To może być niebezpieczne - może być świetną zabawą! Taka jest opinia jednego z czołowych astrofizyków w Stanach Zjednoczonych i dowcipnie zastanawia się nad możliwościami, jakie mogliby uzyskać ludzie, gdyby zostali przetransportowani w okolice supermasywnej czarnej dziury. Zasugerował, że postęp w rozwoju silników kosmicznych może pozwolić na zorganizowanie „badań terenowych” najbliższej takiej dziury.
Od lat 90-tych wiedzieliśmy, że planety mogą orbitować wokół pulsarów, niezwykle gęstych obiektów powstałych w wyniku potężnych eksplozji gwiazd. Rozsądnie byłoby założyć, że mogą obracać się wokół czarnych dziur, które, co zaskakujące dla wielu, mają mniejszy wpływ na ich środowisko niż pulsary. Niektóre z tych planet mogą nawet mieć życie, ponieważ wiele żywych istot na Ziemi, jak wiemy, przystosowało się do ekstremalnych warunków, w tym do bardzo wysokich i niskich temperatur, środowisk kwaśnych, zasolonych, a nawet radioaktywnych.
Zamieszkane planety można znaleźć w pobliżu supermasywnych czarnych dziur, które znajdują się w centrum większości galaktyk. Nasza własna galaktyka, Droga Mleczna, kryje w sobie czarną dziurę o masie równej masie czterech milionów gwiazd łącznie. Najbardziej wewnętrzna stabilna orbita kołowa (SVUKO) tego obiektu, znana jako Sgr A * (Sagittarius A *), jest mniej więcej równa orbicie, po której Merkury porusza się wokół naszego Słońca.
Jak by to było żyć na takiej planecie?
Zanim porozmawiamy o wielu zagrożeniach dla życia w pobliżu czarnej dziury, przyjrzyjmy się korzyściom. Jeśli cywilizacje pojawią się lub migrują w okolice czarnych dziur, jakie interesujące i przydatne rzeczy mogą tam robić? Przychodzi mi do głowy 10 najlepszych opcji:
- Wykorzystaj czarną dziurę jako źródło czystej energii, zrzucając odpady do lejka dysku akrecyjnego, wokół którego obraca się wir materii. Do 42% masy własnej odpadów można przekształcić w promieniowanie w czarnej dziurze SVUKO obracającej się z maksymalną prędkością.
- Podłącz jakiś mechanizm inżynieryjny do osi obrotu czarnej dziury, jak gigantyczne koło zamachowe, z którego można zbierać energię.
- Płyń na żaglach fotonowych wzdłuż relatywistycznych dżetów z prędkością bliską prędkości światła.
- Przedłużenie młodości odwiedzając gabinety kosmetyczne zlokalizowane blisko horyzontu czarnej dziury, gdzie czas płynie wolniej w wyniku grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni.
- Ciesz się widokiem całego wszechświata, dziwnie odzwierciedlonym w obrazach soczewek grawitacyjnych wokół czarnej dziury.
- Otwórz park rozrywki na tak zwanej „sferze fotonowej”, gdzie możesz bawić się różnymi relatywistycznymi efektami, na przykład zobaczyć siebie z tyłu, patrząc prosto przed siebie, jak światło zakręca się wokół czarnej dziury.
- Weź wszystko z nowych możliwości poruszania się w przestrzeni. Tak więc, gdy za miliardy lat Droga Mleczna połączy się z sąsiednią mgławicą Andromedy, dwie czarne dziury w ich centrum połączą się w solidny układ podwójny, rodzaj katapulty grawitacyjnej, która może wystrzelić gwiazdy i planety z prędkością światła, jak wyjaśnia autor tego materiału w dwóch artykułach. współautorstwo z Jamesem Guillochonem. Biura podróży będą mogły sprzedawać bilety na niesamowite wycieczki na katapultowane planety, które przemierzą cały wszechświat.
- Wyślij przestępców do czarnej dziury jako najbezpieczniejszego więzienia z karą śmierci przez osobliwość. Długość życia więźniów zależy od masy czarnej dziury. Im mniej poważne przestępstwo popełnili, tym masywniejsza będzie ich czarna dziura i tym dłużej będą mogli żyć poza "murami więzienia", które będą uważane za horyzont czarnej dziury.
- Użyj fal grawitacyjnych emitowanych przez małe obiekty krążące wokół czarnej dziury jako środka komunikacji. Takich sygnałów nie może zablokować żadna ze znanych form materii.
- Przetestuj podstawowe aspekty grawitacji kwantowej, wysyłając grupy fizyków eksperymentalnych i ekspertów w dziedzinie teorii strun na zorganizowane wycieczki.
Głównym zagrożeniem dla astronautów, którzy próbują opanować te czynności, są siły pływowe. Jak wskazał Albert Einstein w swoim słynnym eksperymencie myślowym, ktokolwiek znajduje się wewnątrz spadającej windy lub statku kosmicznego podczas swobodnego spadania, odczuje brak grawitacji. Ale każda różnica w przyspieszeniu grawitacyjnym między jego głową a nogami może łatwo rozerwać jego ciało. Siły pływowe byłyby wyrokiem śmierci w pobliżu gwiezdnej masy czarnej dziury, ale nie stanowią zagrożenia dla ludzkiego ciała w bardziej rozszerzonej przestrzeni wokół supermasywnej czarnej dziury, takiej jak Sagittarius A *.
Odpowiednio, gęstość materii wymagana do pojawienia się czarnej dziury jest w liniowej zależności z jej krzywizną czasoprzestrzenną. Czarne dziury o małej masie powstają, gdy jądro masywnej gwiazdy zapada się do gęstości znacznie przekraczającej gęstość jądra atomowego. Ale w przypadku supermasywnej dziury, znacznie bardziej rozrzedzonej, wystarczy wypełnić orbitę Jowisza wodą w stanie ciekłym. Brzmi prosto, ale ten projekt inżynieryjny jest niewykonalny, ponieważ wymagałby ilości wody sięgającej 100 milionów słońc. Otóż ciepło, które uwolniłoby się w trakcie nalewania wody, spaliłoby wszystkie sąsiadujące obiekty infrastruktury.
Rzeczywiście, ciepło uwalniane podczas zagęszczania supermasywnej czarnej dziury stanowi poważne zagrożenie dla cywilizacji, które mogą znajdować się w centrum galaktyk. W naszym wspólnym artykule z Johnem Forbesem pokazaliśmy, że znaczna część planet we Wszechświecie może utracić swoją atmosferę i oceany, które mogą wyparować, ponieważ w pewnym momencie swojego istnienia znajdowały się w pobliżu jądra galaktyki.
Film promocyjny:
Po raz pierwszy w historii ludzkości dysponujemy technologią umożliwiającą robienie zdjęć supermasywnych czarnych dziur w centrum Drogi Mlecznej i gigantycznej eliptycznej galaktyki M87 na tle świecącej akumulacji gazu za nimi. Pierwsze takie zdjęcie zostanie opublikowane w ciągu roku.
W wykładzie z 2018 roku na konferencji Black Hole Initiatives, interdyscyplinarnym centrum badań nad czarnymi dziurami na Harvardzie, zasugerowałem, że dalszy postęp w zakresie napędu kosmicznego może umożliwić nam badania terenowe pobliskiej czarnej dziury. Będzie to świetna okazja do wypróbowania jednego z powyższych zajęć - i być może wymiany notatek na temat grawitacji kwantowej z turystami z innych cywilizacji, którzy już tam obozowali.
Abraham Loeb jest przewodniczącym Wydziału Astronomii na Uniwersytecie Harvarda, dyrektorem założycielem Harvard Black Hole Initiative oraz dyrektorem Instytutu Teorii i Obliczeń w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Jest również przewodniczącym rady doradczej gorącego projektu Breakthrough Stars.