Ez a vizualizáció két összeolvadó fekete lyukat mutat, amelyek nagy sebessége lendületet adhat a körülöttük lévõ lézerfénynek.
(Kép: © a NASA Goddard űrrepülési központja)
A jövőbeli űrhajók fekete lyukakat használhatnak erős indítópadokként a csillagok felfedezéséhez.
Egy új tanulmány olyan lézersugarak tüzelését tervezi, amelyek egy fekete lyuk körül görbülnek és hozzáadott energiával járnak, hogy elősegítsék az űrhajó közelítését a fénysebességhez. A csillagászok megkereshetik azon jeleket, hogy az idegen civilizációk használnak egy ilyen "halogénhajtást", ahogy a tanulmány ezt másolja -, megnézve, hogy a fekete lyukak párja a vártnál gyakrabban egyesül-e.
A tanulmány szerzője, David Kipping, a New York-i Columbia Egyetem asztrofizikusa felvetette a halo meghajtó gondolatát, amit „játékosok gondolkodásmódjának” hívott.
"Időnként egy számítógépes játékban találsz egy" kizsákmányolást ", amely lehetővé teszi valami túlterheltség megtételét, amelyet egyébként a játék szabályai tiltanának" - mondta Kipping a Space.com-nak. "Ebben az esetben a játék a fizikai világ, és megpróbáltam olyan kihasználásokra gondolkodni, amelyek lehetővé tennék a civilizációk számára, hogy a relativista repülést előre-hátra repüljék a galaxison anélkül, hogy hatalmas energiaköltségeket kellene feltételezni."
A rakétáknak az űrben történő repüléshez történő felhasználásának egyik fő kihívása ez a hajtóanyagot, amelyet magukkal hordnak tömege van. A hosszú utaknak sok hajtóanyagra van szükségük, ami megnehezíti a rakétákat, ami viszont több hajtóanyagot igényel, ami a rakétákat még nehezebbé teszi, és így tovább. Ez a probléma exponenciálisan rosszabbá válik, minél nagyobb a rakéta.
A hajtóanyag szállítása helyett a tüzelő vitorlákkal felszerelt űrhajók lézerekre támaszkodhatnak, hogy kifelé nyomják őket. A 100 millió dollár Áttörés a Starshot kezdeményezés, amelyet 2016-ban jelentettek be, erőteljes lézerek használatával tervezi az űrhajók rajinak az Alpha Centauri felé történő eljuttatását, amely a legközelebbi csillagrendszer a sajátunkhoz, a fénysebesség akár 20 százalékával.
Az űrhajó, amelyet a Breakthrough Starshot elindítani szándékozik, mindegyike csak egy mikrochip méretű. A nagyobb űrhajók relativista sebességre - a fénysebesség jelentős hányadára - történő gyorsítása érdekében Kipping a gravitáció segítségét kereste.
Az űrhajók manapság rendszeresen "csúzli manővereket" alkalmaznak, amelyek során egy test, például egy bolygó vagy hold gravitációja az űrhajókat áthúzza az űrre, és növeli sebességüket. 1963-ban, a híres fizikus, Freeman Dyson azt javasolta, hogy bármilyen méretű űrhajó támaszkodjon mandzsettákra a kompakt párok fehér törpe vagy neutroncsillag körül, hogy relativista sebességgel repülhessenek. (Dyson azzal a gondolattal állt elő, hogy mi lett a Dyson gömb, egy olyan nagyszerkezet, amely egy csillagot körülveszi, hogy az energiának a lehető legnagyobb részét elkapja egy fejlett civilizáció hatalmához.)
A "Dyson csúzli lövés" azonban azzal a kockázattal jár, hogy az űrhajót károsíthatja extrém gravitációs erők és a halott csillagpárok veszélyes sugárzása révén. Ehelyett Kipping azt sugallja, hogy a gravitáció segítheti az űrhajókat, ha növeli a fekete lyukak szélein lőtt lézersugarak energiáját.
A fekete lyukak olyan erősek a gravitációs mezőkkel, hogy semmi sem képes elkerülni őket, ha elég közel kerülnek, még a fény sem. Gravitációs tereik torzíthatják a fény fotonok útját is, amelyek nem esnek a lyukakba.
Mark Stuckey fizikus 1993-ban azt javasolta, hogy egy fekete lyuk elvileg úgy működjön, mint egy "gravitációs tükör", mivel a fekete lyuk gravitációja fényt képes elcsúsztatni egy foton körül, és így visszafordulhat a forrásánál. Kipping kiszámította, hogy ha egy fekete lyuk egy fotonforrás felé mozog, a "bumeráng foton" elfújja a fekete lyuk energiájának egy részét.
A „halo meghajtónak” nevezve - amelyet a fénygyűrűre neveztek, és ez egy fekete lyuk körül alakulna ki - Kipping megállapította, hogy még a Jupiter tömegével rendelkező űrhajók is elérhetik a relativista sebességet. "Egy civilizáció kihasználhatja a fekete lyukakat galaktikus útpontokként" - írta be Egy tanulmány elfogadta a British Interplanetary Society Journal, és részletesen online február 28-án az arXiv preprint kiszolgálón.
Minél gyorsabban mozog egy fekete lyuk, annál több energiát tud felszabadítani egy halo-meghajtó belőle. Mint ilyen, Kipping nagymértékben arra összpontosított, hogy az egyesülés előtt egymás felé spirálisan áttört fekete lyukakat használjunk.
A csillagászok jeleket kereshetnek arra vonatkozóan, hogy az idegen civilizációk fekete lyukakat használnak ki egy ilyen motorral való utazáshoz. Például a halogénhajtók hatékonyan lopják el az energiát az ilyenekből bináris fekete lyuk rendszerek, növelve azt a sebességet, amellyel a fekete lyukak párja meghaladja azt a mértéket, amely természetesen várható lenne, mondta Kipping.
Megállapításai a relatívista sebességgel keringő fekete lyukak párjain alapuló erőfeszítéseken alapultak. Noha becslések szerint 10 millió pár fekete lyuk található a Tejútban, Kipping megjegyezte, hogy néhányan közülük valószínűleg sokáig keringnek a relativista sebességgel, mivel ezek elég gyorsan összeolvadnak.
Ennek ellenére megjegyezte, hogy az izolált, forgó fekete lyukak relativisztikus sebességgel elindíthatják a halogénhajtóműveket, "és máris számos példáról tudunk a relativista, forgó szupermasszív fekete lyukakról".
A halogén meghajtó legnagyobb hátránya, hogy "a legközelebbi fekete lyukba kell utazni" - mondta Kipping. "Ez hasonló az egyszeri autópályadíj fizetéséhez az autópálya-rendszer vezetéséhez. Fizetnie kell némi energiát a legközelebbi hozzáférési pont eléréséhez, de utána ingyen lehet lovagolni, ameddig csak akarja."
A halogénhajtómű csak egy fekete lyuk közvetlen közelében működik, a fekete lyuk átmérőjének körülbelül ötszöröse és 50-szerese közötti távolságban. "Ez az oka annak, hogy előbb a legközelebbi fekete lyukba kell utaznia, és [miért] nem tudja ezt egyszerűen megtenni fényévnyi térben" - mondta Kipping. "Még mindig először szükségünk van egy eszközre a közeli csillagokhoz való utazáshoz, hogy az autópálya rendszert vezessük.
"Ha relativista repülést akarunk elérni, akkor óriási energiaszükséglet szükséges, függetlenül attól, hogy milyen meghajtórendszert használsz" - tette hozzá. "Ennek egyik módja a csillagászati tárgyak használata energiaforrásként, mivel ezek szó szerint rendelkeznek csillagászati energiaszintek bennük. Ebben az esetben a fekete lyukú bináris anyag alapvetően óriási akkumulátor, amely arra vár, hogy megérintsük. Az ötlet az, hogy a természettel dolgozzunk, és ne vele szemben. "
Kipping most megvizsgálja a többi csillagászati rendszernek a relativista repüléshez való kiaknázásának lehetőségeit. Ezek a technikák "lehet, hogy nem annyira hatékonyak vagy gyorsak, mint a halogénmeghajtó megközelítés, de ezeknek a rendszereknek vannak az ezen utazásokhoz szükséges mély energiatartalékok" - mondta Kipping.
- A kataklizma vadászok: Kettős fekete lyukak keresése
- Dupla fekete lyuk ütközés, amelyet gravitációs hullámdetektorok észleltek
- Lézeres meghajtás: A vad ötlet végre ragyoghat
