Pomysł jednego dnia podróży do innego systemu gwiezdnego i zobaczenia, co tam jest, był gorącym marzeniem ludzi na długo przed wysłaniem pierwszych rakiet i astronautów w kosmos. Ale pomimo wszystkich postępów, jakie poczyniliśmy od początku Ery Kosmicznej, podróże międzygwiezdne pozostają po prostu - gorącym marzeniem. Chociaż zaproponowano koncepcje teoretyczne, kwestie kosztów, czasu podróży i paliwa pozostają wysoce problematyczne.
Wiele nadziei zależy obecnie od wykorzystania ukierunkowanej energii i żagli świetlnych do popychania małych statków kosmicznych do relatywistycznych prędkości. Ale co by było, gdyby istniał sposób na uczynienie większych statków kosmicznych wystarczająco szybkimi, aby prowadzić podróże międzygwiezdne? Według prof. Davida Kippinga, lidera laboratorium Cool Worlds Uniwersytetu Columbia, przyszły statek kosmiczny mógłby polegać na Halo Drive, który wykorzystuje siłę grawitacji czarnej dziury do osiągnięcia niesamowitych prędkości.
Prof. Kipping opisał tę koncepcję w niedawnym badaniu, które pojawiło się w Internecie (preprint jest również dostępny na stronie Cool Worlds). W nim Kipping zajął się największymi wyzwaniami, jakie wiążą się z eksploracją kosmosu, czyli ilością czasu i energii potrzebną do wysłania statku kosmicznego na misję eksploracji poza Układem Słonecznym.
Jak Kipping powiedział Space Magazine e-mailem:
„Podróże międzygwiezdne to jedno z najtrudniejszych osiągnięć technicznych, jakie możemy sobie wyobrazić. Chociaż możemy sobie wyobrazić dryfowanie między gwiazdami przez miliony lat - co jest słusznie podróżą międzygwiezdną - aby odbywać podróże w skali wiekowej lub mniejszej, wymaga relatywistycznego napędu. ”
Jak to ujął Kipping, relatywistyczny napęd (lub przyspieszenie do ułamka prędkości światła) jest bardzo kosztowny pod względem energii. Istniejący statek kosmiczny po prostu nie ma pojemności paliwowej, aby móc osiągnąć takie prędkości, i brakuje mu detonujących nuklearnych generatorów ciągu - à la Project Orion (wideo powyżej) - lub budowania fuzji strumieniowej - à la Projekt Daedalus - nie ma wielu dostępnych opcji.
W ostatnich latach uwaga skupiła się na idei wykorzystania żagli świetlnych i nanokraftów do prowadzenia misji międzygwiezdnych. Dobrze znanym tego przykładem jest Przełom Starshot, inicjatywa, której celem jest wysłanie statku kosmicznego wielkości smartfona do Alpha Centauri w ciągu naszego życia. Za pomocą potężnego układu laserowego żagiel świetlny zostałby przyspieszony do prędkości do 20% prędkości światła - w ten sposób podróż odbyłaby się za 20 lat.
„Ale nawet tutaj mówimy o kilku terra-dżulach energii dla najbardziej minimalistycznego statku kosmicznego (o masie gramowej)” - powiedział Kipping. „To jest łączna produkcja energii z elektrowni jądrowych działających przez wiele tygodni (które, nawiasem mówiąc, nie mamy możliwości magazynowania tak dużej ilości energii)! Dlatego to jest trudne ”.
W tym celu Kipping sugeruje zmodyfikowaną wersję tak zwanego „proca Dysona”, czcigodny fizyk teoretyczny Freeman Dyson (umysł stojący za Kulą Dysona). W książce z 1963 r. Komunikacja międzygwiezdna (Rozdział 12: „Maszyny grawitacyjne”), Dyson opisał, w jaki sposób statek kosmiczny może procywać wokół zwartych gwiazd podwójnych, aby uzyskać znaczny wzrost prędkości.
Jak to opisał Dyson, statek, który zostałby wysłany do zwartego układu podwójnego (dwie gwiazdy neutronowe, które krążą wokół siebie), gdzie wykonałby manewr wspomagany grawitacją. Polegałoby to na tym, że statek kosmiczny nabiera prędkości z intensywnej grawitacji binarnego - dodając równowartość dwukrotności swojej prędkości obrotowej do własnego - zanim zostanie wyrzucony z układu.
Chociaż perspektywa wykorzystania tego rodzaju energii w celu napędzania była wysoce teoretyczna w czasach Dysona (i nadal jest), Dyson przedstawił dwa powody, dla których „maszyny grawitacyjne” były warte zbadania:
„Po pierwsze, jeśli nasz gatunek będzie stale powiększał swoją populację i technologię w wykładniczym tempie, może nadejść czas w odległej przyszłości, w którym inżynieria w skali astronomicznej może być zarówno wykonalna, jak i konieczna. Po drugie, jeśli szukamy oznak zaawansowanego technologicznie życia już istniejącego gdzie indziej we wszechświecie, warto zastanowić się, jakie obserwowalne zjawiska mogłaby wywołać naprawdę zaawansowana technologia. ”
Krótko mówiąc, maszyny grawitacyjne są warte studiowania na wypadek, gdyby któregoś dnia stały się one możliwe, a ponieważ badanie to mogłoby pozwolić nam na wykrycie możliwej inteligencji pozaziemskiej (ETI) poprzez technologie, które stworzyłyby takie maszyny. Rozwijając to, Kipping zastanawia się, w jaki sposób czarne dziury - szczególnie te znalezione w parach binarnych - mogą stanowić jeszcze silniejsze procesy grawitacyjne.
Ta propozycja jest częściowo oparta na ostatnim sukcesie Laserowego Interferometru Obserwatorium Fali Grawitacyjnej (LIGO), które wykryło wiele sygnałów fal grawitacyjnych od pierwszego wykrycia w 2016 r. Według najnowszych szacunków opartych na tych wykryciach, może być tak nawet 100 milionów czarnych dziur w samej galaktyce Drogi Mlecznej.
Tam, gdzie występują binarne, posiadają one niesamowitą ilość energii obrotowej, która jest wynikiem ich obrotu i sposobu, w jaki szybko się krążą. Ponadto, jak zauważa Kipping, czarne dziury mogą również działać jak lustro grawitacyjne - gdzie fotony skierowane na krawędź horyzontu zdarzeń zginają się i wracają prosto do źródła. Jak ujął to Kipping:
„Tak więc podwójna czarna dziura to tak naprawdę kilka gigantycznych zwierciadeł krążących wokół siebie z potencjalnie dużą prędkością. Napęd halo wykorzystuje to, odbijając fotony od „lustra”, gdy lustro się do ciebie zbliża, fotony odbijają się, popychając cię, ale także kradną część energii z samego układu podwójnej czarnej dziury (pomyśl o tym, jak rzucona piłka ping pongowa na ruchomą ścianę wracałby szybciej). Korzystając z tego zestawu, można zbierać energię podwójnej czarnej dziury do napędu. ”
Ta metoda napędu ma kilka oczywistych zalet. Na początek oferuje użytkownikom możliwość podróżowania z relatywistycznymi prędkościami bez konieczności używania paliwa, co obecnie stanowi większość masy pojazdu startowego. Istnieje również wiele, wiele czarnych dziur, które istnieją w Drodze Mlecznej, które mogłyby działać jako sieć relatywistycznych podróży kosmicznych.
Co więcej, naukowcy byli już świadkami mocy procy grawitacyjnej dzięki odkryciu gwiazd o wysokiej prędkości. Według badań Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), gwiazdy te są wynikiem połączeń galaktycznych i interakcji z masywnymi czarnymi dziurami, co powoduje, że są one wyrzucane z galaktyk z szybkością od jednej dziesiątej do jednej trzeciej prędkości światła - ~ 30 000 do 100 000 km / s (18 600 do 62 000 mps).
Ale oczywiście koncepcja ta wiąże się z niezliczonymi wyzwaniami i wieloma wadami. Oprócz budowy statku kosmicznego, który byłby w stanie rzucić się wokół horyzontu zdarzeń czarnej dziury, potrzebna jest również ogromna precyzja - w przeciwnym razie statek i załoga (jeśli ma taką) mogą zostać rozerwani w paśmie czarnej dziury. Do tego dochodzi prosta kwestia:
„[T] on ma dla nas ogromną wadę, ponieważ musimy najpierw dotrzeć do jednej z tych czarnych dziur. Myślę o tym jak o systemie międzygwiezdnych autostrad - musisz zapłacić jednorazową opłatę, aby dostać się na autostradę, ale kiedy już będziesz w stanie, możesz jechać przez galaktykę tyle, ile chcesz, nie zużywając więcej paliwa. ”
Wskazał, że wyzwanie, w jaki sposób ludzkość może dotrzeć do najbliższej odpowiedniej czarnej dziury, będzie przedmiotem następnego artykułu Kippinga. I chociaż taki pomysł jest dla nas tak odległy, jak budowanie Sfery Dysona lub używanie czarnych dziur do zasilania statków kosmicznych, oferuje on całkiem ekscytujące możliwości na przyszłość.
Krótko mówiąc, koncepcja maszyny grawitacyjnej z czarnymi dziurami przedstawia ludzkości prawdopodobną drogę do stania się gatunkiem międzygwiezdnym. W międzyczasie badanie tej koncepcji zapewni badaczom SETI kolejną możliwą technologię do podpisania. Tak więc, dopóki nie nadejdzie dzień, w którym sami moglibyśmy wypróbować coś takiego, będziemy mogli sprawdzić, czy jakikolwiek inny gatunek już go dźgnął i sprawił, że zadziałał!
