يُظهر هذا التصور اثنين من الثقوب السوداء المدمجة ، والتي يمكن أن توفر سرعتها الكبيرة دفعة لضوء الليزر يتأرجح حولهما.
(الصورة: © مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا)
يمكن أن تستخدم سفن الفضاء المستقبلية الثقوب السوداء كمنصات إطلاق قوية لاستكشاف النجوم.
تتوخى دراسة جديدة إطلاق أشعة ليزر تنحني حول ثقب أسود وتعود بطاقة إضافية للمساعدة في دفع مركبة فضائية إلى ما يقرب من سرعة الضوء. يمكن لعلماء الفلك أن يبحثوا عن إشارات تدل على أن الحضارات الغريبة تستخدم مثل "محرك الهالة" ، كما تصفه الدراسة ، من خلال معرفة ما إذا كانت أزواج الثقوب السوداء تندمج أكثر من المتوقع.
توصل مؤلف الدراسة ديفيد كيبينغ ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة كولومبيا في نيويورك ، إلى فكرة قيادة الهالة من خلال ما يسميه "عقلية اللاعب".
وقال كيبينج لموقع Space.com: "في بعض الأحيان ، في لعبة كمبيوتر تجد" ثغرة "، قرصنة تتيح لك القيام بشيء يتغلب عليه ، وإلا ستمنعه قواعد اللعبة. "في هذه الحالة ، اللعبة هي العالم المادي ، وحاولت التفكير في مآثر من شأنها أن تسمح للحضارة بتحقيق رحلة نسبية ذهابًا وإيابًا عبر المجرة دون تكلفة الطاقة الهائلة التي قد يفترضها المرء بسذاجة."
أحد التحديات الرئيسية لاستخدام الصواريخ للطيران عبر الفضاء هو ذلك الدافع الذي يحملونه معهم لها كتلة. تحتاج الرحلات الطويلة إلى الكثير من الوقود ، مما يجعل الصواريخ ثقيلة ، الأمر الذي يتطلب بدوره مزيدًا من الوقود ، مما يجعل الصواريخ أثقل ، وهكذا. تتفاقم هذه المشكلة بشكل كبير كلما زاد حجم الصاروخ.
وبدلاً من حمل الوقود الدافع للدفع ، يمكن للمركبة الفضائية المجهزة بأشرعة تشبه المرآة أن تعتمد على الليزر لدفعها إلى الخارج. 100 مليون دولار مبادرة Starshotrough اختراق، تم الإعلان عنه في عام 2016 ، يخطط لاستخدام أشعة الليزر القوية لدفع أسراب من المركبات الفضائية إلى Alpha Centauri ، أقرب نظام نجمي إلى نظامنا الخاص ، بسرعة تصل إلى 20 بالمائة.
كل مركبة فضائية تهدف Breakthrough Starshot لإطلاقها هي فقط بحجم رقاقة صغيرة. من أجل تسريع سفن الفضاء الأكبر إلى السرعات النسبية - إلى جزء كبير من سرعة الضوء - سعى كيبينغ لمساعدة الجاذبية.
تستخدم المركبة الفضائية الآن بشكل منتظم "مناورات مقلاع" ، حيث تقوم جاذبية الجسم ، مثل كوكب أو قمر ، بإلقاء الأوعية عبر الفضاء وزيادة سرعتها. في عام 1963 ، اقترح الفيزيائي الشهير فريمان دايسون أن سفن الفضاء من أي حجم معين يمكن أن تعتمد على مناورات مقلاع حول أزواج مضغوطة من الأقزام البيضاء أو النجوم النيوترونية للطيران بسرعات نسبية. (جاء دايسون بفكرة ما أصبح يعرف باسم كرة دايسون، هيكل ضخم يلف نجمًا لالتقاط أكبر قدر ممكن من طاقته لتشغيل حضارة متقدمة.)
ومع ذلك ، فإن "مقلاع دايسون" يواجه خطر إتلاف مركبة فضائية من خلال قوى الجاذبية الشديدة والإشعاع الخطير من أزواج النجوم الميتة. بدلاً من ذلك ، يقترح كيبينج أن الجاذبية قد تساعد سفن الفضاء عن طريق زيادة طاقة أشعة الليزر التي يتم إطلاقها على حواف الثقوب السوداء.
تمتلك الثقوب السوداء حقول جاذبية قوية لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء الهروب منها بمجرد اقترابها بما يكفي ، ولا حتى الضوء. يمكن أن تشوه مجالات الجاذبية أيضًا مسارات فوتونات الضوء التي لا تسقط في الثقوب.
في عام 1993 ، اقترح الفيزيائي مارك ستوكي أن الثقب الأسود يمكن ، من حيث المبدأ ، أن يتصرف مثل "مرآة الجاذبية" ، من حيث أن جاذبية الثقب الأسود يمكن أن تقذف الفوتون حولها بحيث تطير إلى مصدرها. حسب كيبينج أنه إذا كان الثقب الأسود يتحرك باتجاه مصدر الفوتون ، فإن "الفوتون المرتد" سوف يسحب بعضًا من طاقة الثقب الأسود.
باستخدام ما أسماه "محرك الهالة" - المسمى بحلقة الضوء التي ستخلقها حول ثقب أسود - وجد كيبينج أنه حتى سفن الفضاء مع كتلة المشتري يمكنها تحقيق سرعات نسبية. وكتب في كتابه "يمكن للحضارة أن تستغل الثقوب السوداء كنقاط مجرة" دراسة مقبولة من قبل مجلة الجمعية البريطانية بين الكواكب ومفصلة على الإنترنت في 28 فبراير في خادم arXiv ما قبل الطباعة.
كلما زادت سرعة تحرك الثقب الأسود ، زادت الطاقة التي يمكن أن يستمدها محرك هالة منه. على هذا النحو ، ركز كيبينج إلى حد كبير على استخدام أزواج من الثقوب السوداء المتصاعدة تجاه بعضها البعض قبل الاندماج.
يمكن للفلكيين البحث عن إشارات تدل على أن الحضارات الغريبة تستغل أزواجًا من الثقوب السوداء للسفر باستخدام هذا المحرك. على سبيل المثال ، سوف تسرق محركات الهالة الطاقة من هذا القبيل بشكل فعال أنظمة الثقب الأسود الثنائيوقال كيبينغ إن زيادة معدلات اندماج أزواج من الثقوب السوداء فوق ما يتوقع المرء رؤيته بشكل طبيعي.
استندت النتائج التي توصل إليها إلى تعزيزات من أزواج الثقوب السوداء التي تدور حول بعضها البعض بسرعات نسبية. على الرغم من وجود ما يقدر بنحو 10 ملايين زوج من الثقوب السوداء في درب التبانة ، إلا أن كيبينج أشار إلى أن القليل من تلك التي يحتمل أن تدور حولها بسرعات نسبية لفترة طويلة ، لأنها ستندمج بسرعة إلى حد ما.
ومع ذلك ، أشار إلى أن الثقوب السوداء المعزولة والمغزولة يمكن أيضًا أن تطلق محركات هالة بسرعات نسبية ، "ونحن نعلم بالفعل العديد من الأمثلة على الثقوب النسبية فائقة الدوران النسبية."
وقال كيبينج إن العيب الرئيسي في هالة محرك الأقراص هو أنه "يتعين على المرء السفر إلى أقرب ثقب أسود". "إن الأمر أشبه بدفع رسوم لمرة واحدة لركوب نظام الطرق السريعة. عليك دفع بعض الطاقة للوصول إلى أقرب نقطة وصول ، ولكن بعد ذلك ، يمكنك الركوب مجانًا طالما أردت".
يعمل محرك الهالة فقط على مقربة من الثقب الأسود ، على مسافة حوالي خمسة إلى 50 ضعف قطر الثقب الأسود. قال كيبينج: "هذا هو السبب في أنه يتعين عليك السفر إلى أقرب ثقب أسود أولاً و [لماذا] لا يمكنك ببساطة القيام بذلك عبر سنوات ضوئية من الفضاء". "ما زلنا بحاجة أولاً إلى وسيلة للسفر إلى النجوم القريبة لركوب نظام الطرق السريعة.
وأضاف "إذا أردنا تحقيق رحلة نسبية ، فإنها تأخذ مستويات طاقة هائلة بغض النظر عن نظام الدفع الذي تستخدمه". "إحدى الطرق للتغلب على ذلك هي استخدام الأشياء الفلكية كمصدر للطاقة ، لأنها تمتلك حرفيا المستويات الفلكية للطاقة بداخلهم. في هذه الحالة ، فإن ثنائي الثقب الأسود هو في الأساس بطارية عملاقة تنتظر منا النقر عليها. الفكرة هي العمل مع الطبيعة وليس ضدها ".
يدرس كيبينج الآن طرقًا لاستغلال أنظمة فلكية أخرى للطيران النسبية. وقال كيبينج إن مثل هذه التقنيات "قد لا تكون فعالة أو سريعة تمامًا مثل نهج القيادة الهالة ، لكن هذه الأنظمة تمتلك احتياطيات الطاقة العميقة اللازمة لهذه الرحلات".
- صيادو الكارثة: ابحث عن ثقوب سوداء مزدوجة
- تصادم مزدوج للثقب الأسود تم رصده بواسطة كاشفات موجات الجاذبية
- الدفع بالليزر: الفكرة البرية قد تشرق أخيراً
