Naukowcy sprawdzili, czy możliwe jest wysłanie sondy do czarnej dziury

Naukowcy sprawdzili, czy możliwe byłoby wysłanie sondy o masie zaledwie jednego grama do czarnej dziury znajdującej się w odległości 20–25 lat świetlnych od Ziemi. W nowym badaniu opisali wymagania techniczne takiej misji oraz rozwiązania, które mogłyby pozwolić na dotarcie do jednego z najbardziej ekstremalnych obiektów we Wszechświecie.

Naukowcy sprawdzili, czy możliwe jest wysłanie sondy do czarnej dziury

Jak opisują astronomowie, czarne dziury należą do najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie. Są źródłami najsilniejszych pól grawitacyjnych, dzięki czemu pozwalają testować ogólną teorię względności Einsteina w stopniu niemożliwym do osiągnięcia w przypadku mniejszych obiektów. Naukowcy zbliżają się jednak do momentu, w którym nie będą mogli dowiedzieć się więcej o tych obiektach ze znacznych odległości. W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Cosimo Bambi z Fudan University przeanalizowali, czego wymagałoby wysłanie do pobliskiej czarnej dziury sondy o masie jednego grama, której celem byłaby obserwacja z bliska tego obiektu. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Jak znaleźć najbliższą czarną dziurę?

Najbliższa znana czarna dziura, Gaia BH1, jak wskazują badacze, znajduje się około 1560 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Wężownika. Jej położenie zostało poznane tylko dlatego, że wywiera ona niewielki wpływ grawitacyjny na pobliską gwiazdę towarzyszącą. Jednak w naszej galaktycznej okolicy prawdopodobnie może znajdować się znacznie więcej niewidocznych tego rodzaju obiektów, które nie mają takich charakterystycznych oznak.

Zdaniem naukowców Droga Mleczna prawdopodobnie zawiera około 100 milionów gwiazdowych czarnych dziur, a około 92 proc. z nich jest odizolowanych i nie ma gwiazdy towarzyszącej, która mogłaby wskazać na ich obecność. Oznacza to, że byłyby praktycznie niewidoczne, ponieważ pochłaniają całe docierające do nich światło. Według badania na każde około 1500 parseków sześciennych (około 52 tys. lat świetlnych sześciennych) powinno przypadać około jednej gwiazdowej czarnej dziury – Droga Mleczna ma objętość około 150 kiloparseków sześciennych.

Wedle tych założeń w odległości 20–25 lat świetlnych od Ziemi może znajdować się niewidoczna czarna dziura. Z takiej odległości nie stanowiłaby zagrożenia dla Układu Słonecznego, ale dawałaby naukowcom możliwość wysłania specjalnie zaprojektowanej sondy, która mogłaby dotrzeć do niej w ciągu życia pojedynczego człowieka. Jednak początkowo trzeba byłoby ją wykryć. Astronomowie sugerują, że można byłoby tego dokonać, obserwując promieniowanie emitowane przez nią podczas pochłaniania gazu w trakcie przemieszczania się przez lokalne obłoki międzygwiazdowe. Obecne wielozakresowe przeglądy astronomiczne prawdopodobnie mogłyby wykryć taki sygnał.

Wielkie wyzwanie inżynieryjne

Astronomowie w swoich rozważaniach założyli, że udałoby się wykryć pobliską czarną dziurę. Dotarcie do niej rakietą byłoby problematyczne, ponieważ osiągnięcie bardzo dużych prędkości wymaga zabrania ogromnych ilości paliwa, co dodatkowo zwiększa masę pojazdu i wymaga jeszcze większej ilości paliwa. Przez to podróż do czarnej dziury oddalonej nawet o kilka lat świetlnych z wykorzystaniem tego rodzaju napędu zajęłaby tysiące lat. Z teoretycznego punktu widzenia najlepszą opcją byłby żagiel słoneczny napędzany laserem.

Lasery nie przekazują dużej siły, dlatego konstrukcja takiego systemu miałaby kluczowe znaczenie. Jak opisują naukowcy, składałby się on z dwóch głównych części. Pierwszą byłby mikrochip o masie jednego grama, zawierający systemy nawigacyjne, instrumenty naukowe i urządzenia komunikacyjne. Drugą stanowiłby żagiel świetlny wykonany z dielektrycznego materiału o powierzchni 10 m². Byłby on napędzany przez potężny laser zaprojektowany tak, aby rozpędzić całą konstrukcję do jednej trzeciej prędkości światła w zaledwie 17 minut.

Przy takiej prędkości dotarcie do czarnej dziury oddalonej o 20–25 lat świetlnych zajęłoby od 60 do 70 lat. Niestety, jak podkreślają astronomowie, po dotarciu do układu nie byłoby możliwości wyhamowania. Sonda musiałaby więc przelecieć obok czarnej dziury, zebrać jak najwięcej danych w jak najkrótszym czasie, a następnie przesłać je na Ziemię. Przesłanie tych danych zajęłoby kolejne 20–25 lat. Ostatecznie cała misja trwałaby 80–100 lat i najprawdopodobniej przeżyłaby inżynierów oraz naukowców, którzy rozpoczęliby nad nią pracę.

Ludzkość nie dysponuje jeszcze technologią potrzebną do przeprowadzenia tego rodzaju misji. Sonda o masie jednego grama, która byłaby w stanie przetrwać trwającą dziesięciolecia podróż z ogromną prędkością, a jednocześnie przesyłać spójne dane naukowe na odległość 20 lat świetlnych, zdaniem badaczy wykracza poza nasze obecne możliwości inżynieryjne. To samo dotyczy kosmicznego lasera, który mógłby wystarczająco rozpędzić taki system. Obecnie nie jest znana również sama czarna dziura, do której miałaby się odbyć podróż. Jednak, jak podkreślają astronomowie, w teorii żadne z tych wyzwań nie jest nie do pokonania. Wymagają one jedynie lepszych rozwiązań inżynieryjnych.

Emil Gołoś