Ідея одного дня подорожувати іншою зірковою системою і побачити, що там, була лютою мрією людей задовго до того, як перші ракети та космонавти відправили у космос. Але, незважаючи на весь прогрес, який ми досягли з початку космічної ери, міжзоряні подорожі залишаються саме цим - жаркою мрією. Хоча теоретичні концепції були запропоновані, питання вартості, часу подорожі та палива залишаються дуже проблематичними.
Зараз багато сподівань покладаються на використання спрямованої енергії та ліхтарів, щоб підштовхнути крихітні космічні апарати до релятивістських швидкостей. Але що робити, якщо існував спосіб зробити великі космічні апарати досить швидкими для проведення міжзоряних плавань? За словами професора Девіда Кіппінга - керівника лабораторії прохолодних світів Колумбійського університету - майбутні космічні апарати можуть розраховувати на Halo Drive, який використовує гравітаційну силу чорної діри для досягнення неймовірних швидкостей.
Професор Кіппінг описав цю концепцію в недавньому дослідженні, яке з’явилося в Інтернеті (препринт також розміщений на веб-сайті Cool Worlds). У ньому Кіппінг вирішив найбільші виклики, що виникають при дослідженні космосу, - це велика кількість часу та енергії, яка знадобиться для відправлення космічного корабля на місію для дослідження за межами нашої Сонячної системи.
Як Кіппінг розповів Space Magazine електронною поштою:
«Міжзоряні подорожі - це один із найскладніших технічних подвигів, який ми можемо уявити. Хоча ми можемо передбачити заплив між зірками протягом мільйонів років - що є законно міжзоряним подорожею - для досягнення подорожей у вікові часи або менше потрібен релятивістський рух ».
Як сказав Кіппінг, релятивістський рух (або прискорення до частки швидкості світла) є дуже дорогим з точки зору енергії. Існуючі космічні апарати просто не мають паливної ємності для того, щоб можна було досягти таких швидкостей, і не вистачало детонуючих ядер, щоб створити тягу - à la Project Orion (відео вище) - або створити реактивний реактивний реактор - à la Проект Daedalus - варіантів не так багато.
В останні роки увага перейшла до ідеї використання світлових вітрил та наноматеріалів для проведення міжзоряних місій. Добре відомий приклад цього Прорив Starshot, ініціатива, спрямована на те, щоб протягом нашого життя направити космічний апарат розміром смартфона в Альфа Центаври. Використовуючи потужний лазерний масив, ліхтарик буде прискорений до швидкості до 20% від швидкості світла - таким чином зробивши подорож за 20 років.
"Але навіть тут ви говорите про декілька тера-джоулів енергії для самого мінімалістичного (грам-масового) космічного корабля, який можна уявити", - сказав Кіппінг. "Це сукупний енерговипуск атомних електростанцій, що працюють протягом тижнів (що, до речі, ми також не можемо зберігати стільки енергії)! Тому це важко. "
З цією метою Кіппінг пропонує модифіковану версію того, що відомо як "рогатка Дайсона", ідею запропонував шановний фізик-теоретик Фріман Дайсон (розум, що стоїть за сферою Дайсона). У книзі 1963 р. Міжзоряні комунікації (Глава 12: "Гравітаційні машини"), Дайсон описав, як космічний корабель міг бити рогатку навколо компактних бінарних зірок, щоб отримати значне збільшення швидкості.
Як Дайсон описав це, корабель, який буде відправлений до компактної бінарної системи (дві нейтронні зірки, які обертаються навколо однієї), де він буде виконувати маневр, що сприяє гравітації. Це полягало б у тому, що космічний корабель набирав швидкість від інтенсивної сили тяжіння бінарних даних - додаючи еквівалент удвічі більше швидкості обертання до власної - перед викидом із системи.
Хоча перспектива використання цього виду енергії для рушія була дуже теоретичною в часи Дайсона (і досі є), Дайсон запропонував дві причини, чому «гравітаційні машини» варто вивчити:
"По-перше, якщо наш вид продовжить розширювати свою популяцію та свою технологію експоненціальною швидкістю, може наступити час у віддаленому майбутньому, коли інженерія в астрономічному масштабі може бути і можливою, і необхідною. По-друге, якщо ми шукаємо ознаки технологічно розвиненого життя, які вже існують у інших місцях Всесвіту, корисно буде подумати, які спостережувані явища може бути здатна створити справді передова технологія ».
Коротше кажучи, гравітаційні машини варто вивчити, якщо вони стануть можливими колись, і тому, що це дослідження могло б дати нам можливість виявити можливі позаземні інтелекту (ЕТІ) за допомогою техносигнатур, які такі машини створили б. Розширюючи це, Кіппінг розглядає, як чорні діри - особливо ті, які зустрічаються у двійкових парах - могли скласти ще більш потужні гравітаційні рогатки.
Ця пропозиція частково ґрунтується на недавньому успіху Лазерного інтерферометра гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO), який підбирав сигнали гравітаційних хвиль з моменту першої виявлення в 2016 році. За останніми оцінками, що базуються на цих виявленнях, це може бути як цілих 100 мільйонів чорних дір лише в галактиці Чумацький Шлях.
Там, де трапляються бінарні файли, вони володіють неймовірною кількістю обертової енергії, що є результатом їх спіну та того, як вони швидко обходять один одного. Крім того, як зазначає Кіппінг, чорні діри також можуть діяти як гравітаційне дзеркало - там, де фотони, спрямовані на край горизонту події, будуть згинатися навколо та повертатись прямо біля джерела. Як сказав Кіппінг:
«Отже, бінарна чорна діра - це справді пара гігантських дзеркал, що кружляють навколо один одного з потенційно великою швидкістю. Привід ореолу використовує це, відскакуючи фотони від "дзеркала", коли дзеркало наближається до вас, фотони відскакують назад, штовхають вас, але також викрадають частину енергії у самої бінарної чорної діри (подумайте, як кинуто кулю для пінг-понгу проти рухомої стіни повертався б швидше). Використовуючи цю установку, можна накопичити енергію бінарної чорної діри для приводу в рух ”.
Цей спосіб приведення в рух пропонує кілька очевидних переваг. Для початківців він пропонує користувачам можливість подорожувати з релятивістською швидкістю без потреби в паливі, на що в даний час припадає більшість маси ракетного автомобіля. Існує також чимало, багато чорних дір, що існують через Чумацький Шлях, які можуть виступати як мережа для релятивістських космічних подорожей.
Більше того, вчені вже засвідчили силу гравітаційного рогатки завдяки відкриттю зірок з високою швидкістю. Згідно з дослідженнями Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (CfA), ці зірки є результатом галактичних злиттів та взаємодії з масивними чорними дірами, через що їх виганяють зі своїх галактик на десятій третині швидкості світла - ~ 30 000 до 100 000 км / с (18 600 до 62 000 м / с).
Але, звичайно, концепція постає з незліченними проблемами та більш ніж кількома недоліками. Окрім створення космічного корабля, який би міг би бути обкинутим навколо горизонту події чорної діри, існує також величезна кількість необхідної точності - інакше корабель та екіпаж (якщо у нього є) можуть у кінцевому підсумку розірватися в пасу чорної діри. Крім того, просто дійти до цього:
"[T] він має величезний недолік для нас тим, що ми повинні спочатку дістатися до однієї з цих чорних дір. Я схильний вважати це як міжзоряну систему шосе - вам доведеться одноразово сплачувати плату, щоб потрапити на шосе, але як тільки ви зможете їздити по галактиці скільки завгодно, не витрачаючи більше пального ».
Проблема того, як людство може досягти найближчої чорної діри, стане предметом наступного документу Кіппінга. І хоча така ідея є настільки ж віддаленою від нас, як побудова Дайсонової сфери або використання чорних дір для живлення зоряних кораблів, вона пропонує деякі цікаві можливості для майбутнього.
Коротше кажучи, концепція гравітаційної машини з чорною дірою представляє людству правдоподібний шлях до становлення міжзоряного виду. Тим часом вивчення цієї концепції дасть дослідникам SETI ще одну можливу техносигнатуру, яку слід шукати. Отже, поки не настане день, коли ми можемо спробувати щось подібне для себе, ми зможемо побачити, чи ще який-небудь вид уже вбив його і не змусив його працювати!
