Planen om at sende et skib til et nærliggende sort hul

Det, der lyder som en science fiction-film, er i virkeligheden en seriøs øvelse i ingeniørvidenskab og fysik: Send et skib til et sort hul for at studere førstehåndserfaring med et af de mest ekstreme miljøer i kosmos. Forslaget, underskrevet af astrofysikeren Cosimo Bambi og offentliggjort i tidsskriftet iScience, rejser en mission, der strækker sig over flere årtier, for at bringe mikrosonder tættere på det nærmeste sorte hul, vi kan finde.

Ideen er baseret på at udvikle teknologier: Ultralet nanofartøj med sejl drevet af jordbaserede lasere i stand til at nå omkring en tredjedel af lysets hastighed. Hvis et mål blev bekræftet kl. 20-25 lysår, ruten ville være af størrelsesordenen 60-75 år, og at sende data til Jorden ville tilføje andre 20-25, hvilket placerer hele missionen i en række 80-100 år.

Hvordan missionen og dens teknologi ville være

Konceptet undgår traditionel kemisk fremdrift, begrænset af Tsiolkovsky-ligningen, og er afhængig af skub fra Jorden med laserstrålerMed en effekt på størrelsesordenen terawatt, en sonde, der kun vejer et par gram kunne accelereres på få minutter til relativistiske hastigheder, noget der er umuligt for en konventionel brændstofladet raket.

Inspireret af initiativer som Breakthrough Starshot, forestiller planen sig lys af lys koblet med mikrochips med sensorer og kommunikation. Når destinationen er nået, vil missionsarkitekturen opdele funktioner: én enhed vil fungere som vagtskib i sikre baner, og en anden ville komme tættere på tyngdekraften for at udføre fine målinger af rumtid.

Køreplanen indeholder fire hovedtrin: indledende laseracceleration, interstellar krydstogt uden aktiv fremdrift, manøvrere for at holde sig selv i kredsløb (eller tæt bane) til målet og endelig, forlænget videnskabelig fase med data sendt til vagtposten og videresendt til Jorden.

I omtrentlige tal: hvis fartøjet når ~0,3°C, kan det dække 20-25 lysår på 6-7 årtierLatens i kommunikation, uundgåelig på grund af lysets hastighed, ville tilføje to årtier for at modtage resultaterne i vores radioteleskoper.

Målet: at finde et sort hul i nærheden

Flaskehalsen er ikke mindre vigtig: finde et sort hul ~20-25 lysår vækSelvom mange er kendte, er de nærmeste bekræftede, GAIA-BH1, handler om 1.560 lysår, tydeligvis for langt væk til en mission på én generation med den foreslåede teknologi. Opdag forskellene mellem et sort hul og et ormehul.

Stellarpopulationsmodeller antyder, at Rent statistikmæssigt burde der være mindst én på den afstandsskala. Udfordringen er at finde den, fordi sorte huller de hverken udsender eller reflekterer lys og afslører deres tilstedeværelse gennem indirekte effekter: gravitationel mikrolinsing, forstyrrelser i ledsagestjerner eller meget svage emissioner af stof fra det interstellare medium, der falder mod dem.

Videnskabelige teams foreslår søgestrategier med teleskoper som James Webb eller store netværk inden for radio, og det er ikke udelukket, at gravitationsbølger hjælpe med at identificere isolerede kandidater. For Bambi er det plausibelt, at studiet af nærliggende galakser giver dig mulighed for at lokalisere et mål i den passende afstand.

Randbetingelsen er tydelig i missionsdesignet: over 40-50 lysår tid og kompleksitet eskalerer uforholdsmæssigt meget, til det punkt, hvor det vender tilbage projektet er uholdbart med aktuelle parametre.

Hvilke eksperimenter ville blive udført ved siden af det sorte hul?

Den store videnskabelige udfordring er at udsætte tyngdekraften for dens hårdeste prøve. Missionen ville med instrumenter på stedet teste, om Den generelle relativitetsteori beskriver nøjagtigt det ekstreme miljø i et sort hul, eller hvis der opstår afvigelser, der peger på fysik ud over Einstein.

Første test: den Kerr-metrik, som modellerer rumtid omkring et roterende sort hul. Ved at måle baner, præcessioner og rødforskydninger af signaler udsendt af sonden, kunne dette verificeres. hvis forudsigelserne stemmer med en præcision, der aldrig før er opnået.

Anden test: den eksistensen af begivenhedshorisontenMed to sonder, en i sikker afstand og den anden, der nærmer sig, forudser klassisk teori, at signalet fra den nærmeste svækker og rødmer indtil den forsvinder asymptotisk. Eksotiske alternativer (f.eks. konfigurationer af typen 'kugle af strenge') ville forudsige et pludseligt strømsvigt ved stød med en overflade.

Tredje test: mulig variationer af grundlæggende konstanter i ekstreme tyngdefelter. Sammenligning af atomlinjer, der er følsomme over for finstrukturkonstanten, ville tillade kig efter små ændringer som ville omskrive vores forståelse af fysik.

Relateret artikel:

Helldivers 2s sorte hul rykker ud af kontrol og truer med at ødelægge Super-Earth

Alberto Navarro

Jeg er en teknologientusiast, der har vendt sine "nørde" interesser til et erhverv. Jeg har brugt mere end 10 år af mit liv på at bruge avanceret teknologi og pille ved alle slags programmer af ren nysgerrighed. Nu har jeg specialiseret mig i computerteknologi og videospil. Dette skyldes, at jeg i mere end 5 år har skrevet til forskellige hjemmesider om teknologi og videospil, og lavet artikler, der søger at give dig den information, du har brug for, på et sprog, der er forståeligt for alle.

Har du spørgsmål, så spænder min viden fra alt relateret til Windows styresystemet samt Android til mobiltelefoner. Og mit engagement er over for dig, jeg er altid villig til at bruge et par minutter og hjælpe dig med at løse eventuelle spørgsmål, du måtte have i denne internetverden.