Het idee om naar een ander sterrenstelsel te reizen was de droom van mensen lang voordat de eerste raketten en astronauten de ruimte in werden gestuurd. Maar ondanks alle vooruitgang die we hebben geboekt sinds het begin van het ruimtetijdperk, interstellaire reizen blijft precies dat - een droom. Hoewel theoretische concepten zijn voorgesteld, de kwestie van de kosten, reistijd en brandstof blijven zeer problematisch.

Veel hoop hangt momenteel af van het gebruik van gerichte energie en lichtzeilen om kleine ruimtevaartuigen naar relativistische snelheden te duwen. Maar wat als er een manier was om grotere ruimtevaartuigen snel genoeg te maken om interstellaire reizen uit te voeren? Volgens prof. David Kipping, de leider van het Cool Worlds-lab van Columbia University, toekomstig ruimtevaartuig zou 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 online verschenen onderzoek (de preprint staat ook op de website van Cool Worlds). In het, Kipping ging in op een van de grootste uitdagingen van ruimteverkenning, dat is de enorme hoeveelheid tijd en energie die nodig zou zijn om een ​​ruimtevaartuig op een missie te sturen om buiten ons zonnestelsel te verkennen.

Kipping vertelde Universe Today via e-mail:"Interstellair reizen is een van de meest uitdagende technische hoogstandjes die we kunnen bedenken. Hoewel we ons kunnen voorstellen dat we over miljoenen jaren tussen de sterren afdrijven - wat legitiem interstellair reizen is - om reizen te bereiken op tijdschalen van eeuwen of minder vereist relativistische voortstuwing."

Zoals Kipping het uitdrukte, relativistische voortstuwing (of versnellen tot een fractie van de snelheid van het licht) is erg duur in termen van energie. Bestaande ruimtevaartuigen hebben gewoon niet de brandstofcapaciteit om dat soort snelheden te halen, en afgezien van het laten ontploffen van kernwapens om stuwkracht te genereren à la Project Orion, of het bouwen van een fusie-straalmotor à la Project Daedalus, er zijn niet veel opties beschikbaar.

In recente jaren, de aandacht is verschoven naar het idee om lichtzeilen en nanocraft te gebruiken om interstellaire missies uit te voeren. Een bekend voorbeeld is Breakthrough 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 laserarray, het lichtzeil zou worden versneld tot snelheden tot 20 procent van de snelheid van het licht - dus de reis in 20 jaar maken.

"Maar ook hier je hebt het over verschillende terra-joules energie voor het meest minimalistische (een gram-massa) ruimtevaartuig dat denkbaar is, "zei Kipping. "Dat is de cumulatieve energie-output van kerncentrales die wekenlang draaien... dus daarom is het moeilijk."

hieraan, Kipping suggereert een aangepaste versie van de "Dyson Slingshot, " een idee voorgesteld door de vereerde theoretisch fysicus Freeman Dyson, de theoreticus achter de Dyson Sphere. In het boek uit 1963 Interstellaire communicatie (Hoofdstuk 12:"Zwaartekrachtmachines"), Dyson beschreef hoe ruimtevaartuigen rond compacte dubbelsterren konden slingeren om een ​​aanzienlijke snelheidsverhoging te krijgen.

Zoals Dyson het beschreef, een schip zou naar een compact binair systeem worden gestuurd waar het een zwaartekracht-assisterende manoeuvre zou uitvoeren. Dit zou bestaan ​​uit het ruimteschip dat snelheid oppikt van de intense zwaartekracht van het binaire getal, het equivalent van tweemaal hun rotatiesnelheid optellen bij zijn eigen, en wordt dan uit het systeem geslingerd.

Hoewel het vooruitzicht om dit soort energie te gebruiken voor de voortstuwing zeer theoretisch was in Dysons tijd (en nog steeds is), Dyson gaf twee redenen waarom 'zwaartekrachtmachines' het ontdekken waard waren:

"Eerst, als onze soort zijn populatie en zijn technologie exponentieel blijft uitbreiden, er kan een tijd komen in de verre toekomst waarin engineering op astronomische schaal zowel haalbaar als noodzakelijk kan zijn. Tweede, als we zoeken naar tekenen van technologisch geavanceerd leven dat al elders in het universum bestaat, het is nuttig om te overwegen wat voor soort waarneembare verschijnselen een echt geavanceerde technologie zou kunnen produceren."

Kortom, zwaartekrachtmachines zijn het bestuderen waard voor het geval ze ooit mogelijk worden, en omdat deze studie ons in staat zou kunnen stellen om mogelijke buitenaardse intelligenties (ETI's) op te sporen door de technosignaturen te detecteren die dergelijke machines zouden creëren. Hierop voortbouwend, Kipping overweegt hoe zwarte gaten, vooral die gevonden in binaire paren, zou nog krachtigere zwaartekrachtkatapulten kunnen vormen.

Dit voorstel is gedeeltelijk gebaseerd op het recente succes van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), die sinds 2016 meerdere zwaartekrachtgolfsignalen heeft gedetecteerd. Volgens recente schattingen op basis van deze detecties, er zouden maar liefst 100 miljoen zwarte gaten in het Melkwegstelsel alleen kunnen zijn.

Waar binaire bestanden voorkomen, ze bezitten een ongelooflijke hoeveelheid rotatie-energie, wat het resultaat is van hun spin en de manier waarop ze snel om elkaar heen draaien. In aanvulling, als Kipping-notities, zwarte gaten kunnen ook fungeren als een zwaartekrachtspiegel - waarbij fotonen die op de rand van de waarnemingshorizon zijn gericht, zich ombuigen en rechtstreeks terugkeren naar de bron. Zoals Kipping het uitdrukte:

"Dus het binaire zwarte gat is in feite een paar gigantische spiegels die met potentieel hoge snelheid om elkaar heen cirkelen. De halo-drive maakt hiervan gebruik door fotonen van de "spiegel" te laten weerkaatsen wanneer de spiegel je nadert, de fotonen kaatsen terug, je voortduwen, maar stel ook een deel van de energie van het binaire zwarte gat zelf (denk aan hoe een pingpongbal die tegen een bewegende muur wordt gegooid, sneller terug zou komen). Met behulp van deze opstelling, men kan de binaire energie van het zwarte gat oogsten voor voortstuwing."

Deze wijze van voortstuwing biedt een aantal voor de hand liggende voordelen. Voor starters, het biedt gebruikers de mogelijkheid om met relativistische snelheden te reizen zonder brandstof, die momenteel goed is voor het grootste deel van de massa van een draagraket. En er zijn er veel, veel zwarte gaten die overal in de Melkweg voorkomen, die zou kunnen fungeren als een netwerk voor relativistische ruimtevaart.

Bovendien, wetenschappers zijn al getuige geweest van de kracht van zwaartekrachtkatapulten dankzij de ontdekking van supersnelle sterren. Volgens onderzoek van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), deze sterren zijn het resultaat van galactische fusies en interactie met massieve zwarte gaten, die ze uit hun sterrenstelsels schoppen met een tiende tot een derde van de snelheid van het licht - ongeveer 30, 000 tot 100, 000 km/s (18, 600 tot 62, 000 mp).

Maar natuurlijk, het concept brengt talloze uitdagingen en meer dan een paar nadelen met zich mee. Naast het bouwen van ruimtevaartuigen die het kunnen verdragen om rond de waarnemingshorizon van een zwart gat te worden geslingerd, een enorme hoeveelheid precisie is vereist - anders, het schip en de bemanning (als die er is) zouden uit elkaar kunnen worden getrokken in de muil van het zwarte gat. Aanvullend, er is gewoon een kwestie van het bereiken van een:

"[Het] ding heeft een enorm nadeel voor ons, omdat we eerst bij een van deze zwarte gaten moeten komen. Ik heb de neiging om het te zien als een interstellair snelwegsysteem - je moet een eenmalige tol betalen om op de snelweg, maar als je eenmaal bezig bent, je kunt zo veel door de melkweg rijden als je wilt zonder nog meer brandstof te verbruiken."

De uitdaging hoe de mensheid het dichtstbijzijnde geschikte zwarte gat zou kunnen bereiken, zal het onderwerp zijn van Kippings volgende paper, gaf hij aan. En hoewel een idee als dit voor ons ongeveer net zo ver weg staat als het bouwen van een Dyson Sphere of het gebruik van zwarte gaten om ruimteschepen aan te drijven, het biedt een aantal 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. Ondertussen, de studie van het concept zal SETI-onderzoekers voorzien van een andere mogelijke technosignatuur om naar te zoeken. Dus tot de dag komt dat we dit zelf kunnen proberen, we zullen kunnen zien of andere soorten het al hebben laten werken.