Denne visualisering viser to fusionerende sorte huller, hvis store hastighed kan give et boost til laserlys, der svinger rundt omkring dem.
(Billede: © NASA's Goddard Space Flight Center)
Fremtidige rumskibe kunne bruge sorte huller som kraftfulde startpuder til at udforske stjernerne.
En ny undersøgelse forestiller fyring af laserstråler, der ville krumme sig rundt om et sort hul og komme tilbage med tilføjet energi til at hjælpe med at fremdrive et rumfartøj til nær lysets hastighed. Astronomer kunne se efter tegn på, at fremmede civilisationer bruger et sådant "halo-drev", som undersøgelsen dækker det ved at se, om par sorte huller smelter sammen oftere end forventet.
Studieforfatter David Kipping, en astrofysiker ved Columbia University i New York, kom med idéen om halo-drevet gennem det, han kalder "spillerens tankegang."
"Nogle gange i et computerspil finder du en 'udnyttelse', et hak, der giver dig mulighed for at gøre noget overmægtet, som ellers ville være forbudt efter spillereglerne," fortalte Kipping til Space.com. "I dette tilfælde er spillet den fysiske verden, og jeg forsøgte at tænke over udnyttelser, der ville give en civilisation mulighed for at opnå relativistisk flyvning frem og tilbage over galaksen uden den enorme energiforbrug, som man naivt kunne påtage sig."
En vigtig udfordring til at bruge raketter til at flyve gennem rummet er det drivmidlet, de har med sig har masse. Lange ture har brug for meget drivmiddel, hvilket gør raketterne tunge, hvilket igen kræver mere drivmiddel, hvilket gør raketterne endnu tyngre og så videre. Dette problem bliver eksponentielt værre, jo større raketten bliver.
I stedet for at bære drivmiddel til fremdrift, kunne rumfartøjer udstyret med spejllignende sejl dog stole på lasere for at skubbe dem udad. $ 100 millioner Gennembrud Starshot-initiativ, der blev annonceret i 2016, planlægger at bruge kraftfulde lasere til at drive sværme af rumfartøjer til Alpha Centauri, det nærmeste stjernesystem til vores eget, med op til 20 procent lysets hastighed.
Rumfartøjet, som Breakthrough Starshot sigter mod at lancere, handler hver især om størrelsen på en mikrochip. For at fremskynde større rumskibe til relativistiske hastigheder - til en betydelig del af lyshastigheden - søgte Kipping hjælp fra tyngdekraften.
Rumfartøjer bruger nu regelmæssigt "slangeskudsområder", hvor et legems tyngdekraft, såsom en planet eller en måne, kaster fartøjerne hen over rummet og øger deres hastighed. I 1963 foreslog den berømte fysiker Freeman Dyson, at rumskibe af en hvilken som helst given størrelse kunne stole på slangeskudsområder rundt om kompakte par hvide dværge eller neutronstjerner for at flyve i relativistiske hastigheder. (Dyson kom med tanken om, hvad der blev kendt som en Dyson sfære, en megastruktur, der indkapsler en stjerne til at fange så meget af sin energi som muligt til at drive en avanceret civilisation.)
Imidlertid risikerer et "Dyson-slangebillede" at ødelægge et rumfartøj gennem ekstreme tyngdekræfter og farlig stråling fra disse par af døde stjerner. I stedet antyder Kipping, at tyngdekraften kan hjælpe rumskibe ved at øge energien fra laserstråler, der fyres i kanterne af sorte huller.
Sorte huller har tyngdefelter så kraftige, at intet kan undslippe dem, når det først er tæt nok, ikke engang lys. Deres gravitationsfelter kan også fordreje stierne for fotoner af lys, der ikke falder ned i hullerne.
I 1993 foreslog fysiker Mark Stuckey, at et sort hul i princippet kunne fungere som et "gravitationsspejl", idet det sorte huls tyngdekraft kunne slynge en foton rundt, så det fløj tilbage ved dens kilde. Kipping beregnet, at hvis et sort hul bevægede sig mod en fotons kilde, ville "boomerang-fotonen" forsvinde noget af det sorte huls energi.
Ved hjælp af det, han kaldte et "halo-drev" - opkaldt efter lysringen, det ville skabe omkring et sort hul - fandt Kipping, at selv rumskibe med massen af Jupiter kunne opnå relativistiske hastigheder. ”En civilisation kunne udnytte sorte huller som galaktiske vejpunkter,” skrev han i et studie accepteret af Journal of the British Interplanetary Society og detaljeret online 28. februar i arXiv-fortryksserveren.
Jo hurtigere et sort hul bevæger sig, jo mere energi kan et halo-drev trække ud af det. Som sådan fokuserede Kipping stort set på at bruge par sorte huller, der spiraler mod hinanden inden en fusion.
Astronomer kunne se efter tegn på, at fremmede civilisationer udnytter par sorte huller til rejser med en sådan motor. F.eks. Ville halo-drev effektivt stjæle energi fra sådan binære sorte hulsystemer, hvilket øger de hastigheder, hvormed par sorte huller smelter sammen over, hvad man ville forvente at se naturligt, sagde Kipping.
Hans fund var baseret på boost fra par sorte huller, der kredsede om hinanden i relativistiske hastigheder. Selvom der er anslået 10 millioner par sorte huller i Mælkevejen, bemærkede Kipping, at få af dem, der sandsynligvis kredsede i relativistiske hastigheder i lang tid, da de ville smelte relativt hurtigt.
Stadig bemærkede han, at isolerede, drejende sorte huller også kunne starte halo-drev i relativistiske hastigheder, "og vi kender allerede til adskillige eksempler på relativistiske, roterende supermassive sorte huller."
Den største ulempe ved en halo-drev ville være, at "man skal rejse til det nærmeste sorte hul," sagde Kipping. "Det svarer til at betale et engangsgebyr for at køre på motorvejsystemet. Du skal betale lidt energi for at nå det nærmeste adgangspunkt, men efter det kan du ride gratis, så længe du vil."
Halo-drevet fungerer kun i nærheden af et sort hul i en afstand af ca. fem til 50 gange det sorte huls diameter. "Dette er grunden til, at du først skal rejse til det nærmeste sorte hul, og [hvorfor du] ikke bare kan gøre dette på tværs af lysår," sagde Kipping. ”Vi har stadig først brug for et middel til at rejse til stjerner i nærheden for at køre på motorvejsystemet.
"Hvis vi ønsker at opnå relativistisk flyvning, kræver det enorme energiniveau uanset hvilket fremdrivningssystem du bruger," tilføjede han. ”En måde at komme omkring på dette er at bruge astronomiske objekter som din strømkilde, da de besidder bogstaveligt talt astronomiske niveauer af energi inden i dem. I dette tilfælde er den sorte hul binære i det væsentlige et kæmpe batteri, der venter på, at vi tapper den. Tanken er at arbejde med naturen og ikke imod den. "
Kipping undersøger nu måder at udnytte andre astronomiske systemer til relativistisk flugt. Sådanne teknikker "er måske ikke lige så effektive eller hurtige som halo-drev-tilgangen, men disse systemer besidder de dybe energireserver, der er nødvendige til disse rejser," sagde Kipping.
- Cataclysm Hunters: Søg efter dobbelt sorte huller
- Dobbelt sort hulkollision opdaget af gravitationsbølgedetektorer
- Laser fremdrift: Vilde idé kan endelig skinne
