می‌توان از سیاهچاله برای تأمین انرژی سفرهای بین‌ستاره‌ای استفاده کرد؟
آرزوی سفر به منظومه‌های ستاره‌ای دیگر حتی قبل از پرتاب اولین موشک‌ها و فضانوردها به فضا، رؤیای دیرینه‌ی بسیاری از افراد بوده است. گفتنی است با وجود پیشرفت‌های فراوان از آغاز عصر فضا، سفرهای بین‌ستاره‌ای فقط درحد رویا باقی ماندهاند. با اینکه مفاهیم تئوری متعددی برای این قبیل سفرها تعریف شدهاند، مشکلاتی مثل هزینه و زمان سفر و سوخت هنوزهم به قوت خود باقی هستند.
بسیاری از دانشمندان امیدوارند از انرژی هدایت‌شده و بادبان‌های خورشیدی برای رساندن سرعت فضاپیماهای کوچک به سرعت نور استفاده کنند؛ اما شاید راهی دیگر برای ساخت فضاپیماهای بزرگ و سریع و مسافرتهای بین‌ستاره‌ای وجود داشته باشد.
به‌نقل از دیوید کیپینگ، رئیس آزمایشگاه کول وردز (Cool Worlds) دانشگاه کلمبیا، فضاپیماهای آینده به نیروی رانش هاله‌‌ای وابسته هستند و از نیروی جاذبه‌ی سیاهچاله برای رسیدن به سرعتهای چشمگیر استفاده میکنند. کیپینگ در پژوهش اخیر خود، این مفهوم را توصیف کرده که نسخهی اولیه‌ی آن در وبسایت کول وردز موجود است.
در این تعریف، کیپینگ بزرگ‌ترین مسئله‌ی اکتشافات فضایی، یعنی زمان و انرژی لازم برای ارسال فضاپیما به مأموریت اکتشافی فراخورشید را توصیف می‌کند. او می‌گوید:
سفرهای بین‌ستاره‌ای یکی از مسائل مهم و برجسته‌‌ی پیش روی ما هستند. با این روش، می‌توانیم بین ستاره‌ها در فاصله‌ی صدها میلیون سال نوری سفر کنیم و به سفرهایی در مقیاس‌های زمانی کمتر با سوخت کمتر برسیم.
اوریون پروژه‌ای برای ساخت فضاپیمایی بود که پیشرانه‌ی آن از انفجار بمب اتمی تأمین می‌شود
به‌گفته‌ی کیپینگ، پیشرانه‌ی نسبیتی که سرعت آن برابر با کسری از سرعت نور است، ازنظر انرژی بسیار پرهزینه است. ظرفیت سوخت فضاپیماهای موجود برای رسیدن به چنین سرعتی و نیروی انفجاری آن‌ها برای ایجاد پیشرانه کافی نیست و به گزینه‌های موجود هم نمی‌توان اتکا کرد.
در سال‌های گذشته، توجه بسیاری به ایده‌ی استفاده از بادبان‌های خورشیدی و شناورهای نانو برای مأموریت‌های بین‌ستاره‌ای جلب شده است. یکی از پروژه‌های شناخته‌شده در این حوزه Breakthrough Starshot است که با هدف ارسال فضاپیماهای هوشمند در اندازه‌ی تلفن‌همراه به منظومه‌ی آلفا قنطورس در محدوده‌ی عمر انسان آغاز شده است.
بادبان‌های خورشیدی ازطریق آرایه‌ی لیزری قدرتمند به بیش از ۲۰ درصد سرعت نور می‌رسند؛ درنتیجه، این سفر در مدت ۲۰ سال امکان‌پذیر خواهد شد. کیپینگ می‌گوید:
حتی چنین فضاپیماهایی هم به چندین تراژول انرژی نیاز دارند. این میزان برابر با انرژی کل نیروگاههای هستهای است که تنها چند هفته دوام میآورد؛ درنتیجه، راهی برای ذخیرهسازی این میزان انرژی هم وجود ندارد و همین مسئله کار را برایمان سختتر می‌کند.
کیپینگ برای این منظور نسخهی تغییریافتهی Dyson Slingshot، روش پیشنهادی برای شتاب‌گیری فضاپیما را ارائه می‌کند. این روش را فریمن دایسون، فیزیکدان تئوری، پیشنهاد داده است. دایسون در کتاب خود با عنوان «روابط بین‌ستاره‌ای» نشان میدهد فضاپیما می‌تواند با چرخش دور ستارگان دودویی فشرده، به سرعت اولیه‌ی لازم برسد.
طبق تعریف دایسون، فضاپیما با حرکت به‌سمت منظومه‌ی ستاره‌ی دودویی و حرکت در اطراف این ستاره‌ها، می‌تواند به‌سرعت مدنظر برسد. درنتیجه، فضاپیما قبل از بیرون‌رفتن از منظومه‌ی ستاره‌ای، ازطریق جاذبه‌ی شدید آن‌ها، به سرعت مناسب می‌رسد؛ یعنی دوبرابر سرعت چرخش ستارگان به دور خود. شایان ذکر است ستاره‌ی دودویی دو ستاره‌ی نوترونی هستند که حول یکدیگر میچرخند.
چشم‌انداز رسیدن به چنین سرعتی برای پیشرانه، در زمان دایسون بیشتر درحد تئوری بود و هنوزهم همین‌طور است؛ اما دایسون دو دلیل برای ارزش بررسی ماشین‌های گرانشی برشمرده است:
در درجه‌ی اول، اگر پیشرانه و فناوری فضاپیما با نرخ نمایی رشد کند، زمانی خواهد رسید که مهندسی در مقیاس نجومی امکان‌پذیر و ضروری خواهد شد. در درجه‌ی دوم، اگر به‌دنبال جست‌وجوی علائم پیشرفته‌ی حیات در بخش دیگری از کیهان باشیم، در ابتدا باید به قابلیت‌های این فناوری پیشرفته پی ببریم.
به‌طور خلاصه، ممکن است ماشین‌های گرانشی روزی به واقعیت تبدیل شوند؛ ازاین‌رو، ارزش بررسی را دارند. همچنین، می‌توان ازطریق شواهد فناوری و ماشین‌های فرازمینی، هوش فرازمینی احتمالی (ETIها) را تشخیص داد.
برهمین‌اساس، کیپینگ نشان میدهد سیاه‌چاله‌ها، به‌ویژه سیاه‌چاله‌ها در ستارههای دودویی، منبع جاذبه‌ی قدرتمندی را برای این سفرها می‌توانند فراهم کنند. بخشی از این طرح پیشنهادی، مدیون موفقیت اخیر رصدخانهی LIGO، رصدخانهی امواج گرانشی تداخلسنج است که از سال ۲۰۱۶، موفق شد امواج گرانشی متعددی دریافت کند.
براساس تخمینهای اخیر، ممکن است به‌تنهایی ۱۰۰ میلیون سیاهچاله در کهکشان راهشیری وجود داشته باشد. از برخورد ستارگان دودویی مقادیر چشمگیر انرژی چرخشی آزاد می‌شود که نتیجه‌ی چرخش سریع ستارگان به دور یکدیگر است.
علاوه‌بر این، سیاه‌چاله‌ها می‌توانند به‌مثابه آینه‌ی گرانشی عمل کنند که در آن، فوتون‌های هدایت‌شده به‌سمت افق لبه‌ی رویداد خم می‌شوند و در مبدأ باردیگر صاف می‌شوند. کیپینگ ادامه میدهد:
سیاهچالهی دودویی مانند زوج آینه‌ی غول‌آسایی است که با سرعت اولیه‌ی بسیار زیاد حول یکدیگر میچرخند. رانش هاله‌‌ای (Halo Drive) از نوسان فوتونها از آینه (با نزدیک‌شدن آینه) و بازگشت فوتونها استفاده می‌کند؛ ولی بخشی از انرژی را هم از خود سیاهچالهی دودویی میگیرد (فرض کنید توپ پینگپنگ به‌سمت دیوار پرتاب شود و با سرعت بیشتری به‌سمتتان بازگردد). بدین‌ترتیب، می‌توان از انرژی سیاهچالهی دودویی برای پیشرانه استفاده کرد.
این روش پیشرانه مزیتهای واضحی دارد. برای مثال، می‌توان بدون نیاز به سوخت، سوختی که بخش زیادی از جرم فضاپیما را تشکیل میدهد، با سرعتهای نسبیتی سفر کرد.
علاوه‌براین، تعداد زیادی سیاهچاله در کل راهشیری وجود دارد که می‌توان به‌عنوان شبکهی نسبیتی سفر فضایی روی آن‌ها حساب کرد. گفتنی است دانشمندان قبلا به‌لطف کشف ستارههای پرسرعت، قدرت امواج گرانشی را شاهد بودهاند.
سیاه‌چاله‌ها امکان سفرهای فضایی بدون نیاز به سوخت را میسر می‌سازند
براساس پژوهشهای مرکز اخترفیزیک هاروارد، اسمیتسونیان (CfA)، این ستارگان نتیجه‌ی ادغامکنندگان کهکشانی و برخورد با سیاهچالههایی سنگین هستند که با سرعت یک‌دهم تا یک‌سوم سرعت نور (۳۰,۰۰۰ تا ۱۰۰,۰۰۰ کیلومتربرثانیه) از کهکشانهای خود بیرون انداخته شدهاند.
البته، این مفهوم با مشکلات و معایب متعددی هم همراه است. علاوه‌بر ساخت فضاپیمایی که توانایی پرواز نزدیک به افق رویداد سیاهچاله را داشته باشد، دقت زیادی برای این کار لازم است. درغیر این‌صورت، ممکن است فضاپیما و کارکنان آن در سیاهچاله نابود شوند. علاوه‌براین، مسئله‌ی مهم دیگری هم وجود دارد.
یکی از معایب این نظریه رسیدن به یکی از سیاه‌چاله‌ها است. در ابتدا باید از آزادراه بین‌ستاره‌ای عبور کرد و با رسیدن به هر سیاه‌چاله‌ای می‌توان بدون نیاز به سوخت زیاد، در کل کهکشان سفر کرد.
مشکل انسان برای رسیدن به نزدیکترین سیاهچاله، موضوع مقالهی بعدی کیپینگ است. با اینکه انسان از نظریهی ساخت کرهی دایسون یا استفاده از سیاهچاله برای تقویت توان فضاپیماها فاصله‌ی زیادی دارد، این نظریه پیش‌گویی هیجانانگیزی از آینده است. به‌طور خلاصه، مفهوم ماشین گرانشی سیاهچاله مسیر انسان برای تبدیل به گونههای بین‌ستاره‌ای را هموار میسازد. در‌حال‌حاضر، دانشمندان به‌دنبال بررسی فناوری فرازمینی در فضا هستند.
نظرات