počítačové hře najdete" exploit ", hack, který vám umožní udělat něco přemoženého, které by jinak bylo pravidly hry zakázáno," řekl Kipping Space.com. "V tomto případě je hra fyzickým světem a já jsem se pokusil přemýšlet o exploatacích, které by civilizaci umožnily dosáhnout relativistického letu sem a tam přes galaxii bez velkých energetických nákladů, které by člověk mohl naivně předpokládat."
Klíčovou výzvou pro použití raket k letu vesmírem je to pohonnou látku, kterou nosí s sebou má hmotnost. Dlouhé cesty vyžadují hodně paliva, což způsobuje, že rakety jsou těžké, což zase vyžaduje více paliva, čímž jsou rakety ještě těžší, atd. Tento problém se exponenciálně zhoršuje, čím větší se raketa dostane.
Místo toho, aby nosil pohon pro pohon, se však kosmická loď vybavená plachtami podobnými zrcadlu mohla spolehnout na lasery, aby je vytlačily ven. 100 milionů dolarů Průlomová iniciativa Starshot, oznámené v roce 2016, plánuje používat výkonné lasery k pohonu rojů kosmických lodí k Alpha Centauri, nejbližšímu hvězdnému systému, který vlastní, až o 20 procent rychlostí světla.
Kosmická loď, jejíž cílem je průlomový snímek Starshot, je pouze o velikosti mikročipu. Aby urychlil větší kosmické lodě na relativistické rychlosti - na významnou část rychlosti světla - Kipping hledal pomoc gravitací.
Kosmická loď nyní pravidelně používá „prakové manévry“, ve kterých gravitace těla, jako je planeta nebo měsíc, vrhá plavidla přes vesmír a zvyšuje jejich rychlost. V roce 1963 známý fyzik Freeman Dyson navrhl, že kosmické lodě jakékoli dané velikosti by se mohly spolehnout na prakové manévry kolem kompaktních párů bílých trpaslíků nebo neutronových hvězd, které budou létat relativistickou rychlostí. (Dyson přišel s představou o tom, co se stalo známým jako Dysonova koule, megastruktura, která zapouzdřuje hvězdu, aby zachytila co nejvíce své energie, aby mohla pohánět pokročilou civilizaci.)
Avšak „prak Dyson“ riskuje poškození kosmické lodi extrémními gravitačními silami a nebezpečným zářením z těchto párů mrtvých hvězd. Místo toho Kipping naznačuje, že gravitace by mohla pomoci kosmickým lodím zvýšením energie laserových paprsků vystřelených na okrajích černých děr.
Černé díry mají gravitační pole tak silná, že jim nic nemůže uniknout, jakmile se dost přiblíží, dokonce ani světlo. Jejich gravitační pole může také zkreslit cesty fotonů světla, které nespadají do otvorů.
V roce 1993 fyzik Mark Stuckey navrhl, že černá díra by se v zásadě mohla chovat jako „gravitační zrcadlo“ v tom, že gravitace černé díry by mohla přást kolem fotonu, takže by letěla zpět u svého zdroje. Kipping spočítal, že pokud by se černá díra pohybovala směrem ke zdroji fotonu, „bumerangový foton“ by sifonoval část energie černé díry.
Při použití toho, co nazval „halo pohonem“ - pojmenovaným pro kruh světla, který by vytvořil kolem černé díry - Kipping zjistil, že i kosmické lodě s hmotou Jupiteru mohou dosáhnout relativistických rychlostí. „Civilizace by mohla využít černé díry jako galaktické body na cestě,“ napsal studie přijato časopisem Britské meziplanetární společnosti a podrobně online 28. února na serveru předtisku arXiv.
Čím rychleji se černá díra pohybuje, tím více energie z ní může řídit halo. Proto se Kipping do značné míry soustředil na použití párů černých děr, které se splynuly proti sobě před fúzí.
Astronomové mohli hledat náznaky, že mimozemské civilizace využívají páry černých děr pro cestování s takovým motorem. Například, halo disky by účinně ukradly energii z takových binární systémy černé díry, zvýšení sazeb, s nimiž se páry černých děr sloučí nad to, co by člověk očekával, že uvidí přirozeně, řekl Kipping.
Jeho nálezy byly založeny na zesíleních dvojic černých děr obíhajících navzájem relativistickou rychlostí. Přestože je v Mléčné dráze odhadováno 10 milionů párů černých děr, Kipping poznamenal, že jen málo z těch, kteří pravděpodobně obíhali při relativistických rychlostech po dlouhou dobu, protože by se spojili poměrně rychle.
Přesto poznamenal, že izolované, rotující černé díry mohou také spustit halo jednotky při relativistických rychlostech, „a my už víme o četných příkladech relativistických, spinningových superhmotných černých děr.“
Hlavní nevýhoda halo jízdy by byla v tom, že „člověk musí cestovat do nejbližší černé díry,“ řekl Kipping. "Je to jako platit jednorázový mýtný poplatek za jízdu po dálničním systému. Musíte zaplatit nějakou energii, abyste dosáhli nejbližšího přístupového bodu, ale poté můžete jezdit zdarma tak dlouho, jak budete chtít."
Halogenový pohon pracuje pouze v těsné blízkosti černé díry, ve vzdálenosti asi pět až 50krát větší než je průměr černé díry. „Proto musíte nejdřív cestovat do nejbližší černé díry a [proč] to nemůžete jednoduše udělat po světelných letech vesmíru,“ řekl Kipping. „Nejprve potřebujeme způsob, jak cestovat k blízkým hvězdám a jezdit po dálničním systému.
„Chceme-li dosáhnout relativistického letu, vyžaduje to obrovské hladiny energie bez ohledu na to, jaký pohonný systém používáte,“ dodal. „Jedním ze způsobů, jak to obejít, je použití astronomických objektů jako zdroje energie, protože mají doslova astronomické úrovně energie v nich. V tomto případě je binární díra s černou dírou v podstatě obrovská baterie, která na nás čeká. Cílem je pracovat s přírodou a ne proti ní. “
Kipping nyní zkoumá způsoby, jak pro relativistický let využít jiné astronomické systémy. Takové techniky „nemusí být tak účinné nebo rychlé jako přístup s halo-drive, ale tyto systémy mají hluboké energetické rezervy potřebné pro tyto cesty,“ řekl Kipping.
- Lovci kataklyzmů: Hledejte dvojité černé díry
- Dvojitá kolize černé díry spatřená gravitačními detektory vln
- Laserový pohon: Divoký nápad může konečně zářit
