Het idee om op een dag naar een ander zonnestelsel te reizen en te zien wat er is, was de koortsige droom van mensen lang voordat de eerste raketten en astronauten de ruimte in werden gestuurd. Maar ondanks alle vooruitgang die we sinds het begin van het ruimtetijdperk hebben geboekt, blijft interstellaire reizen precies dat - een koortsige droom. Hoewel theoretische concepten zijn voorgesteld, blijven de kwesties van kosten, reistijd en brandstof zeer problematisch.
Veel hoop hangt momenteel af van het gebruik van gerichte energie en lichtzeilen om kleine ruimtevaartuigen tot relativistische snelheden te duwen. Maar wat als er een manier was om een groter ruimtevaartuig snel genoeg te maken om interstellaire reizen te maken? Volgens prof. David Kipping - de leider van het Cool Worlds-lab van Columbia University - zou het toekomstige ruimtevaartuig kunnen vertrouwen op een Halo Drive, die de zwaartekracht van een zwart gat gebruikt om ongelooflijke snelheden te bereiken.
Prof. Kipping beschreef dit concept in een recent onderzoek dat online verscheen (de voordruk is ook beschikbaar op de Cool Worlds-website). Daarin behandelde Kipping de grootste uitdagingen van ruimteverkenning, namelijk de enorme hoeveelheid tijd en energie die nodig zou zijn om een ruimtevaartuig op een missie te sturen om buiten ons zonnestelsel te verkennen.
Zoals Kipping Space Magazine via e-mail vertelde:
“Interstellair reizen is een van de meest uitdagende technische hoogstandjes die we kunnen bedenken. Terwijl we ons kunnen voorstellen om gedurende miljoenen jaren tussen de sterren te drijven - wat legitiem interstellaire reizen is - om reizen op tijdschalen van eeuwen of minder te bereiken, is relativistische voortstuwing vereist. ”
Zoals Kipping het uitdrukte, is relativistische voortstuwing (of versnellen tot een fractie van de lichtsnelheid) erg duur in termen van energie. Bestaand ruimtevaartuig heeft simpelweg niet de brandstofcapaciteit om dat soort snelheden te kunnen halen, en heeft geen ontploffende kernbommen om stuwkracht te genereren - à la Project Orion (video hierboven) - of het bouwen van een fusion ramjet - à la Project Daedalus - er zijn niet veel opties beschikbaar.
De afgelopen jaren is de aandacht verschoven naar het idee om lichtzeilen en nanocraft te gebruiken om interstellaire missies uit te voeren. Een bekend voorbeeld hiervan is Doorbraak Starshot, een initiatief dat tot doel heeft om binnen ons leven een ruimtevaartuig ter grootte van een smartphone naar Alpha Centauri te sturen. Met behulp van een krachtige laserserie zou het lichtzeil worden versneld tot snelheden tot 20% van de lichtsnelheid - en daarmee de reis in 20 jaar maken.
"Maar zelfs hier heb je het over verschillende terra-joules energie voor het meest minimalistische (een gram-massa) ruimtevaartuig dat je je kunt voorstellen," zei Kipping. "Dat is de cumulatieve energie-output van kerncentrales die wekenlang draaien (wat trouwens ook niet mogelijk is om zoveel energie op te slaan)! Daarom is het zo moeilijk. "
Hiervoor suggereert Kipping een aangepaste versie van wat bekend staat als de "Dyson Slingshot", een idee dat werd voorgesteld door de vereerde theoretische natuurkundige Freeman Dyson (de geest achter de Dyson Sphere). In het boek uit 1963 Interstellaire communicatie (Hoofdstuk 12: "Gravitational Machines"), beschreef Dyson hoe ruimtevaartuigen rond compacte dubbelsterren konden schieten om een aanzienlijke snelheidsboost te krijgen.
Zoals Dyson het beschreef, een schip dat zou worden verzonden naar een compact binair systeem (twee neutronensterren die om elkaar heen draaien) waar het een zwaartekrachthulpmanoeuvre zou uitvoeren. Dit zou erin bestaan dat het ruimteschip de snelheid oppikt van de intense zwaartekracht van het binaire getal - het equivalent van tweemaal hun rotatiesnelheid aan dat van zichzelf toevoegt - voordat het uit het systeem wordt geslingerd.
Hoewel het vooruitzicht om dit soort energie te gebruiken voor de voortstuwing zeer theoretisch was in de tijd van Dyson (en dat is het nog steeds), gaf Dyson twee redenen waarom "zwaartekrachtmachines" het onderzoeken waard waren:
“Ten eerste, als onze soort zijn populatie en zijn technologie exponentieel blijft uitbreiden, kan er in de verre toekomst een tijd komen waarin engineering op astronomische schaal zowel haalbaar als noodzakelijk kan zijn. Ten tweede, als we op zoek zijn naar tekenen van technologisch geavanceerd leven die al elders in het universum bestaan, is het nuttig om na te denken over wat voor soort waarneembare fenomenen een echt geavanceerde technologie zou kunnen produceren. "
Kortom, gravitatiemachines zijn de moeite waard om te bestuderen voor het geval ze ooit mogelijk worden, en omdat deze studie ons in staat zou kunnen stellen om mogelijke buitenaardse intelligenties (ETI's) te ontdekken via de technosignaturen die dergelijke machines zouden creëren. Hierop voortbordurend, overweegt Kipping hoe zwarte gaten - vooral die in binaire paren - nog krachtigere gravitatie-katapulten zouden kunnen vormen.
Dit voorstel is gedeeltelijk gebaseerd op het recente succes van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), die sinds de eerste detectie in 2016 meerdere signalen van zwaartekrachtgolven heeft opgevangen. Volgens recente schattingen op basis van deze detecties kunnen er alleen al in het Melkwegstelsel maar liefst 100 miljoen zwarte gaten.
Waar binaire bestanden voorkomen, hebben ze een ongelooflijke hoeveelheid rotatie-energie, wat het resultaat is van hun draaiing en de manier waarop ze elkaar snel in een baan om de aarde draaien. Bovendien, zoals Kipping opmerkt, kunnen zwarte gaten ook fungeren als een zwaartekrachtspiegel - waar fotonen die op de rand van de horizon van de gebeurtenis gericht zijn, zullen buigen en direct terugkomen bij de bron. Zoals Kipping het uitdrukte:
'Dus het binaire zwarte gat is eigenlijk een paar gigantische spiegels die met potentieel hoge snelheid om elkaar heen cirkelen. De halo-aandrijving maakt hier gebruik van door fotonen tegen de "spiegel" te laten stuiteren terwijl de spiegel naar je toe komt, de fotonen stuiteren terug, duwen je voort, maar stelen ook een deel van de energie van het binaire gat in het zwarte gat zelf (bedenk hoe een pingpongbal wordt gegooid) tegen een bewegende muur zou sneller terugkomen). Met deze opstelling kan men de binaire energie van het zwarte gat oogsten voor voortstuwing. ”
Deze voortstuwingsmethode biedt verschillende duidelijke voordelen. Om te beginnen biedt het gebruikers de mogelijkheid om met relativistische snelheden te reizen zonder brandstof, wat momenteel het grootste deel van de massa van een lanceervoertuig uitmaakt. Er zijn ook de vele, vele zwarte gaten in de Melkweg, die kunnen dienen als een netwerk voor relativistische ruimtevaart.
Bovendien zijn wetenschappers al getuige geweest van de kracht van gravitatie-katapult dankzij de ontdekking van supersnelle sterren. Volgens onderzoek van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) zijn deze sterren het resultaat van galactische fusies en interactie met enorme zwarte gaten, waardoor ze met een tiende tot een derde van de snelheid uit hun sterrenstelsels worden geschopt. licht - ~ 30.000 tot 100.000 km / s (18.600 tot 62.000 mps).
Maar het concept heeft natuurlijk talloze uitdagingen en meer dan een paar nadelen. Naast het bouwen van ruimtevaartuigen die rond de eventhorizon van een zwart gat kunnen worden geslingerd, is er ook de enorme hoeveelheid precisie die nodig is - anders zouden het schip en de bemanning (als die er is) uiteindelijk uit elkaar kunnen worden getrokken in de krop van het zwarte gat. Bovendien is het eenvoudig om er een te bereiken:
'Het ding heeft een enorm nadeel voor ons, omdat we eerst naar een van deze zwarte gaten moeten gaan. Ik heb de neiging om het te zien als een interstellair snelwegsysteem - je moet een eenmalige tol betalen om op de snelweg te komen, maar als je eenmaal aan bent, kun je zoveel door de melkweg rijden als je wilt zonder dat je meer brandstof verbruikt. ”
De uitdaging van hoe de mensheid het dichtstbijzijnde geschikte zwarte gat zou kunnen bereiken, is het onderwerp van het volgende artikel van Kipping, zei hij. En hoewel een idee als dit voor ons ongeveer net zo ver weg is als het bouwen van een Dyson-bol of het gebruik van zwarte gaten om ruimteschepen aan te drijven, biedt het behoorlijk opwindende mogelijkheden voor de toekomst.
Kortom, het concept van een zwaartekrachtmachine met een zwart gat biedt de mensheid een plausibel pad om een interstellaire soort te worden. In de tussentijd zal de studie van het concept SETI-onderzoekers een andere mogelijke technische handtekening opleveren. Dus tot de dag komt dat we zoiets voor onszelf uitproberen, zullen we kunnen zien of een andere soort er al een steek in heeft genomen en het heeft laten werken!
