کالبدشکافی سفر غیرممکن؛ چگونه میتوان یک فضاپیما به سیاهچاله فرستاد؟
سیاهچالهها یکی از غیرعادیترین محیطهای موجود در جهان هستند. آنها سرچشمه برخی از نیرومندترین میدانهای گرانشی پایدارند و همین موضوع به ما امکان میدهد نظریه نسبیت عام اینشتین را در حدی آزمایش کنیم که با اجرام کوچکتر امکانپذیر نیست. بااینحال، ما به مرزهای توانایی خود برای مطالعه سیاهچالهها از راه دور نزدیک شدهایم. به همین دلیل، پژوهشگران مختلف در این فکر هستند که شاید روزی بتوان کاوشگری را بهطور مستقیم به سوی یک سیاهچاله فرستاد و آن را از نزدیک مشاهده کرد.
یکی از فعالترین پژوهشگران در این زمینه، «کوزیمو بامبی»، اخترفیزیکدان از دانشگاه فودان در شانگهای چین است. او با انتشار مقالهای تازه که هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته، امکانپذیری ارسال کاوشگری بسیار کوچک در حد چند گرم را به سیاهچالهای نزدیک بررسی کرده است.
سیاهچاله نزدیک کجاست؟
متأسفانه، ما هنوز هیچ سیاهچالهای را که بتوان آن را «نزدیک» نامید نمیشناسیم. نزدیکترین سیاهچاله شناختهشده به ما «گایا BH1» نام دارد که در فاصله تقریباً ۱۵۶۰ سال نوری از زمین، در صورت فلکی مارافسای قرار گرفته است. بااینحال، ما صرفاً بهلطف کشش گرانشی بسیار ضعیفی که این سیاهچاله بر ستاره همدم نزدیکش وارد میکند، از وجود آن اطلاع داریم. احتمالاً سیاهچالههای بسیار بیشتری در محله کهکشانیمان وجود دارند که به دلیل نداشتن چنین نشانههایی، نامرئی ماندهاند.
براساس پژوهش اخیر، کهکشان راه شیری احتمالاً حدود ۱۰۰ میلیون سیاهچاله با جرم ستارهای در خود جای داده است. این عدد اشتباه تایپی نیست؛ به احتمال زیاد صدها میلیون سیاهچاله با ابعادی در حد یک ستاره در سراسر کهکشان ما سرگرداناند. نکته مهم این است که ۹۲ درصد آنها منزوی هستند و ستاره همدمی ندارند که حضورشان را آشکار کند؛ بنابراین عملاً نامرئیاند، زیرا هر نوری را که به سمتشان هدایت شود میبلعند.
۹۲ درصد سیاهچالههای راه شیری منزوی هستند و ستاره همدمی ندارند که حضورشان را آشکار کند
اما براساس یافتههای بامبی، بهطور میانگین باید به ازای تقریباً هر ۱۵۰۰ پارسک مکعب (حدود ۵۲هزار سال نوری مکعب) یک سیاهچاله با جرم ستارهای وجود داشته باشد. برای مقایسه، حجم راه شیری حدود ۱۵۰ کیلوپارسک مکعب برآورد میشود.
از دیدگاه آماری، این تعداد احتمالی از سیاهچالهها، پرسشی جذاب را برمیانگیزد: آیا ممکن است سیاهچالهای ناشناخته در فاصله ۲۰ تا ۲۵ سال نوری از زمین وجود داشته باشد؟ البته چنین سیاهچالهای در این فاصله هیچ تهدیدی برای منظومه شمسی ایجاد نمیکند؛ اما وجود آن فرصتی در اختیارمان میگذارد تا کاوشگری ویژه را در طول عمر انسان برای بازدید از آن ارسال کنیم.
- اخترشناسان نزدیکترین سیاهچاله به زمین را کشف کردهاند19 آبان 01مطالعه '3
البته اول باید چنین سیاهچالهای را پیدا کنیم. بامبی پیشنهاد میکند که میتوانیم این کار را با رصد تابشی انجام دهیم که سیاهچاله هنگام بلعیدن گاز بهدامانداخته هنگام حرکت در میان ابرهای میانستارهای محلی، منتشر میکند. بررسیهای نجومی چند طول موجی کنونی ما احتمالاً میتوانند چنین سیگنالی را شناسایی کنند.
مأموریت صد ساله
اکنون فرض کنیم یک سیاهچاله نزدیک پیدا کرده و تصمیم گرفتهایم کاوشگری به سوی آن بفرستیم. چنین مأموریتی چگونه خواهد بود؟
موشکها از همین ابتدا از بین گزینهها کنار گذاشته میشوند؛ زیرا بهدلیل محدودیتهایی که «معادله موشک تسیولکوفسکی» بر سفرهای فضایی تحمیل میکند، رسیدن آنها به سیاهچالهای که حتی چند سال نوری با ما فاصله داشته باشد، هزاران سال طول میکشد. بهترین گزینه، دستکم روی کاغذ، بادبان خورشیدی است که با لیزر به حرکت درآید.
لیزرها نیروی رانش چندان بالایی ارائه نمیدهند؛ درنتیجه، کاوشگر باید تا حد امکان کوچک و سبک باشد. چنین فضاپیمایی از دو بخش اصلی تشکیل میشود: «تراشه» که شامل ریزتراشهای یکگرمی حاوی تجهیزات ناوبری، علمی و ارتباطی است و «بادبان» که در مقاله بهعنوان بادبان نوری از جنس «فراماده دیالکتریک» با مساحت ۱۰ مترمربع توصیف شده است. این بادبان با استفاده از لیزری عظیم شتاب میگیرد و هدفش این است که کل مجموعه را تنها در ۱۷ دقیقه به یکسوم سرعت نور برساند.
روی کاغذ هیچکدام از این چالشها حلنشدنی نیستند و صرفاً به مهندسی پیشرفتهتر نیاز دارند
با چنین سرعتی، رسیدن به سیاهچالهای در فاصله ۲۰ تا ۲۵ سال نوری، بین ۶۰ تا ۷۰ سال طول خواهد کشید. متأسفانه هیچ راهی برای کاهش سرعت هنگام رسیدن به مقصد وجود ندارد؛ از همینرو، کاوشگر باید با سرعت زیاد از کنار سیاهچاله بگذرد، در کوتاهترین زمان ممکن، بیشترین داده ممکن را جمعآوری کند و سپس این دادههای پیچیده را به زمین بازگرداند؛ کاری که خود ۲۰ تا ۲۵ سال دیگر زمان خواهد برد.
در نهایت، کل مأموریت بین ۸۰ تا ۱۰۰ سال طول میکشد و به احتمال زیاد از عمر مهندسان و دانشمندانی که کار روی آن را آغاز کردهاند، بیشتر خواهد بود.
فناوری هنوز آنقدر پیشرفته نیست
اگر بخواهیم صریح باشیم، ما هنوز فناوری لازم برای چنین مأموریتی را نداریم. تراشه یکگرمی که بتواند دههها سفر با سرعتهای میانستارهای را تحمل کند و در عین حال قادر باشد دادههای علمی منسجم را از فاصله ۲۰ سال نوری به زمین ارسال کند، فراتر از توان مهندسی کنونی ما است. ساخت لیزر فضایی نیز که بتواند چنین سامانهای را به کسری از سرعت نور برساند، هنوز امکانپذیر نیست.
تمام این فرضیات در حالی است که هماکنون حتی یک سیاهچاله شناختهشده هم نداریم که بتوانیم کاوشگر را به سمت آن نشانه برویم. متأسفانه یکی از بهترین تلاشهای دانشمندان برای ساخت فناوریهای موردنیاز چنین مأموریتی، یعنی پروژه «برکترو استارشات» در سپتامبر ۲۰۲۵ متوقف شد.
- برکترو استارشات؛ داستان ظهور و افول بلندپروازانهترین پروژه سفر میانستارهای09 آبان 04مطالعه '18
بااینحال، روی کاغذ هیچکدام از این چالشها حلنشدنی نیستند و صرفاً به مهندسی پیشرفتهتر نیاز دارند. همین حالا نیز گروههای پژوهشی برای ساخت سامانههای علمی، تجهیزات و ارتباطات موردنیاز چنین مأموریتی در حال شکلگیری هستند و قرار است تابستان ۲۰۲۷ کنفرانسی بینالمللی با موضوع این فناوریها برگزار شود.
مطمئناً تا آن زمان یک سامانه کاملاً عملیاتی و آماده مأموریت نخواهیم داشت، اما هر گامی که برای حل یکی از این چالشها برداشته شود، ما را یک قدم به فرستادن مأموریتی به سوی سیاهچاله نزدیکتر میکند. فقط اول باید یکی از آنها را در نزدیکی خودمان پیدا کنیم.
مطالعه در پایگاه داده آرکایو منتشر شده است.
