Ideen om en dag å reise til et annet stjernesystem og se hva som er der, har vært den livlige drømmen til mennesker lenge før de første rakettene og astronautene ble sendt til verdensrommet. Men til tross for all fremgang vi har gjort siden begynnelsen av romalderen, forblir interstellare reiser nettopp det - en feber drøm. Mens teoretiske konsepter er blitt foreslått, forblir spørsmålene om kostnader, reisetid og drivstoff svært problematiske.
Mange forhåpninger henger for tiden på bruk av rettet energi og lysseil for å presse ørsmå romskip til relativistiske hastigheter. Men hva om det var en måte å gjøre større romskip raskt nok til å gjennomføre interstellare reiser? I følge prof. David Kipping - lederen for Columbia Universitys Cool Worlds laboratorium - kunne fremtidens romfartøy stole på en Halo Drive, som bruker gravitasjonskraften til et svart hull for å oppnå utrolige hastigheter.
Professor Kipping beskrev dette konseptet i en fersk studie som dukket opp på nettet (forhåndstrykket er også tilgjengelig på nettstedet Cool Worlds). I den adresserte Kipping de største utfordringene som romutforskningen ga, som er den store mengden tid og energi det vil ta å sende et romfartøy på et oppdrag for å utforske utover vårt solsystem.
Som Kipping fortalte Space Magazine via e-post:
“Interstellare reiser er en av de mest utfordrende tekniske bragdene vi kan tenke oss. Selv om vi kan se for oss å drive mellom stjernene over millioner av år - som er legitimt interstellar reise - for å oppnå reiser på tidsskalaer i århundrer eller mindre, krever relativistisk fremdrift. "
Som Kipping sa det, er relativistisk fremdrift (eller akselererer til en brøkdel av lysets hastighet) veldig dyrt med tanke på energi. Eksisterende romfartøy har rett og slett ikke drivstoffkapasiteten for å kunne komme opp i den slags hastigheter, og det mangler detonering av nukes for å generere skyvekraft - à la Project Orion (video over) - eller bygge en fusion ramjet - à la Project Daedalus - det er ikke mange alternativer tilgjengelig.
De siste årene har oppmerksomheten flyttet seg mot ideen om å bruke lyssegler og nanokraft for å utføre interstellare oppdrag. Et kjent eksempel på dette er Gjennombrudd Starshot, et initiativ som tar sikte på å sende et romfartøy i smarttelefonstørrelse til Alpha Centauri i løpet av vår levetid. Ved å bruke en kraftig lasergruppe, ville lysseilet akselereres til hastigheter på opptil 20% av lysets hastighet - og dermed ta turen på 20 år.
"Men selv her snakker du om flere terra-joules energi for det mest minimalistiske (en grammasse) romfartøy som kan tenkes," sa Kipping. "Det er den kumulative energiproduksjonen fra kjernekraftverk som kjører i flere uker på slutten (som vi forresten ikke har noen måte å lagre så mye energi på heller)! Så dette er grunnen til at det er vanskelig. "
Til dette foreslår Kipping en modifisert versjon av det som er kjent som “Dyson Slingshot”, en ide ble foreslått av æret teoretisk fysiker Freeman Dyson (tankene bak Dyson Sphere). I boka fra 1963, Interstellar kommunikasjon (Kapittel 12: “Gravitasjonsmaskiner”) beskrev Dyson hvordan romskip kunne slynge seg rundt kompakte binære stjerner for å få et betydelig løft i hastigheten.
Som Dyson beskrev det, et skip som ville bli sendt til et kompakt binært system (to nøytronstjerner som går i bane rundt hverandre) hvor det ville utføre en gravitasjonsassistent manøvre. Dette vil bestå av at romskipet tar opp hastigheten fra binærens intense tyngdekraft - og tilfører tilsvarer det dobbelte av rotasjonshastigheten til dets eget - før det kastes ut av systemet.
Mens utsiktene til å utnytte denne typen energi for fremdriftens skyld var svært teoretisk på Dysons tid (og er det fortsatt), tilbød Dyson to grunner til at "gravitasjonsmaskiner" var verdt å utforske:
For det første, hvis arten vår fortsetter å utvide sin befolkning og sin teknologi i eksponentiell hastighet, kan det komme en tid i den fjerne fremtid der ingeniørarbeid i astronomisk målestokk kan være mulig og nødvendig. For det andre, hvis vi søker etter tegn på teknologisk avansert liv som allerede finnes andre steder i universet, er det nyttig å vurdere hva slags observerbare fenomener en virkelig avansert teknologi kan være i stand til å produsere. ”
Kort fortalt er gravitasjonsmaskiner verdt å studere i tilfelle de blir mulige en dag, og fordi denne studien kan tillate oss å oppdage mulige utenomjordiske intelligenser (ETI) gjennom teknosignaturene slike maskiner vil skape. Ved å utvide dette vurderer Kipping hvordan sorte hull - spesielt de som finnes i binære par - kan utgjøre enda kraftigere tyngdekraver.
Dette forslaget er delvis basert på den nylige suksessen til Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), som har plukket flere gravitasjonsbølgesignaler siden den første ble oppdaget i 2016. I følge nylige estimater basert på disse påvisningene, kan det være så mange som 100 millioner sorte hull bare i Melkeveien.
Der binarer forekommer, besitter de utrolig mye rotasjonsenergi, som er resultatet av spinnet og måten de raskt går i bane rundt hverandre. I tillegg, som Kipping notater, kan sorte hull også fungere som et gravitasjonsspeil - der fotoner rettet mot kanten av hendelseshorisonten vil bøye seg rundt og komme rett tilbake ved kilden. Som Kipping sa:
”Så det binære sorte hullet er virkelig et par gigantiske speil som sirkler rundt hverandre med potensielt høy hastighet. Halo-stasjonen utnytter dette ved å sprette fotoner fra “speilet” når speilet nærmer seg deg, fotonene spretter tilbake, skyver deg videre, men også stjeler noe av energien fra selve det sorte hullet binær (tenk på hvordan en ping pong ball kastet mot en bevegelig vegg ville komme raskere tilbake). Ved å bruke dette oppsettet kan man høste den binære sorte hullenergien for fremdrift. "
Denne fremdriftsmetoden gir flere åpenbare fordeler. For det første gir brukerne potensialet til å reise i relativistiske hastigheter uten behov for drivstoff, som for tiden utgjør hoveddelen av massen til et utskytningsbil. Det er også de mange, mange sorte hullene som finnes over Melkeveien, som kan fungere som et nettverk for relativistisk romfart.
Dessuten har forskere allerede vært vitne til kraften i gravitasjonssprøytebildet takket være oppdagelsen av hyperhastighetsstjerner. I følge forskning fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) er disse stjernene et resultat av galaktiske sammenslåinger og interaksjon med massive sorte hull, noe som får dem til å bli sparket ut av galakene med en tidel til en tredjedel av hastigheten lys - ~ 30.000 til 100.000 km / s (18.600 til 62.000 mps).
Men selvfølgelig kommer konseptet med utallige utfordringer og mer enn noen få ulemper. I tillegg til å bygge romfartøy som vil være i stand til å bli kastet rundt begivenhetshorisonten til et svart hull, er det også den enorme mengden presisjon som trengs - ellers kan skipet og mannskapet (hvis det har en) ende opp med å bli trukket fra hverandre i maw av det sorte hullet. På toppen av det er det bare å nå en:
“[T] han har en stor ulempe for oss ved at vi først må komme til et av disse svarte hullene. Jeg har en tendens til å tenke på det som et interstellært motorveisystem - du må betale en engangsavgift for å komme deg på motorveien, men når du først er ute, kan du sykle over galaksen så mye du vil uten å bruke mer drivstoff. "
Utfordringen om hvordan menneskeheten kan komme til å nå det nærmeste passende sorte hullet vil være gjenstand for Kips neste papir, antydet han. Og selv om en idé som denne er omtrent så fjern for oss som å bygge en Dyson Sphere eller bruke sorte hull til å drive styreskip, tilbyr den noen ganske spennende muligheter for fremtiden.
Kort sagt, begrepet en tyngdekraftsmaskin med svart hull gir menneskeheten en sannsynlig vei til å bli en interstellar art. I mellomtiden vil studien av konseptet gi SETI-forskere en annen mulig teknosignatur å se etter. Så inntil dagen kommer når vi kan prøve noe slikt ut selv, vil vi kunne se om noen andre arter allerede har tatt en kniv for det og fått det til å fungere!
