Šajā vizualizācijā parādīti divi saplūstoši melnie caurumi, kuru lielais ātrums varētu dot stimulu lāzera gaismai, kas šūpojas ap tiem.
(Attēls: © NASA Goddard kosmisko lidojumu centrs)
Nākotnes kosmosa kuģi varētu izmantot melnos caurumus kā jaudīgus palaišanas spilventiņus, lai izpētītu zvaigznes.
Jauns pētījums paredz izšaut lāzera starus, kas izliektos ap melno caurumu un atgrieztos ar pievienoto enerģiju, lai palīdzētu kosmosa kuģim virzīties tuvu gaismas ātrumam. Astronomi varētu meklēt pazīmes, ka svešās civilizācijas izmanto šādu “halo piedziņu”, jo pētījums to dublē, redzot, vai melno caurumu pāri saplūst biežāk, nekā paredzēts.
Pētījuma autors Deivids Ķipings, Ņujorkas Kolumbijas universitātes astrofiziķis, nāca klajā ar ideju par halo piedziņu caur to, ko viņš sauc par “spēlētāja domāšanas veidu”.
"Dažreiz datorspēlē jūs atradīsit" izmantot "hackers, kas ļauj jums izdarīt kaut ko pārāk spēcīgu, kas pretējā gadījumā būtu aizliegts ar spēles noteikumiem," Kipping stāstīja Space.com. "Šajā gadījumā spēle ir fiziskā pasaule, un es centos domāt par ekspluatāciju, kas ļautu civilizācijai sasniegt relativistisku lidojumu turp un atpakaļ pa galaktiku bez milzīgiem enerģijas izdevumiem, ko varētu naivi uzņemties."
Galvenais izaicinājums raķešu izmantošanai lidojumā caur kosmosu ir tas propelentu, ko viņi pārvadā sev līdzi ir masa. Gariem braucieniem ir nepieciešams daudz propelenta, kas padara raķetes smagas, kas savukārt prasa vairāk propelenta, padarot raķetes vēl smagākas utt. Šī problēma kļūst eksponenciāli sliktāka, jo lielāka kļūst raķete.
Tā vietā, lai nēsātu propelentu vilces darbībai, kosmosa kuģis, kas aprīkots ar spogulim līdzīgām burām, varētu paļauties uz lāzeriem, lai tos izstumtu uz āru. 100 miljoni USD Izrāviena Starshot iniciatīva, kas paziņots 2016. gadā, plāno izmantot jaudīgus lāzerus, lai padziļinātu kosmosa kuģu sprādzienus līdz Alpha Centauri, kas ir tuvākā zvaigžņu sistēma mums pašiem, ar gaismas ātrumu līdz 20 procentiem.
Katrs kosmosa kuģis, kuru paredzēts izlaist Breakthrough Starshot, ir tikai mikročipa izmērs. Lai paātrinātu lielākus kosmosa kuģus līdz relativistiskiem ātrumiem - līdz ievērojamai gaismas ātruma daļai - Ķipings meklēja gravitācijas palīdzību.
Kosmosa kuģis tagad regulāri izmanto "katapulta manevrus", kuros ķermeņa, piemēram, planētas vai mēness, smagums met kuģus pāri kosmosam un palielina to ātrumu. 1963. gadā slavenais fiziķis Freeman Dyson ierosināja, ka jebkura lieluma kosmosa kuģi varētu paļauties uz manevriem manevriem ap kompaktajiem balto punduru vai neitronu zvaigžņu pāriem, lai lidotu ar relativistisku ātrumu. (Deisons nāca klajā ar priekšstatu par to, kas kļuva pazīstams kā Dyson sfēra, megastruktūra, kas iekapsulē zvaigzni, lai pēc iespējas vairāk enerģijas patērētu progresīvas civilizācijas darbināšanai.)
Tomēr "Dyson katapulta" rada risku sabojāt kosmosa kuģi ar ārkārtēju gravitācijas spēku un bīstama starojuma palīdzību no šiem mirušo zvaigžņu pāriem. Tā vietā Ķipings norāda, ka gravitācija varētu palīdzēt kosmosa kuģiem, palielinot lāzera staru enerģiju, kas izšauta melno caurumu malās.
Melnajiem caurumiem ir tik spēcīgs gravitācijas lauks, ka nekas nevar no tiem izbēgt, tiklīdz tas būs pietiekami tuvu, pat nav gaismas. Viņu gravitācijas lauki var arī izkropļot gaismas fotonu ceļus, kas neietilpst caurumos.
1993. gadā fiziķis Marks Stuckey ierosināja, ka melnais caurums principā varētu darboties kā “gravitācijas spogulis”, jo melnā cauruma smagums varētu fotonam paņemt apkārt, lai tas lidotu atpakaļ pie tā avota. Ķipings aprēķināja, ka, ja melnais caurums virzās uz fotona avotu, "bumeranga fotons" izskalos daļu no melnā cauruma enerģijas.
Izmantojot to, ko viņš sauca par “halo piedziņu” - nosauktu par gaismas gredzenu, kuru tas radītu ap melno caurumu - Ķipings atklāja, ka pat kosmosa kuģi ar Jupitera masu var sasniegt relativistiskus ātrumus. "Civilizācija varētu izmantot melnos caurumus kā galaktiskos ceļa punktus," viņš rakstīja mācības pieņemts Lielbritānijas Starpplanētu biedrības žurnālā un detalizēti tiešsaistē 28. februārī arXiv pirmsdrukas serverī.
Jo ātrāk pārvietojas melnais caurums, jo vairāk enerģijas no tā varētu smelties halo piedziņa. Kā tāds Ķipings galvenokārt koncentrējās uz melno caurumu pāru izmantošanu, kas pirms apvienošanās spirālveida viens pret otru.
Astronomi varētu meklēt pazīmes, ka svešas civilizācijas izmanto melno caurumu pārus ceļošanai ar šādu motoru. Piemēram, halogo piedziņa efektīvi nozagtu enerģiju no tiem bināro melno caurumu sistēmas, palielinot ātrumu, kādā melno caurumu pāri saplūst virs tā, ko varētu sagaidīt dabiski, sacīja Ķipings.
Viņa atradumu pamatā bija stimuli no melno caurumu pāriem, kas riņķo viens otram ap relativistisku ātrumu. Lai arī Piena ceļā ir aptuveni 10 miljoni melno caurumu pāru, Ķipings atzīmēja, ka tikai nedaudzi no tiem, kuri, iespējams, ilgi orbītēs ar relativistisku ātrumu, jo tie saplūdīs diezgan ātri.
Tomēr viņš atzīmēja, ka izolēti, vērpjoši melnie caurumi var arī palaist halo piedziņas ar relativistisku ātrumu, "un mēs jau zinām daudzus relativistisku, vērpjošu supermasīvu melno caurumu piemērus".
Halo piedziņas galvenais trūkums būtu tāds, ka "jābrauc līdz tuvākajam melnajam caurumam", sacīja Ķipings. "Tas ir līdzīgi kā vienreizējas nodevas samaksa, lai brauktu pa šosejas sistēmu. Lai sasniegtu tuvāko piekļuves punktu, jums ir jāmaksā nedaudz enerģijas, taču pēc tam jūs varat braukt bez maksas tik ilgi, cik vēlaties."
Halo piedziņa darbojas tikai melnā cauruma tuvumā, apmēram piecas līdz 50 reizes pārsniedzot melnā cauruma diametru. "Tas ir iemesls, kāpēc jums vispirms jābrauc uz tuvāko melno caurumu, un [kāpēc] jūs to nevarat vienkārši izdarīt gaismas gadu telpā," sacīja Ķipings. "Mums joprojām vispirms ir nepieciešami līdzekļi, lai ceļotu uz tuvējām zvaigznēm, lai brauktu pa šosejas sistēmu.
"Ja mēs vēlamies sasniegt relativistisku lidojumu, tas prasa milzīgu enerģijas līmeni neatkarīgi no tā, kādu vilces sistēmu jūs izmantojat," viņš piebilda. "Viens veids, kā apiet šo situāciju, ir astronomiski objekti kā enerģijas avots, jo tiem piemīt burtiski enerģijas astronomiskie līmeņi viņos. Šajā gadījumā melnā cauruma binārais materiāls būtībā ir milzu akumulators, kas gaida, kad mēs tam piesitīsim. Ideja ir strādāt ar dabu, nevis pret to. "
Ķipings tagad pēta citas astronomiskās sistēmas izmantošanas iespējas relativistiskam lidojumam. Šādas metodes "var nebūt tik efektīvas vai ātras kā halo-piedziņas pieeja, taču šīm sistēmām ir dziļas enerģijas rezerves, kas vajadzīgas šiem braucieniem," sacīja Ķipings.
- Kataklizmu mednieki: meklējiet melnus dubultos caurumus
- Divkārša melnu caurumu sadursme, ko pamanījuši gravitācijas viļņu detektori
- Lāzera piedziņa: savvaļas ideja var beidzot mirdzēt
