See visualiseerimine näitab kahte ühendavat musta auku, mille suur kiirus võiks anda tõuke nende ümber tiirlevale laservalgusele.
(Pilt: © NASA Goddardi kosmoselennukeskus)
Tulevased kosmoselaevad võiksid tähtede uurimiseks kasutada mustaid auke võimsate stardipadjadena.
Uues uuringus nähakse ette laserkiirte tulistamist, mis kõverduvad ümber musta augu ja tulevad tagasi lisaenergiaga, mis aitab kosmoselaeva valguse kiirusele lähemale viia. Astronoomid võiksid otsida märke, et tulnukate tsivilisatsioonid kasutavad sellist "halo-ajami", nagu uuring seda dubleerib, nähes, kas mustade aukude paarid ühinevad oodatust sagedamini.
New Yorgi Columbia ülikooli astrofüüsik, uuringu autor David Kipping tuli välja halojuhtimise idee kaudu, mida ta nimetab "mänguri mõttemaailmaks".
"Mõnikord leiate arvutimängust" ärakasutamise "häkkeri, mis võimaldab teil teha midagi üle jõu käivat, mis muidu oleks mängureeglitega keelatud," rääkis Kipping Space.com-ile. "Sel juhul on mäng füüsiline maailm ja proovisin mõelda ekspluateerimisele, mis võimaldaks tsivilisatsioonil saavutada relativistlik lend galaktikas edasi-tagasi ilma suurte energiakuludeta, mida võib naiivselt eeldada."
Kosmose kaudu lendamiseks rakettide kasutamise peamine väljakutse on see raketikütust, mida nad endaga kaasas kannavad on mass. Pikad reisid vajavad palju raketikütust, mis teeb raketid raskeks, mis omakorda nõuab rohkem raketikütust, muutes raketid veelgi raskemaks jne. Mida suurem on rakett, seda probleem muutub eksponentsiaalselt hullemaks.
Raketikütuse kandmise asemel võiksid peeglitaoliste purjedega varustatud kosmoseaparaadid nende väljapoole tõukamiseks tugineda aga laseritele. 100 miljonit dollarit Läbimurre Starshoti algatus, mis kuulutati välja 2016. aastal, kavatseb kasutada võimsaid lasereid kosmoselaevade sülemite liikumiseks Alfa Centaurisse, mis on meie omadele kõige lähemal olev tähesüsteem, valguse kiirusel kuni 20 protsenti.
Kosmoseaparaat, mille Breakthrough Starshot kavatseb käivitada, on igaüks ainult mikrokiibi suuruses. Suuremate kosmoselaevade kiirendamiseks relativistlikele kiirustele - märkimisväärse osa valguse kiirusest - otsis Kipping gravitatsiooni abi.
Kosmoseaparaadid kasutavad nüüd regulaarselt "piltide manöövreid", mille käigus keha, näiteks planeedi või kuu, gravitatsioon heidab laevadele kosmose ja suurendab nende kiirust. 1963. aastal tegi kuulus füüsik Freeman Dyson ettepaneku, et mis tahes suurusega kosmoselaevad võiksid relativistliku kiirusega lennata uste manöövritel kompaktsete valgete kääbuste või neutronitähtede paari ümber. (Dyson jõudis mõttele, mis sai a Dysoni sfäär, megastruktuur, mis ümbritseb tähte, et hõivata arenenud tsivilisatsiooni jõudmiseks võimalikult palju oma energiat.)
Kuid "Dysoni pildiga" on oht kahjustada kosmoseaparaati nende surnud tähtede paari äärmuslike gravitatsioonijõudude ja ohtliku kiirguse kaudu. Selle asemel soovitab Kipping, et gravitatsioon võib aidata kosmoselaevu, suurendades mustade aukude servadesse laskuvate laserkiirte energiat.
Mustade aukude gravitatsiooniväljad on nii võimsad, et miski neist ei pääse, kui see piisavalt lähedale jõuab, isegi mitte valgus. Nende gravitatsiooniväljad võivad moonutada ka valguse footonite radu, mis ei kuulu aukudesse.
1993. aastal pakkus füüsik Mark Stuckey, et must auk võiks põhimõtteliselt toimida nagu "gravitatsiooniline peegel", kuna musta augu raskusjõud võiks fotoni ümber pildistada, nii et see lendaks tagasi oma lähtekohta. Kipping arvutas, et kui must auk liigub footoni allika poole, siis "bumerangi footon" sifoonib osa musta augu energiast ära.
Kasutades seda, mida ta nimetas "halo ajamiks" - mida nimetatakse valguse rõngaks, mille see tekitaks musta augu ümber - leidis Kipping, et isegi Jupiteri massiga kosmoselaevad võivad saavutada relativistliku kiiruse. "Tsivilisatsioon võiks galaktiliste teekonnapunktidena kasutada mustaid auke," kirjutas ta uuring aktsepteeritud Briti Interplanetary Society Journalis ja üksikasjalikult veebis 28. veebruaril arXivi eelprintimise serveris.
Mida kiiremini must auk liigub, seda rohkem energiat võiks haloajam sellest ammutada. Sellisena keskendus Kipping enne ühinemist suuresti üksteise poole spiraalselt liikuvate mustade aukude paaride kasutamisele.
Astronoomid võiksid otsida märke, et tulnukate tsivilisatsioonid kasutavad sellise mootoriga reisimiseks mustade aukude paare. Näiteks varastavad halogeenmehhanismid tõhusalt energiat binaarsed musta augu süsteemid, suurendades mustade aukude paari suuremat kiirust, kui loomulikult näha võiks, ütles Kipping.
Tema leiud põhinesid mustade aukude paaril, mis tiirlevad üksteise ümber relativistliku kiirusega. Ehkki Linnutees on hinnanguliselt 10 miljonit paari mustaid auke, märkis Kipping, et vähesed neist, kes tiirlevad pikka aega relativistliku kiirusega, kuna need sulanduvad üsna kiiresti.
Sellegipoolest märkis ta, et isoleeritud keerlevad mustad augud võivad käivitada halorežiime ka relativistlikul kiirusel "ja me teame juba arvukalt näiteid relativistlikest, keerlevatest supermassiivsetest mustadest aukudest".
Halo ajami suur puudus oleks see, et "tuleb sõita lähimasse musta auku", ütles Kipping. "See sarnaneb ühekordse teemaksu maksmisega maanteesüsteemi sõitmiseks. Lähimasse pääsupunkti jõudmiseks peate maksma natuke energiat, kuid pärast seda saate tasuta sõita nii kaua kui soovite."
Haloajam töötab ainult musta augu vahetus läheduses, umbes viis kuni 50 korda suurema läbimõõduga kui must auk. "Seetõttu peate kõigepealt sõitma lähimasse musta auku ja [miks] ei saa te seda teha vaid valgusaastate jooksul," ütles Kipping. "Esmalt vajame maanteede süsteemiga sõitmiseks vahendeid lähedal asuvate tähtede juurde sõitmiseks.
"Kui tahame saavutada relativistlikku lendu, võtab see tohutult energiatasemeid, olenemata sellest, millist tõukejõusüsteemi kasutate," lisas ta. "Üks viis sellest pääseda on kasutada oma energiaallikana astronoomilisi objekte, kuna need omavad sõna otseses mõttes astronoomilised energiatasandid nende sees. Sel juhul on musta auguga binaar sisuliselt hiiglaslik aku, mis ootab, et saaksime seda koputada. Idee on töötada loodusega ja mitte selle vastu. "
Kipping uurib nüüd võimalusi muude astronoomiliste süsteemide kasutamiseks relativistliku lennu jaoks. Sellised tehnikad "ei pruugi olla nii tõhusad ega kiired kui halo-ajamiga lähenemine, kuid nendel süsteemidel on nendeks sõitudeks vajalikud sügavad energiavarud", ütles Kipping.
- Kataklüsmi jahimehed: kahekordsete mustade aukude otsimine
- Topelt musta augu kokkupõrge, mida täheldavad gravitatsioonilise laine detektorid
- Laserjõud: metsik idee võib lõpuks särada
