Tämä visualisointi osoittaa kaksi sulautuvaa mustaa reikää, joiden suuri nopeus voisi tarjota vauhdin niiden ympärille heiluttavalle laservalolle.
(Kuva: © NASA: n Goddard-avaruuslentokeskus)
Tulevat avaruusalukset voisivat käyttää mustia reikiä voimakkaina laukaisutasoina tähtiä tutkiessa.
Uudessa tutkimuksessa suunnitellaan ampuvan lasersäteitä, jotka kaareutuvat mustan aukon ympärille ja saavat takaisin lisättyä energiaa auttamaan avaruusalusta kuljettamaan lähellä valonopeutta. Tähtitieteilijät voisivat etsiä merkkejä siitä, että muukalaiset sivilisaatiot käyttävät sellaista "halo-asemaa", kuten tutkimus kopioi sen, katsomalla sulautuvatko mustien reikien parit odotettua useammin.
Tutkimuksen kirjoittaja David Kipping, astrofysiologi Columbian yliopistosta New Yorkissa, keksi ajatuksen halo-ajamisesta sen kautta, mitä hän kutsuu "pelaajan ajattelutapaksi".
"Joskus tietokonepelissä löydät" hyväksikäytön "hakkeroinnin, jonka avulla voit tehdä jotain ylivoimaista, jonka muuten pelisäännöt kieltäisivät", Kipping kertoi Space.com: lle. "Tässä tapauksessa peli on fyysinen maailma, ja yritin miettiä hyväksikäytöksiä, jotka sallisivat sivilisaation saavuttamaan relativistisen lennon edestakaisin galaksin läpi ilman valtavia energiakustannuksia, joita naiivisti voidaan olettaa."
Keskeinen haaste rakettien käyttämisessä avaruuden läpi on se ponneaine, jota he kantavat mukanaan on massa. Pitkät matkat tarvitsevat paljon ponneainetta, mikä tekee raketista raskaan, mikä puolestaan vaatii lisää ponneainetta, mikä tekee raketista vieläkin raskaamman jne. Tämä ongelma pahenee eksponentiaalisesti, mitä suurempi rakettia tulee.
Sen sijaan, että kuljettaisi ponneainetta työntövoimaksi, peilimaisilla purjeilla varustetut avaruusalukset voisivat luottaa lasereihin työntääkseen niitä ulospäin. 100 miljoonaa dollaria Läpimurto Starshot-aloite, joka julkistettiin vuonna 2016, aikoo käyttää voimakkaita lasereita ajoalusten parvien kuljettamiseen Alpha Centauriin, joka on lähinnä meidän oma tähtijärjestelmä, jopa 20 prosenttia valon nopeudella.
Avaruusalus, jonka Breakthrough Starshot aikoo käynnistää, ovat kukin vain mikrosirun kokoisia. Kiihdyttämään suurempia avaruusaluksia relativistisiin nopeuksiin - huomattavaan osaan valonopeutta - Kipping haki painovoiman apua.
Avaruusalukset käyttävät nyt säännöllisesti "rintakuvatoimenpiteitä", joissa ruumiin, kuten planeetan tai kuun, painovoima heittää aluksia avaruuden poikki ja lisää niiden nopeutta. Vuonna 1963 kuuluisa fyysikko Freeman Dyson ehdotti, että minkä tahansa kokoiset avaruusalukset voisivat luottaa rintakuvatoimenpiteisiin valkoisten kääpiöiden tai neutronitähteiden pienten parien ympärillä lentääkseen relativistisella nopeudella. (Dyson keksi käsityksen siitä, mikä tunnetaan nimellä Dyson-pallo, megarakenne, joka kapseloi tähden vangitsemaan niin paljon energiaa kuin mahdollista edistyneelle sivilisaatiolle.
"Dyson-rintakuva" on kuitenkin vaarassa vahingoittaa avaruusalusta äärimmäisten painovoimien ja näiden kuolleiden tähtiparien aiheuttaman vaarallisen säteilyn kautta. Sen sijaan Kipping ehdottaa, että painovoima voisi auttaa avaruusaluksia lisäämällä mustien reikien reunoihin säteilytettyjen lasersäteiden energiaa.
Mustilla reikillä on niin voimakkaita gravitaatiokenttiä, että mikään ei pääse niistä pakoon, kun se tulee riittävän lähelle, edes valoa. Niiden painovoimakentät voivat myös vääristää valon fotonien polkuja, jotka eivät putoa reikiin.
Fyysikko Mark Stuckey ehdotti vuonna 1993, että musta reikä voisi periaatteessa toimia kuin "painovoimapeili" siinä mielessä, että mustan aukon painovoima voisi pilkata fotonin ympäri, jotta se lensi takaisin lähteelleen. Kipping laski, että jos musta aukko olisi siirtymässä kohti fotonilähdettä, "bumerangin fotoni" siphonisi osan mustan aukon energiasta.
Käyttämällä sitä, mitä hän kutsui "halo-asemaksi" - nimeltään valorenkaalle, joka se tekisi mustan aukon ympärille - Kipping havaitsi, että jopa avaruusalukset Jupiterin massalla voisivat saavuttaa relativistisen nopeuden. "Sivilisaatio voisi hyödyntää mustia reikiä galaktisin reittipisteinä", hän kirjoitti tutkimus hyväksytty British Interplanetary Society -lehden julkaisussa ja yksityiskohtaisesti verkossa 28. helmikuuta arXiv-esipainatuspalvelimella.
Mitä nopeammin musta reikä liikkuu, sitä enemmän energiaa halogeneraattori voi käyttää siitä. Sinänsä Kipping keskittyi suurelta osin käyttämään toisiaan kohti kierrettyjä mustia reikiä paria ennen sulautumista.
Tähtitieteilijät voisivat etsiä merkkejä siitä, että muukalaiset sivilisaatiot käyttävät mustia reikiä pareihin matkustaakseen sellaisella moottorilla. Esimerkiksi halogeenikäytöt varastaisivat tehokkaasti energiaa sellaisista binaariset musta aukko -järjestelmät, lisäämällä nopeuksia, joilla mustien reikien parit sulautuvat enemmän kuin mitä luonnollisesti odotetaan näkevän, Kipping sanoi.
Hänen löytönsä perustuivat vahvistuksiin, jotka saatiin mustien reikien parista, jotka kiertävät toisiaan relativistisella nopeudella. Vaikka Linnunradalla on arviolta 10 miljoonaa paria mustia reikiä, Kipping totesi, että harvat niistä, jotka todennäköisesti kiertävät pitkään relativistisella nopeudella, koska ne sulautuvat melko nopeasti.
Silti hän totesi, että eristetyt, pyörivät mustat aukot voivat myös käynnistää halogenoidut taajuusmuuttajat relativistisella nopeudella ", ja" me tiedämme jo lukuisia esimerkkejä relativistisista, kehruvista supermassiivisista mustista reikistä ".
Halo-aseman suurin haitta olisi, että "on matkustettava lähimpään mustaan reikään", Kipping sanoi. "Se on samanlainen kuin kertamaksun maksaminen moottoritiejärjestelmän ajamiseen. Sinun on maksettava vähän energiaa päästäksesi lähimpään tukiasemaan, mutta sen jälkeen voit ajaa ilmaiseksi niin kauan kuin haluat."
Halo-asema toimii vain lähellä mustaa reikää, etäisyydellä noin viisi - 50 kertaa mustan aukon halkaisija. "Siksi sinun on ensin matkustettava lähimpään mustaan aukkoon, ja [miksi] et voi yksinkertaisesti tehdä tätä valoajoiden avaruudessa", Kipping sanoi. "Edellytämme silti ensin keinoa matkustaa lähistöllä oleviin tähtiin moottoritiejärjestelmän ajamiseksi.
"Jos haluamme saavuttaa relativistisen lennon, se vie valtavan energian tason riippumatta siitä, mitä käyttövoimajärjestelmää käytät", hän lisäsi. "Yksi tapa kiertää tämä on käyttää tähtitieteellisiä esineitä virtalähteenä, koska niitä on kirjaimellisesti tähtitieteelliset energian tasot heidän sisälläan. Tässä tapauksessa mustan aukon binääri on pohjimmiltaan jättiläinen akku, joka odottaa meitä napauttamaan sitä. Ideana on työskennellä luonnon kanssa eikä sitä vastaan. "
Kipping tutkii nyt tapoja hyödyntää muita tähtitieteellisiä järjestelmiä relativistiselle lennolle. Tällaiset tekniikat "eivät ehkä ole aivan yhtä tehokkaita tai nopeita kuin halo-drive-lähestymistapa, mutta näillä järjestelmillä on näihin matkoihin tarvittavat syvät energiavarat", Kipping sanoi.
- Cataclysm Hunters: Etsi kaksinkertaiset mustat reiät
- Kaksinkertainen mustan reiän törmäys, jonka havaitsivat painovoima-aaltoilmaisimet
- Laservoima: Villi idea voi lopulta paistaa
