Diese Visualisierung zeigt zwei verschmelzende Schwarze Löcher, deren große Geschwindigkeit das um sie herum schwingende Laserlicht verstärken könnte.
(Bild: © Goddard Space Flight Center der NASA)
Zukünftige Raumschiffe könnten Schwarze Löcher als mächtige Startrampen verwenden, um die Sterne zu erkunden.
Eine neue Studie sieht vor, Laserstrahlen abzufeuern, die sich um ein Schwarzes Loch krümmen und mit zusätzlicher Energie zurückkehren, um ein Raumschiff in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit zu bringen. Astronomen könnten nach Anzeichen dafür suchen, dass außerirdische Zivilisationen einen solchen "Halo-Antrieb" verwenden, wie die Studie ihn nennt, indem sie feststellen, ob Paare von Schwarzen Löchern häufiger als erwartet verschmelzen.
Der Studienautor David Kipping, Astrophysiker an der Columbia University in New York, kam auf die Idee, den Halo-Drive durch das zu führen, was er "die Denkweise des Spielers" nennt.
"Manchmal findet man in einem Computerspiel einen" Exploit ", einen Hack, mit dem man etwas Überwältigtes tun kann, das sonst nach den Spielregeln verboten wäre", sagte Kipping gegenüber Space.com. "In diesem Fall ist das Spiel die physische Welt, und ich habe versucht, über Exploits nachzudenken, die es einer Zivilisation ermöglichen würden, einen relativistischen Hin- und Rückflug durch die Galaxie zu erreichen, ohne die enormen Energiekosten, die man naiv annehmen könnte."
Eine zentrale Herausforderung bei der Verwendung von Raketen zum Fliegen durch den Weltraum ist dies das Treibmittel, das sie mit sich tragen hat Masse. Lange Fahrten erfordern viel Treibmittel, was die Raketen schwer macht, was wiederum mehr Treibmittel erfordert, was die Raketen noch schwerer macht und so weiter. Dieses Problem wird exponentiell schlimmer, je größer die Rakete wird.
Anstatt Treibmittel für den Antrieb zu tragen, könnten sich Raumfahrzeuge, die mit spiegelähnlichen Segeln ausgestattet sind, auf Laser verlassen, um sie nach außen zu drücken. Die 100 Millionen Dollar Durchbruch Starshot-Initiative, angekündigt im Jahr 2016, plant den Einsatz leistungsstarker Laser, um Schwärme von Raumfahrzeugen mit einer Lichtgeschwindigkeit von bis zu 20 Prozent nach Alpha Centauri zu treiben, dem nächstgelegenen Sternensystem.
Die Raumschiffe, die Breakthrough Starshot starten soll, haben jeweils nur die Größe eines Mikrochips. Um größere Raumschiffe auf relativistische Geschwindigkeiten zu beschleunigen - auf einen signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit - suchte Kipping die Hilfe der Schwerkraft.
Raumschiffe verwenden jetzt regelmäßig "Schleudermanöver", bei denen die Schwerkraft eines Körpers wie eines Planeten oder eines Mondes die Schiffe über den Weltraum schleudert und ihre Geschwindigkeit erhöht. 1963 schlug der berühmte Physiker Freeman Dyson vor, dass Raumschiffe jeder Größe sich auf Schleudermanöver um kompakte Paare weißer Zwerge oder Neutronensterne verlassen könnten, um mit relativistischer Geschwindigkeit zu fliegen. (Dyson kam auf die Idee, was als bekannt wurde Dyson-Kugel, eine Megastruktur, die einen Stern einschließt, um so viel Energie wie möglich einzufangen, um eine fortschrittliche Zivilisation anzutreiben.)
Bei einer "Dyson-Schleuder" besteht jedoch die Gefahr, dass ein Raumschiff durch extreme Gravitationskräfte und gefährliche Strahlung dieser toten Sternepaare beschädigt wird. Stattdessen schlägt Kipping vor, dass die Schwerkraft Raumschiffe unterstützen könnte, indem sie die Energie von Laserstrahlen erhöht, die an den Rändern von Schwarzen Löchern abgefeuert werden.
Schwarze Löcher besitzen Gravitationsfelder, die so stark sind, dass ihnen nichts entgehen kann, wenn sie nahe genug kommen, nicht einmal Licht. Ihre Gravitationsfelder können auch die Wege von Lichtphotonen verzerren, die nicht in die Löcher fallen.
1993 schlug der Physiker Mark Stuckey vor, dass ein Schwarzes Loch im Prinzip wie ein "Gravitationsspiegel" wirken könnte, indem die Schwerkraft des Schwarzen Lochs ein Photon herumschleudern könnte, so dass es an seiner Quelle zurückfliegt. Kipping berechnete, dass, wenn sich ein Schwarzes Loch in Richtung der Quelle eines Photons bewegte, das "Bumerang-Photon" einen Teil der Energie des Schwarzen Lochs wegziehen würde.
Kipping verwendete einen sogenannten "Halo-Antrieb" - benannt nach dem Lichtring, den er um ein Schwarzes Loch erzeugen würde - und stellte fest, dass selbst Raumschiffe mit der Masse des Jupiter relativistische Geschwindigkeiten erreichen konnten. "Eine Zivilisation könnte Schwarze Löcher als galaktische Wegpunkte ausnutzen", schrieb er eine Studie Vom Journal der British Interplanetary Society akzeptiert und online am 28. Februar auf dem arXiv-Preprint-Server beschrieben.
Je schneller sich ein Schwarzes Loch bewegt, desto mehr Energie könnte ein Halo-Antrieb daraus ziehen. Daher konzentrierte sich Kipping hauptsächlich auf die Verwendung von Paaren von Schwarzen Löchern, die vor einer Fusion aufeinander zu gewunden waren.
Astronomen könnten nach Anzeichen dafür suchen, dass außerirdische Zivilisationen Paare von Schwarzen Löchern für Reisen mit einem solchen Motor ausnutzen. Zum Beispiel würden Halo-Laufwerke effektiv Energie von solchen stehlen binäre SchwarzlochsystemeKipping erhöhte die Geschwindigkeit, mit der Paare von Schwarzen Löchern über das hinaus verschmelzen, was man natürlich erwarten würde.
Seine Ergebnisse basierten auf Boosts von Paaren von Schwarzen Löchern, die sich mit relativistischer Geschwindigkeit umkreisen. Obwohl es in der Milchstraße schätzungsweise 10 Millionen Paare von Schwarzen Löchern gibt, stellte Kipping fest, dass nur wenige von ihnen wahrscheinlich lange mit relativistischen Geschwindigkeiten umkreisten, da sie ziemlich schnell verschmelzen würden.
Dennoch bemerkte er, dass isolierte, sich drehende Schwarze Löcher auch Halo-Antriebe mit relativistischer Geschwindigkeit starten könnten, "und wir kennen bereits zahlreiche Beispiele für relativistische, sich drehende supermassereiche Schwarze Löcher."
Der Hauptnachteil eines Halo-Laufwerks wäre, dass "man zum nächsten Schwarzen Loch fahren muss", sagte Kipping. "Es ist vergleichbar mit der Zahlung einer einmaligen Mautgebühr für das Fahren auf dem Autobahnsystem. Sie müssen etwas Energie bezahlen, um den nächsten Zugangspunkt zu erreichen, aber danach können Sie so lange kostenlos fahren, wie Sie möchten."
Der Halo-Antrieb arbeitet nur in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs in einem Abstand von etwa dem Fünf- bis 50-fachen des Durchmessers des Schwarzen Lochs. "Deshalb muss man zuerst zum nächsten Schwarzen Loch reisen und [warum] kann man das nicht einfach über Lichtjahre hinweg tun", sagte Kipping. "Wir brauchen immer noch zuerst ein Mittel, um zu nahe gelegenen Sternen zu reisen, um das Autobahnsystem zu befahren.
"Wenn wir einen relativistischen Flug erreichen wollen, sind immense Energieniveaus erforderlich, unabhängig davon, welches Antriebssystem Sie verwenden", fügte er hinzu. "Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, astronomische Objekte als Energiequelle zu verwenden, da sie buchstäblich besitzen astronomische Energieniveaus in ihnen. In diesem Fall ist die Black-Hole-Binärdatei im Wesentlichen eine riesige Batterie, die darauf wartet, dass wir sie abhören. Die Idee ist, mit der Natur zu arbeiten und nicht dagegen. "
Kipping untersucht derzeit Möglichkeiten, andere astronomische Systeme für den relativistischen Flug zu nutzen. Solche Techniken "sind möglicherweise nicht ganz so effizient oder schnell wie der Halo-Drive-Ansatz, aber diese Systeme verfügen über die für diese Fahrten erforderlichen tiefen Energiereserven", sagte Kipping.
- The Cataclysm Hunters: Suche nach doppelten schwarzen Löchern
- Doppelte Kollision mit schwarzen Löchern durch Gravitationswellendetektoren
- Laserantrieb: Wilde Idee kann endlich leuchten
