Denne visualiseringen viser to sammenslåtte sorte hull, hvis store hastighet kan gi et løft for laserlys som svinger rundt dem.
(Bilde: © NASAs Goddard Space Flight Center)
Fremtidige romskip kan bruke sorte hull som kraftige lanseringsputer for å utforske stjernene.
En ny studie ser for seg avfyring av laserstråler som vil krumme seg rundt et svart hull og komme tilbake med ekstra energi for å hjelpe fremdrive et romfartøy til nær lysets hastighet. Astronomer kunne se etter tegn på at fremmede sivilisasjoner bruker en slik "glorie-kjøretur", som studien kaller det, ved å se om par sorte hull slås sammen oftere enn forventet.
Studieforfatter David Kipping, en astrofysiker ved Columbia University i New York, kom på ideen om halo-kjøreturen gjennom det han kaller "gamer's mindset."
"Noen ganger, i et dataspill, finner du en 'utnyttelse', et hack som lar deg gjøre noe overmannet som ellers ville være forbudt etter spillereglene," sa Kipping til Space.com. "I dette tilfellet er spillet den fysiske verdenen, og jeg prøvde å tenke på utnyttelser som ville tillate en sivilisasjon å oppnå relativistisk flytur frem og tilbake over galaksen uten den enorme energikostnaden som man naivt kunne påta seg."
En viktig utfordring med å bruke raketter til å fly gjennom verdensrommet er det drivstoffet de har med seg har masse. Lange turer trenger mye drivmiddel, noe som gjør rakettene tunge, som igjen krever mer drivmiddel, noe som gjør rakettene enda tyngre, og så videre. Dette problemet blir eksponentielt verre jo større raketten blir.
I stedet for å føre drivmiddel for fremdrift, kunne romskip utstyrt med speillignende seil imidlertid stole på lasere for å skyve dem utover. 100 millioner dollar Gjennombrudd Starshot-initiativ, kunngjort i 2016, planlegger å bruke kraftige lasere for å drive svermer av romfartøy til Alpha Centauri, det nærmeste stjernesystemet til vårt eget, med opptil 20 prosent lyshastighet.
Romfartøyet som Breakthrough Starshot tar sikte på å lansere er hver bare på størrelse med en mikrobrikke. For å akselerere større romskip til relativistiske hastigheter - til en betydelig brøkdel av lyshastigheten - søkte Kipping tyngdekraften.
Romskip bruker nå jevnlig "sprettertmanøvrer", der tyngdekraften til et legeme, for eksempel en planet eller måne, kaster fartøyene over verdensrommet og øker hastigheten. I 1963 antydet den berømte fysikeren Freeman Dyson at romskip av en hvilken som helst størrelse kunne stole på sprangmanøvrer rundt kompakte par hvite dverger eller nøytronstjerner for å fly i relativistiske hastigheter. (Dyson kom med forestillingen om det som ble kjent som en Dyson sfære, en megastruktur som innkapsler en stjerne for å fange opp så mye av sin energi som mulig for å drive en avansert sivilisasjon.)
Imidlertid risikerer en "Dyson sprettert" å skade et romfartøy gjennom ekstreme gravitasjonskrefter og farlig stråling fra de par døde stjernene. I stedet antyder Kipping at tyngdekraften kan hjelpe romskip ved å øke energien fra laserstråler avfyrt i kantene av sorte hull.
Svarte hull har gravitasjonsfelt så kraftige at ingenting kan unnslippe dem når den først er nær nok, ikke engang lys. Gravitasjonsfeltene deres kan også forvrenge banene til fotoner av lys som ikke faller i hullene.
I 1993 antydet fysiker Mark Stuckey at et svart hull i prinsippet kunne fungere som et "gravitasjonsspeil", i og med at tyngdekrafts tyngdekraft kunne slynge et foton rundt slik at det fløy tilbake ved kilden. Kipping beregnet at hvis et svart hull beveget seg mot en fotons kilde, ville "boomerang-fotonet" sifon bort noe av det sorte hullets energi.
Ved å bruke det han kalte en "glorie-stasjon" - oppkalt etter ringen av lys som det ville skape rundt et svart hull - fant Kipping at selv romskip med massen av Jupiter kunne oppnå relativistiske hastigheter. "En sivilisasjon kunne utnytte sorte hull som galaktiske veipunkter," skrev han i en studie godkjent av Journal of the British Interplanetary Society og detaljert 28. februar på arXiv preprint-server.
Jo raskere et svart hull beveger seg, jo mer energi kan en halo-stasjon trekke fra det. Som sådan fokuserte Kipping stort sett på å bruke par sorte hull som spiralerer mot hverandre før en fusjon.
Astronomer kunne se etter tegn på at fremmede sivilisasjoner utnytter par sorte hull for å reise med en slik motor. For eksempel vil glorie-stasjoner effektivt stjele energi fra slike binære svart hullsystemerog økte hastighetene som par sorte hull smelter sammen over hva man forventer å se naturlig, sa Kipping.
Hans funn var basert på boost fra par sorte hull som kretser rundt hverandre i relativistisk hastighet. Selv om det er anslagsvis 10 millioner par sorte hull i Melkeveien, bemerket Kipping at få av de som sannsynligvis går i bane med relativistiske hastigheter lenge, siden de ville slå seg sammen ganske raskt.
Likevel bemerket han at isolerte, snurrende sorte hull også kunne starte halo-drev i relativistiske hastigheter, "og vi kjenner allerede til mange eksempler på relativistiske, spinnende supermassive sorte hull."
Den største ulempen med en halo-stasjon ville være at "man må reise til nærmeste sorte hull," sa Kipping. "Det tilsvarer å betale engangsavgift for å sykle på motorveisystemet. Du må betale litt energi for å komme til nærmeste tilgangspunkt, men etter det kan du sykle gratis så lenge du vil."
Halo-stasjonen fungerer bare i nærheten av et svart hull, i en avstand på omtrent fem til 50 ganger svart hullets diameter. "Dette er grunnen til at du først må reise til det nærmeste sorte hullet, og [hvorfor du] ikke bare kan gjøre dette på tvers av lysår," sa Kipping. "Vi krever fremdeles først et middel til å reise til stjerner i nærheten for å sykle på motorveisystemet.
"Hvis vi ønsker å oppnå relativistisk flyging, tar det enorme energinivå uansett hvilket fremdriftssystem du bruker," la han til. "En måte å komme seg rundt på dette er å bruke astronomiske objekter som kraftkilde, siden de bokstavelig talt har astronomiske nivåer av energi i dem. I dette tilfellet er svart-hulls binær egentlig et gigantisk batteri som venter på at vi skal tappe den. Tanken er å jobbe med naturen og ikke mot den. "
Kipping undersøker nå måter å utnytte andre astronomiske systemer for relativistisk flukt. Slike teknikker "er kanskje ikke så effektive eller raske som halo-drive-tilnærmingen, men disse systemene har de dype energireservene som trengs for disse reiser," sa Kipping.
- The Cataclysm Hunters: Search for Double Black Holes
- Dobbelt svart hullkollisjon oppdaget av gravitasjonsbølgedetektorer
- Laser fremdrift: Wild Idea May End Shine
