Halo Drive: Лазерите и черните дупки биха могли да изстрелват космически кораби до близка скорост

Тази визуализация показва две сливащи се черни дупки, чиято голяма скорост може да осигури тласък на лазерната светлина, която се люлее около тях.

Тази визуализация показва две сливащи се черни дупки, чиято голяма скорост може да осигури тласък на лазерната светлина, която се люлее около тях. (Кредит на изображението: Центърът за космически полети на Годард на НАСА)



Бъдещите космически кораби биха могли да използват черни дупки като мощни стартови площадки за изследване на звездите.

Ново проучване предвижда изстрелване на лазерни лъчи, които ще се извиват около черна дупка и ще се върнат с допълнителна енергия, за да помогнат на космическия кораб да достигне скоростта на светлината. Астрономите биха могли да търсят признаци, че извънземните цивилизации използват такова „ореолно движение“, както го описва изследването, като видят дали двойки черни дупки се сливат по -често от очакваното.

Авторът на изследването Дейвид Кипинг, астрофизик от Колумбийския университет в Ню Йорк, излезе с идеята за ореола през това, което той нарича „мисленето на геймърите“.



Свързани: Видения на Междузвездното звездно пътуване (Галерия)

„Понякога в компютърна игра откривате„ експлоатация “, хак, който ви позволява да направите нещо пресилено, което иначе би било забранено от правилата на играта,“ каза Кипинг пред demokratija.eu. 'В този случай играта е физическият свят и аз се опитах да мисля за подвизи, които биха позволили на една цивилизация да постигне релативистки полет напред -назад през галактиката без огромните енергийни разходи, които човек може наивно да предположи.'

Основно предизвикателство за използването на ракети за полет през космоса е това горивото, което носят със себе си има маса. Дългите пътувания се нуждаят от много гориво, което прави ракетите тежки, което от своя страна изисква повече гориво, което прави ракетите още по -тежки и т.н. Този проблем се влошава експоненциално, колкото по -голяма става ракетата.



Вместо да носят гориво за задвижване, обаче, космическите кораби, оборудвани с огледални платна, могат да разчитат на лазери, които да ги изтласкат навън. 100 милиона долара Пробивна инициатива Starshot , обявен през 2016 г., планира да използва мощни лазери за задвижване на рояци космически кораби към Алфа Кентавър, най -близката звездна система до нашата, със скорост до 20 процента от скоростта на светлината.

Космическият кораб, който Breakthrough Starshot има за цел да изстреля, е само с размерите на микрочип. За да ускори по -големите космически кораби до относителни скорости - до значителна част от скоростта на светлината - Kipping потърси помощта на гравитацията.

Космическите кораби сега редовно използват „прашки с маневри“, при които гравитацията на тяло, като планета или луна, хвърля корабите в космоса и увеличава скоростта им. През 1963 г. известният физик Фрийман Дайсън предположи, че космическите кораби с всякакъв размер могат да разчитат на маневри с прашка около компактни двойки бели джуджета или неутронни звезди, за да летят с относителна скорост. (Дайсън излезе с идеята за това, което стана известно като сфера на Дайсън, мегаструктура, която капсулира звезда, за да улови възможно най -много от енергията си, за да захрани напреднала цивилизация.)



„Прашка на Дайсън“ обаче рискува да повреди космически кораб чрез екстремни гравитационни сили и опасна радиация от тези двойки мъртви звезди. Вместо това Кипинг предполага, че гравитацията може да помогне на космическите кораби, като увеличи енергията на лазерните лъчи, изстреляни по краищата на черните дупки.

Черните дупки притежават толкова силни гравитационни полета, че нищо не може да им избяга, щом се приближи достатъчно, дори светлината. Гравитационните им полета също могат да изкривят пътищата на фотоните на светлината, които не попадат в дупките.

През 1993 г. физикът Марк Стъки предположи, че черна дупка по принцип може да действа като „гравитационно огледало“, тъй като гравитацията на черната дупка може да хвърли фотон наоколо, така че да отлети обратно към източника си. Кипинг изчислява, че ако черна дупка се движи към източника на фотон, „фотонът с бумеранг“ ще изсмуче част от енергията на черната дупка.

Свързани: No Escape: Гмурнете се в черна дупка (инфографика)

Използвайки това, което той нарече „ореол задвижване“ - кръстен на пръстена от светлина, който би създал около черна дупка - Кипинг установи, че дори космическите кораби с масата на Юпитер могат да постигнат относителни скорости. „Цивилизацията може да използва черните дупки като галактически точки“, пише той изследване приет от списанието на Британското междупланетно общество и подробно онлайн на 28 февруари в сървъра за предпечат на arXiv.

Колкото по -бързо се движи черна дупка, толкова повече енергия може да извлече от нея ореол. Като такъв, Kipping до голяма степен се фокусира върху използването на двойки черни дупки, спирално насочени една към друга преди сливане.

Астрономите биха могли да търсят признаци, че извънземните цивилизации експлоатират двойки черни дупки за пътуване с такъв двигател. Например, хало задвижванията ефективно биха откраднали енергия от такива двоични системи с черни дупки , увеличавайки скоростта, с която двойките черни дупки се сливат над това, което човек би очаквал да види естествено, каза Кипинг.

Неговите открития се основават на тласъци от двойки черни дупки, които обикалят един около друг с относителна скорост. Въпреки че в Млечния път има приблизително 10 милиона двойки черни дупки, Кипинг отбеляза, че малко от тях вероятно са обикаляли с относителна скорост за дълго време, тъй като те биха се слели доста бързо.

И все пак той отбеляза, че изолирани, въртящи се черни дупки също могат да стартират ореолни дискове с релативистични скорости, „а ние вече знаем многобройни примери за релативистични, въртящи се свръхмасивни черни дупки“.

Основният недостатък на ореола ще бъде, че „човек трябва да пътува до най -близката черна дупка“, каза Кипинг. „Това е подобно на плащането на еднократна такса за път, за да се движи по магистралната система. Трябва да платите малко енергия, за да стигнете до най -близката точка за достъп, но след това можете да карате безплатно, колкото искате. “

Задвижването с ореол работи само в непосредствена близост до черна дупка, на разстояние около пет до 50 пъти диаметъра на черната дупка. „Ето защо първо трябва да пътувате до най-близката черна дупка и [защо не можете] просто да направите това през светлинните години в космоса“, каза Кипинг. „Ние все още първо се нуждаем от средство за пътуване до близките звезди, за да се движим по магистралната система.

„Ако искаме да постигнем релативистки полет, са необходими огромни енергийни нива, независимо от системата за задвижване, която използвате“, добави той. „Един от начините да заобиколите това е да използвате астрономическите обекти като източник на енергия, тъй като те буквално притежават астрономически нива на енергия вътре в тях. В този случай двоичният файл с черна дупка е по същество гигантска батерия, която чака да я докоснем. Идеята е да се работи с природата, а не срещу нея. '

Kipping сега проучва начини за използване на други астрономически системи за релативистки полет. Такива техники „може да не са толкова ефективни или бързи като подхода с ореол, но тези системи притежават дълбоките енергийни резерви, необходими за тези пътувания“, каза Кипинг.

Следвайте Чарлз К. Чой в Twitter @cqchoi . Следвайте ни в Twitter @Spacedotcom и нататък Facebook .