การสร้างภาพข้อมูลนี้แสดงให้เห็นหลุมดำที่รวมสองแห่งเข้าด้วยกันซึ่งความเร็วที่ยอดเยี่ยมสามารถเพิ่มแสงเลเซอร์ที่แกว่งไปมารอบ ๆ พวกเขา
(ภาพ: ©ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซา)
ยานอวกาศในอนาคตสามารถใช้หลุมดำเป็นแผ่นยิงทรงพลังเพื่อสำรวจดวงดาว
การศึกษาใหม่วาดภาพลำแสงเลเซอร์ที่จะโค้งรอบหลุมดำและกลับมาพร้อมกับพลังงานที่เพิ่มขึ้นเพื่อช่วยขับเคลื่อนยานอวกาศให้เข้าใกล้ความเร็วแสง นักดาราศาสตร์อาจมองหาสัญญาณว่าอารยธรรมต่างดาวกำลังใช้ "รัศมีขับ" ดังที่การศึกษาพากย์นั้นโดยดูว่าหลุมดำคู่หนึ่งควบรวมกันบ่อยกว่าที่คาดหรือไม่
การศึกษาผู้แต่ง David Kipping นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ Columbia University ในนิวยอร์กเกิดแนวคิดของการขับรถผ่านสิ่งที่เขาเรียกว่า "ความคิดของนักเล่นเกม"
“ บางครั้งในเกมคอมพิวเตอร์คุณพบว่า 'การเอารัดเอาเปรียบ' แฮ็คที่อนุญาตให้คุณทำอะไรบางอย่างที่ไม่ได้รับอนุญาตตามกฎของเกม” Kipping บอก Space.com "ในกรณีนี้เกมคือโลกทางกายภาพและฉันพยายามคิดหาช่องโหว่ที่อนุญาตให้อารยธรรมบรรลุการบินสัมพันธ์เชิงสัมพันธ์ไปมาในกาแลคซีโดยไม่มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานจำนวนมาก
ความท้าทายหลักในการใช้จรวดเพื่อบินไปในอวกาศก็คือ จรวดที่พวกเขาพกติดตัว มีมวล การเดินทางระยะไกลต้องใช้จรวดจำนวนมากซึ่งทำให้จรวดมีน้ำหนักมากซึ่งในทางกลับกันต้องใช้จรวดมากขึ้นทำให้จรวดนั้นหนักกว่าและอื่น ๆ ปัญหานั้นยิ่งทวีความรุนแรงมากเท่าไรจรวดก็ยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น
ยานอวกาศที่ติดตั้งยานยนต์ที่มีกระจกคล้ายใบเรือสามารถพึ่งพาเลเซอร์เพื่อผลักพวกมันออกไปด้านนอก จำนวน $ 100 ล้าน การริเริ่ม Starshot ที่ก้าวหน้าประกาศในปี 2559 มีแผนที่จะใช้เลเซอร์อันทรงพลังเพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศไปยัง Alpha Centauri ซึ่งเป็นระบบดาวที่ใกล้เคียงที่สุดของเราเองที่ความเร็วสูงสุด 20% ของแสง
ยานอวกาศที่ Breakthrough Starshot มุ่งหวังที่จะเปิดตัวนั้นแต่ละตัวมีขนาดเท่าไมโครชิป เพื่อเร่งความเร็วยานอวกาศให้ใหญ่ขึ้นเป็นความเร็วเชิงสัมพันธ์ - ถึงส่วนสำคัญของความเร็วแสง - Kipping ต้องการความช่วยเหลือจากแรงโน้มถ่วง
ยานอวกาศใช้ "slingshot maneuvers" เป็นประจำซึ่งแรงโน้มถ่วงของร่างกายเช่นดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์พุ่งเข้าหายานอวกาศและเพิ่มความเร็ว ในปี 1963 นักฟิสิกส์ชื่อดัง Freeman Dyson แนะนำว่ายานอวกาศทุกขนาดที่กำหนดสามารถพึ่งพาการประลองยุทธ์หนังสติ๊กรอบดาวแคระขาวคู่เล็ก ๆ หรือดาวนิวตรอนเพื่อบินด้วยความเร็วเชิงความสัมพันธ์ ไดสันเกิดขึ้นพร้อมกับความคิดของสิ่งที่เป็นที่รู้จักในฐานะ ทรงกลมไดสันเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ห่อหุ้มดาวฤกษ์เพื่อจับพลังงานให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อเสริมสร้างอารยธรรมขั้นสูง)
อย่างไรก็ตาม "Dyson slingshot" วิ่งเสี่ยงต่อการทำลายยานอวกาศผ่านกองกำลังความโน้มถ่วงสูงและการแผ่รังสีอันตรายจากดาวคู่ตายเหล่านั้น แต่ Kipping แนะนำว่าแรงโน้มถ่วงอาจช่วยยานอวกาศได้โดยการเพิ่มพลังงานของลำแสงเลเซอร์ที่ยิงที่ขอบของหลุมดำ
หลุมดำมีสนามแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลังจนไม่มีอะไรสามารถหนีรอดได้เมื่อมันเข้ามาใกล้พอไม่เบาแม้แต่น้อย สนามแรงโน้มถ่วงของพวกเขายังสามารถบิดเบือนเส้นทางของแสงโฟตอนที่ไม่ตกลงไปในหลุม
ในปี 1993 นักฟิสิกส์มาร์ค Stuckey แนะนำว่าในความเป็นจริงแล้วหลุมดำสามารถทำตัวเหมือน "กระจกความโน้มถ่วง" ซึ่งแรงโน้มถ่วงของหลุมดำนั้นสามารถยิงโฟตอนรอบ ๆ เพื่อให้มันบินกลับไปที่แหล่งกำเนิดของมัน Kipping คำนวณว่าหากหลุมดำเคลื่อนไปสู่แหล่งกำเนิดโฟตอน "บูมเมอแรงโฟตอน" จะดูดพลังงานของหลุมดำออกไป
การใช้สิ่งที่เขาเรียกว่า "ไดรฟ์รัศมี" - ตั้งชื่อตามวงแหวนของแสงมันจะสร้างรอบหลุมดำ - Kipping พบว่ายานอวกาศที่มีมวลของดาวพฤหัสบดีสามารถบรรลุความเร็วสัมพันธ์ได้ "อารยธรรมสามารถใช้ประโยชน์จากหลุมดำเป็นจุดทางช้างเผือก" เขาเขียน เรียน ได้รับการยอมรับจากวารสาร British Interplanetary Society และให้รายละเอียดออนไลน์ 28 กุมภาพันธ์ในเซิร์ฟเวอร์ preprint ของ arXiv
ยิ่งหลุมดำเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่ก็จะยิ่งสามารถดึงดูดพลังงานได้มากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น Kipping จึงเน้นไปที่การใช้หลุมดำคู่หนึ่งก่อนที่จะรวมตัวกัน
นักดาราศาสตร์อาจมองหาสัญญาณว่าอารยธรรมเอเลี่ยนกำลังหาช่องโหว่จากหลุมดำเพื่อเดินทางด้วยเครื่องยนต์ ตัวอย่างเช่นไดรฟ์รัศมีจะขโมยพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบหลุมดำไบนารีการเพิ่มอัตราการที่หลุมดำคู่หนึ่งควบรวมกันเหนือสิ่งที่เราคาดหวังที่จะเห็นเป็นธรรมชาติ Kipping กล่าว
การค้นพบของเขามีพื้นฐานมาจากการเพิ่มของหลุมดำที่โคจรรอบกันและกันด้วยความเร็วที่สัมพันธ์กัน แม้ว่าจะมีหลุมดำประมาณ 10 ล้านคู่ในทางช้างเผือก แต่ Kipping ได้ตั้งข้อสังเกตว่ามีเพียงไม่กี่คนที่โคจรรอบด้วยความเร็วสัมพัทธภาพนานเนื่องจากพวกมันจะรวมกันอย่างรวดเร็ว
ถึงกระนั้นเขายังกล่าวอีกว่าหลุมดำที่หมุนและแยกได้สามารถเปิดตัวไดรฟ์แบบฮาโลด้วยความเร็วสัมพัทธ์ "และเราก็รู้แล้วว่ามีตัวอย่างมากมายเกี่ยวกับความสัมพันธ์และการหมุนหลุมดำมวลมหาศาล"
ข้อเสียเปรียบที่สำคัญของการขับรถในรัศมีนั้นคือ "ต้องเดินทางไปที่หลุมดำที่ใกล้ที่สุด" Kipping กล่าว "มันคล้ายกับการจ่ายค่าผ่านทางครั้งเดียวเพื่อขี่ระบบทางหลวงคุณต้องจ่ายพลังงานเพื่อไปยังจุดเชื่อมต่อที่ใกล้ที่สุด แต่หลังจากนั้นคุณสามารถขี่ได้ฟรีตราบเท่าที่คุณต้องการ"
ไดรฟ์รัศมีทำงานเฉพาะในบริเวณใกล้เคียงกับหลุมดำที่ระยะประมาณห้าถึง 50 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางหลุมดำ “ นี่คือเหตุผลว่าทำไมคุณต้องเดินทางไปที่หลุมดำที่ใกล้ที่สุดก่อนและทำไมคุณไม่สามารถทำสิ่งนี้ข้ามพื้นที่แสงในช่วงปีแสงได้ เรายังต้องการเครื่องมือในการเดินทางไปยังดาวใกล้เคียงเพื่อขี่ระบบทางหลวง
“ หากเราต้องการบรรลุการบินเชิงสัมพัทธ์มันต้องใช้พลังงานมหาศาลไม่ว่าคุณจะใช้ระบบขับเคลื่อนแบบใดก็ตาม” เขากล่าวเสริม วิธีหนึ่งที่จะหลีกเลี่ยงสิ่งนี้คือการใช้วัตถุทางดาราศาสตร์เป็นแหล่งพลังงานของคุณเนื่องจากมันมีตัวอักษรอย่างแท้จริง ระดับพลังงานทางดาราศาสตร์ ภายในพวกเขา ในกรณีนี้ไบนารีรูดำเป็นแบตเตอรี่ยักษ์ที่รอให้เราแตะมัน ความคิดคือการทำงานกับธรรมชาติและไม่ขัดต่อมัน "
ขณะนี้กำลังสำรวจวิธีการใช้ประโยชน์จากระบบดาราศาสตร์อื่น ๆ สำหรับการบินแบบสัมพัทธภาพ เทคนิคดังกล่าว "อาจไม่ได้มีประสิทธิภาพหรือเร็วพอ ๆ กับวิธีการขับแบบฮาโลไดรฟ์ แต่ระบบเหล่านี้มีพลังงานสำรองที่จำเป็นสำหรับการเดินทางเหล่านี้" Kipping กล่าว
- Cataclysm Hunters: ค้นหาหลุมดำคู่
- การชนของหลุมดำคู่พบโดยเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง
- Laser Propulsion: Wild Idea อาจส่องแสงในที่สุด
