Kế hoạch đưa một con tàu đến một hố đen gần đó

Nhiệm vụ với tàu nano và cánh buồm laser ở tốc độ ~0,3 độ C để tiếp cận một hố đen gần đó.
Mục tiêu lý tưởng ở khoảng cách 20-25 năm ánh sáng; nếu vượt quá 40-50 năm ánh sáng thì không khả thi.
Các thử nghiệm chính: chân trời sự kiện, số liệu Kerr và các biến thể có thể có trong hằng số vật lý.
Chi phí khổng lồ và sự hoài nghi lớn, nhưng những tiến bộ song song có thể khiến điều này trở nên khả thi trong nhiều thập kỷ.

Hình minh họa một con tàu đang hướng tới một hố đen

Những gì nghe có vẻ giống như một bộ phim khoa học viễn tưởng, thực chất là một bài tập nghiêm túc về kỹ thuật và vật lý: gửi một con tàu đến một lỗ đen để nghiên cứu tận mắt chứng kiến một trong những môi trường khắc nghiệt nhất trong vũ trụ. Bản đề xuất, được ký bởi nhà vật lý thiên văn Cosimo Bambi và được công bố trên tạp chí iScience, nâng cao một nhiệm vụ kéo dài nhiều thập kỷ để đưa các đầu dò siêu nhỏ đến gần hơn với hố đen gần nhất mà chúng ta có thể xác định vị trí.

Ý tưởng này dựa trên việc phát triển công nghệ: Tàu nano siêu nhẹ với cánh buồm chạy bằng tia laser từ Trái Đất có khả năng đạt tới khoảng một phần ba tốc độ ánh sáng. Nếu một mục tiêu được xác nhận tại 20-25 năm ánh sáng, tuyến đường sẽ có thứ tự là 60-75 nămvà việc gửi dữ liệu đến Trái Đất sẽ bổ sung 20-25 khác, đặt toàn bộ nhiệm vụ vào một phạm vi 80-100 năm.

Nhiệm vụ và công nghệ của nó sẽ như thế nào

Biểu diễn cánh buồm laser cho một đầu dò

Khái niệm này tránh được lực đẩy hóa học truyền thống, bị giới hạn bởi phương trình Tsiolkovsky và dựa vào đẩy từ Trái Đất bằng tia laser. Với sức mạnh của cấp độ terawatt, một đầu dò chỉ nặng vài gam có thể tăng tốc trong vài phút đến tốc độ tương đối tính, điều mà tên lửa chở nhiên liệu thông thường không thể làm được.

Nội dung độc quyền - Bấm vào đây Cách xem nguyệt thực

Lấy cảm hứng từ các sáng kiến như Breakthrough Starshot, kế hoạch này hình dung nến ánh sáng được kết hợp với các vi mạch có cảm biến và hệ thống liên lạc. Khi đến đích, kiến trúc nhiệm vụ sẽ phân chia chức năng: một đơn vị sẽ hoạt động như tàu canh gác trong quỹ đạo an toàn, và một quỹ đạo khác sẽ tiếp cận trọng lực gần hơn để thực hiện các phép đo chính xác của không-thời gian.

Lộ trình bao gồm bốn bước chính: gia tốc laser ban đầu, hành trình giữa các vì sao mà không cần động cơ đẩy chủ động, cơ động để nhốt mình vào quỹ đạo (hoặc quỹ đạo gần) đến mục tiêu và cuối cùng, giai đoạn khoa học kéo dài với dữ liệu được gửi đến trạm quan sát và truyền lại về Trái Đất.

Theo con số ước tính: nếu tàu vũ trụ đạt tới ~0,3 độ C, nó có thể bao phủ 20-25 năm ánh sáng trong 6-7 thập kỷ. Độ trễ trong truyền thông, không thể tránh khỏi do tốc độ ánh sáng, sẽ thêm hai thập kỷ để nhận kết quả qua kính viễn vọng vô tuyến của chúng tôi.

Mục tiêu: xác định vị trí của một hố đen thực sự gần

Lỗ đen như một mục tiêu nhiệm vụ

Nút thắt cổ chai cũng không kém phần quan trọng: tìm thấy một lỗ đen cách xa khoảng 20-25 năm ánh sáng. Mặc dù nhiều người đã biết, nhưng gần nhất đã được xác nhận, GAIA-BH1, là về 1.560 năm ánh sáng, rõ ràng là quá xa để có thể thực hiện sứ mệnh một thế hệ với công nghệ được đề xuất. Khám phá sự khác biệt giữa lỗ đen và lỗ sâu.

Nội dung độc quyền - Bấm vào đây Một loại thuốc uống hàng ngày mới giúp đơn giản hóa việc điều trị HIV.

Các mô hình dân số sao cho thấy rằng, Theo thống kê thuần túy, phải có ít nhất một ở thang khoảng cách đó. Thách thức là tìm ra nó, bởi vì lỗ đen chúng không phát ra hoặc phản xạ ánh sáng và tiết lộ sự hiện diện của chúng thông qua các hiệu ứng gián tiếp: thấu kính vi hấp dẫn, nhiễu loạn trong các ngôi sao đồng hành hoặc phát xạ vật chất rất yếu từ môi trường giữa các vì sao rơi về phía chúng.

Các nhóm khoa học đề xuất các chiến lược tìm kiếm với kính viễn vọng như James Webb hoặc mạng lưới lớn trong vô tuyếnvà không loại trừ khả năng đó sóng hấp dẫn giúp xác định các ứng cử viên bị cô lập. Đối với Bambi, có thể nghiên cứu các thiên hà gần đó cho phép bạn xác định vị trí mục tiêu ở khoảng cách thích hợp.

Điều kiện biên giới được thể hiện rõ ràng trong thiết kế nhiệm vụ: hơn 40-50 năm ánh sáng thời gian và sự phức tạp leo thang quá mức, đến mức quay trở lại dự án không khả thi với các thông số hiện tại.

Những thí nghiệm nào sẽ được thực hiện bên cạnh hố đen?

Thách thức khoa học lớn nhất là đưa trọng lực vào thử thách khắc nghiệt nhất. Nhiệm vụ này sẽ kiểm tra, bằng các thiết bị tại chỗ, liệu Thuyết tương đối tổng quát mô tả một cách trung thực môi trường khắc nghiệt của một lỗ đen hoặc nếu xuất hiện những sai lệch chỉ ra vật lý vượt xa Einstein.

Nội dung độc quyền - Bấm vào đây GRU Space và khách sạn đầu tiên trên Mặt Trăng: đặt chỗ, kế hoạch và những câu hỏi

Bài kiểm tra đầu tiên: Hệ mét Kerr, mô hình hóa không-thời gian xung quanh một lỗ đen đang quay. Bằng cách đo quỹ đạo, độ tiến động và độ dịch chuyển đỏ của tín hiệu do đầu dò phát ra, điều này có thể được xác minh. nếu các dự đoán phù hợp với độ chính xác chưa từng đạt được trước đây.

Bài kiểm tra thứ hai: sự tồn tại của chân trời sự kiệnVới hai đầu dò, một ở khoảng cách an toàn và đầu dò còn lại đang tiến lại gần, lý thuyết cổ điển dự đoán rằng tín hiệu từ đầu dò gần nhất yếu đi và đỏ hơn cho đến khi nó biến mất một cách tiệm cận. Các lựa chọn thay thế kỳ lạ (ví dụ: cấu hình kiểu 'quả bóng dây') sẽ dự đoán sự mất điện đột ngột do va chạm với bề mặt.

Bài kiểm tra thứ ba: có thể các biến thể của hằng số cơ bản trong trường hấp dẫn cực đại. So sánh các vạch nguyên tử nhạy cảm với hằng số cấu trúc tinh tế sẽ cho phép tìm kiếm những thay đổi nhỏ điều đó sẽ viết lại sự hiểu biết của chúng ta về vật lý.