Visualisasi ini menunjukkan dua lubang hitam yang bergabung, dengan kelajuan yang besar dapat memberikan dorongan untuk cahaya laser berayun di sekitarnya.
(Imej: © Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA)
Kapal angkasa masa depan boleh menggunakan lubang hitam sebagai landasan pelancaran yang kuat untuk meneroka bintang-bintang.
Satu kajian baru membayangkan menembakkan sinar laser yang melengkung di sekitar lubang hitam dan kembali dengan tenaga tambahan untuk membantu mendorong kapal angkasa mendekati kelajuan cahaya. Ahli astronomi dapat mencari tanda-tanda bahawa peradaban asing menggunakan "halo drive" seperti yang disebut oleh kajian ini, dengan melihat apakah pasangan lubang hitam bergabung lebih kerap daripada yang diharapkan.
Pengarang kajian David Kipping, seorang ahli astrofizik di Columbia University di New York, mengemukakan idea mengenai halo yang melalui apa yang disebutnya "pemikiran pemain".
"Kadang-kadang, dalam permainan komputer, anda dapati 'eksploitasi', peretasan yang membolehkan anda melakukan sesuatu yang dikuasai yang dilarang oleh peraturan permainan," kata Kipping kepada Space.com. "Dalam hal ini, permainan ini adalah dunia fizikal, dan saya berusaha memikirkan eksploitasi yang akan membolehkan sebuah peradaban mencapai penerbangan relativistik berulang-ulang melintasi galaksi tanpa perbelanjaan tenaga yang besar yang mungkin ditanggung seseorang secara naif."
Cabaran utama untuk menggunakan roket untuk terbang melalui ruang angkasa adalah propelan yang mereka bawa bersama mereka mempunyai jisim. Perjalanan jauh memerlukan banyak propelan, yang menjadikan roket berat, yang pada gilirannya memerlukan lebih banyak pendorong, menjadikan roket lebih berat, dan seterusnya. Masalah itu menjadi semakin teruk semakin besar roket semakin meningkat.
Namun, alih-alih membawa pendorong untuk pendorong, kapal angkasa yang dilengkapi dengan layar seperti cermin dapat bergantung pada laser untuk mendorongnya keluar. $ 100 juta Inisiatif terobosan Starshot, diumumkan pada tahun 2016, merancang untuk menggunakan laser yang kuat untuk mendorong kawanan kapal angkasa ke Alpha Centauri, sistem bintang paling dekat dengan kita sendiri, dengan kecepatan cahaya hingga 20 persen.
Kapal angkasa yang bertujuan dilancarkan oleh Breakthrough Starshot masing-masing hanya seukuran mikrocip. Untuk mempercepat kapal angkasa yang lebih besar ke kelajuan relativistik - kepada pecahan kelajuan cahaya yang signifikan - Kipping meminta bantuan graviti.
Kapal angkasa kini menggunakan "manuver katapel" secara berkala, di mana graviti badan, seperti planet atau bulan, melemparkan kapal di seluruh angkasa dan meningkatkan kelajuannya. Pada tahun 1963, ahli fizik terkenal Freeman Dyson mencadangkan bahawa kapal angkasa dengan ukuran tertentu boleh bergantung pada manuver katapel di sekitar sepasang kerdil putih atau bintang neutron untuk terbang dengan kecepatan relativistik. (Dyson muncul dengan gagasan tentang apa yang dikenali sebagai a Sfera Dyson, megastruktur yang merangkumi bintang untuk menangkap tenaga sebanyak mungkin untuk menggerakkan peradaban maju.)
Walau bagaimanapun, "Dyson katapel" berisiko merosakkan kapal angkasa melalui daya graviti yang melampau dan radiasi berbahaya dari pasangan bintang mati itu. Sebaliknya, Kipping menunjukkan bahawa graviti dapat membantu kapal angkasa dengan meningkatkan tenaga sinar laser yang ditembakkan di tepi lubang hitam.
Lubang hitam mempunyai medan graviti yang sangat kuat sehingga tidak ada yang dapat melarikan diri setelah ia berada cukup dekat, bahkan cahaya. Medan graviti mereka juga dapat memutarbelitkan jalur foton cahaya yang tidak jatuh ke dalam lubang.
Pada tahun 1993, ahli fizik Mark Stuckey mencadangkan bahawa lubang hitam dapat, pada prinsipnya, bertindak seperti "cermin gravitasi," kerana graviti lubang hitam dapat melemparkan foton di sekitarnya sehingga ia terbang kembali ke sumbernya. Kipping mengira bahawa jika lubang hitam bergerak ke arah sumber foton, "foton bumerang" akan menyedot sebahagian tenaga lubang hitam.
Dengan menggunakan apa yang disebutnya "penggerak halo" - dinamakan cincin cahaya itu akan dibuat di sekitar lubang hitam - Kipping mendapati bahawa bahkan kapal angkasa dengan jisim Musytari dapat mencapai kelajuan relativistik. "Sebuah peradaban dapat memanfaatkan lubang hitam sebagai titik galaksi," tulisnya kajian diterima oleh Journal of the British Interplanetary Society dan terperinci dalam talian pada 28 Februari di pelayan pracetak arXiv.
Semakin cepat lubang hitam bergerak, semakin banyak tenaga yang dapat diambil oleh pemacu halo darinya. Oleh itu, Kipping banyak menumpukan pada penggunaan pasang lubang hitam yang saling berputar sebelum penggabungan.
Ahli astronomi dapat mencari tanda-tanda bahawa peradaban asing mengeksploitasi pasang lubang hitam untuk melakukan perjalanan dengan mesin seperti itu. Sebagai contoh, pemacu halo secara berkesan akan mencuri tenaga daripada itu sistem lubang hitam binari, meningkatkan kadar di mana pasang lubang hitam bergabung di atas yang diharapkan oleh seseorang secara semula jadi, kata Kipping.
Penemuannya berdasarkan dorongan dari pasangan lubang hitam yang mengorbit satu sama lain dengan kelajuan relativistik. Walaupun terdapat kira-kira 10 juta pasang lubang hitam di Bima Sakti, Kipping menyatakan bahawa sebilangan kecil dari mereka kemungkinan mengorbit pada kecepatan relativistik lama, kerana mereka akan bergabung agak cepat.
Namun, dia menyatakan bahawa lubang hitam yang terpencil dan berputar juga dapat melancarkan pemacu halo pada kelajuan relativistik, "dan kita sudah mengetahui banyak contoh lubang hitam supermasif relativistik, berputar."
Kelemahan utama pemacu halo ialah "seseorang harus pergi ke lubang hitam terdekat," kata Kipping. "Ini sama dengan membayar satu kali tol untuk menaiki sistem lebuh raya. Anda harus membayar sedikit tenaga untuk sampai ke titik akses terdekat, tetapi setelah itu, Anda dapat menunggang secara percuma selama yang anda inginkan."
Pemacu halo hanya berfungsi berdekatan dengan lubang hitam, pada jarak sekitar lima hingga 50 kali diameter lubang hitam. "Inilah sebabnya mengapa anda mesti melakukan perjalanan ke lubang hitam terdekat terlebih dahulu dan [mengapa anda] tidak boleh melakukan ini di ruang cahaya selama bertahun-tahun," kata Kipping. "Kami masih memerlukan kaedah untuk melakukan perjalanan ke bintang terdekat untuk menaiki sistem lebuh raya.
"Sekiranya kita ingin mencapai penerbangan relativistik, diperlukan tahap tenaga yang besar tanpa mengira sistem pendorong yang kamu gunakan," tambahnya. "Salah satu cara untuk mengatasi ini adalah dengan menggunakan objek astronomi sebagai sumber kuasa anda, kerana mereka secara harfiah tahap tenaga astronomi dalam diri mereka. Dalam kes ini, binari lubang hitam pada dasarnya adalah bateri gergasi yang menunggu kita mengetuknya. Ideanya adalah untuk bekerja dengan alam semula jadi dan tidak menentangnya. "
Kipping kini sedang menyiasat cara untuk memanfaatkan sistem astronomi lain untuk penerbangan relativistik. Teknik seperti itu "mungkin tidak seefisien atau secepat pendekatan halo-drive, tetapi sistem ini memiliki rizab tenaga dalam yang diperlukan untuk perjalanan ini," kata Kipping.
- Pemburu Cataclysm: Cari Lubang Hitam Berganda
- Perlanggaran Lubang Hitam Berganda Dilihat oleh Pengesan Gelombang Graviti
- Dorongan Laser: Idea Liar Akhirnya Bersinar
