Эта визуализация показывает две сливающиеся черные дыры, чья большая скорость могла бы усилить колебание лазерного света вокруг них.
(Изображение: © Центр космических полетов имени Годдарда НАСА)
Будущие космические корабли могут использовать черные дыры в качестве мощных стартовых площадок для исследования звезд.
Новое исследование предусматривает запуск лазерных лучей, которые будут изгибаться вокруг черной дыры и возвращаться с добавленной энергией, чтобы помочь космическому кораблю приблизиться к скорости света. Астрономы могли бы искать признаки того, что инопланетные цивилизации используют такой «гало-драйв», как его называет исследование, чтобы увидеть, сливаются ли пары черных дыр чаще, чем ожидалось.
Автор исследования Дэвид Киппинг, астрофизик из Колумбийского университета в Нью-Йорке, выдвинул идею о гало-драйве через то, что он называет «мышлением игрока».
«Иногда в компьютерной игре вы обнаруживаете« эксплойт », хак, который позволяет вам сделать что-то сверхнормативное, что в противном случае было бы запрещено правилами игры», - сказал Киппинг Space.com. «В данном случае игра - это физический мир, и я попытался подумать о подвигах, которые позволили бы цивилизации совершить релятивистский перелет через всю галактику туда-сюда без огромных затрат энергии, которые можно наивно предполагать».
Основная проблема использования ракет для полета в космосе заключается в том, топливо они несут с собой имеет массу. В дальних поездках требуется много топлива, что делает ракеты тяжелыми, что, в свою очередь, требует большего количества топлива, делает ракеты еще тяжелее и так далее. Эта проблема экспоненциально ухудшается с увеличением ракеты.
Однако вместо того, чтобы нести пропеллент для приведения в движение, космический корабль, оборудованный зеркальными парусами, мог рассчитывать на то, что лазеры вытолкнут их наружу. 100 миллионов долларов Инициатива прорыв СтаршотВ 2016 году было объявлено о планах использовать мощные лазеры для продвижения скоплений космических кораблей к Альфа Центавре, ближайшей к нам звездной системе, со скоростью света до 20 процентов.
Каждый космический корабль, который стремится запустить «Звездный выстрел», имеет размер всего лишь микрочип. Чтобы разогнать большие космические корабли до релятивистских скоростей - до значительной доли скорости света - Киппинг искал помощи гравитации.
Космические корабли теперь регулярно используют «маневры с рогаткой», при которых сила тяжести тела, такого как планета или луна, швыряет суда в космос и повышает их скорость. В 1963 году знаменитый физик Фриман Дайсон предположил, что космические корабли любого размера могут полагаться на маневры с рогаткой вокруг компактных пар белых карликов или нейтронных звезд для полета на релятивистских скоростях. (Дайсон придумал понятие того, что стало известно как Сфера Дайсонамегаструктура, которая заключает в себе звезду, чтобы захватить как можно больше ее энергии для развития развитой цивилизации.)
Тем не менее, «рогатка Дайсона» рискует повредить космический корабль экстремальными гравитационными силами и опасным излучением от этих пар мертвых звезд. Вместо этого Киппинг предполагает, что гравитация может помочь космическим кораблям, увеличивая энергию лазерных лучей, испускаемых по краям черных дыр.
Черные дыры обладают гравитационными полями, настолько мощными, что ничто не может ускользнуть от них, когда они подойдут достаточно близко, даже свет. Их гравитационные поля также могут искажать пути фотонов света, которые не попадают в отверстия.
В 1993 году физик Марк Стакей предположил, что черная дыра, в принципе, может действовать как «гравитационное зеркало», поскольку гравитация черной дыры может выстрелить фотоном вокруг, чтобы она полетела обратно к своему источнику. Киппинг подсчитал, что если бы черная дыра двигалась к источнику фотона, «фотон бумеранга» откачивал бы часть энергии черной дыры.
Используя то, что он назвал «гало-драйв», названный так по имени кольца света, которое он будет создавать вокруг черной дыры, Киппинг обнаружил, что даже космические корабли с массой Юпитера могут достигать релятивистских скоростей. «Цивилизация может использовать черные дыры как галактические путевые точки», - писал он в учиться Принята Журналом Британского межпланетного общества и детализирована онлайн 28 февраля на сервере препринтов arXiv.
Чем быстрее движется черная дыра, тем больше энергии может извлечь из нее гало-драйв. Таким образом, Киппинг в основном сфокусировался на использовании пар черных дыр, сливающихся друг с другом перед слиянием.
Астрономы могут искать признаки того, что инопланетные цивилизации используют пары черных дыр для путешествий с таким двигателем. Например, гало-диски эффективно украдут энергию у таких бинарные системы черных дырПо словам Кипинга, увеличение скорости слияния пар чёрных дыр выше того, что можно было бы ожидать естественным образом.
Его выводы были основаны на импульсах от пар черных дыр, вращающихся вокруг друг друга на релятивистских скоростях. Хотя в Млечном Пути насчитывается около 10 миллионов пар чёрных дыр, Киппинг отметил, что немногие из тех, кто, вероятно, вращаются на релятивистских скоростях в течение длительного времени, так как они слились бы довольно быстро.
Тем не менее он отметил, что изолированные вращающиеся черные дыры могут также запускать гало-двигатели на релятивистских скоростях, «и мы уже знаем о многочисленных примерах релятивистских вращающихся сверхмассивных черных дыр».
Главный недостаток гало-драйва заключается в том, что «нужно ехать до ближайшей черной дыры», сказал Киппинг. «Это похоже на единовременную плату за проезд по системе шоссе. Вы должны заплатить немного энергии, чтобы добраться до ближайшей точки доступа, но после этого вы можете ездить бесплатно столько, сколько захотите».
Привод гало работает только в непосредственной близости от черной дыры, на расстоянии примерно в пять-50 раз превышающем диаметр черной дыры. «Вот почему вы должны сначала отправиться в ближайшую черную дыру, и [почему вы] не можете просто сделать это через световые годы пространства», - сказал Киппинг. «Сначала мы нуждаемся в средствах, чтобы добраться до ближайших звезд, чтобы проехать по системе шоссе.
«Если мы хотим достичь релятивистского полета, требуются огромные энергетические уровни, независимо от того, какую двигательную установку вы используете», - добавил он. «Один из способов обойти это - использовать астрономические объекты в качестве источника энергии, поскольку они обладают буквально астрономические уровни энергии внутри них. В этом случае бинарная черная дыра - это, по сути, гигантская батарея, ожидающая, когда мы ее коснемся. Идея в том, чтобы работать с природой, а не против нее ».
Киппинг сейчас исследует способы использования других астрономических систем для релятивистского полета. Такие методы "могут быть не такими эффективными или быстрыми, как подход с гало-драйвом, но эти системы обладают глубокими энергетическими запасами, необходимыми для этих путешествий", сказал Киппинг.
- Охотники за катаклизмами: поиск двойных черных дыр
- Двойное столкновение с черной дырой, обнаруженное детекторами гравитационных волн
- Лазерное движение: дикая идея, наконец, может сиять
