Ý tưởng về một ngày du hành tới một hệ sao khác và nhìn thấy những gì đang có là giấc mơ gây sốt của mọi người từ lâu trước khi những tên lửa và phi hành gia đầu tiên được gửi lên vũ trụ. Nhưng bất chấp tất cả những tiến bộ chúng ta đã đạt được kể từ đầu Thời đại Không gian, du lịch giữa các vì sao vẫn chỉ là như vậy - một giấc mơ gây sốt. Trong khi các khái niệm lý thuyết đã được đề xuất, các vấn đề về chi phí, thời gian đi lại và nhiên liệu vẫn còn nhiều vấn đề.
Rất nhiều hy vọng hiện đang xoay quanh việc sử dụng năng lượng và đèn chiếu sáng để đẩy các tàu vũ trụ nhỏ đến tốc độ tương đối tính. Nhưng nếu có một cách để làm cho tàu vũ trụ lớn hơn đủ nhanh để thực hiện các chuyến đi giữa các vì sao thì sao? Theo giáo sư David Kipping - lãnh đạo phòng thí nghiệm Đại học Columbia Cool Cool Worlds - tàu vũ trụ trong tương lai có thể dựa vào Halo Drive, sử dụng lực hấp dẫn của lỗ đen để đạt tốc độ đáng kinh ngạc.
Giáo sư Kipping đã mô tả khái niệm này trong một nghiên cứu gần đây xuất hiện trực tuyến (bản in sẵn cũng có sẵn trên trang web của Cool Worlds). Trong đó, Kipping đã giải quyết những thách thức lớn nhất do thám hiểm không gian, đó là lượng thời gian và năng lượng tuyệt đối cần thiết để đưa tàu vũ trụ thực hiện nhiệm vụ khám phá ngoài Hệ mặt trời của chúng ta.
Như Kipping đã nói với Tạp chí Không gian qua email:
Du lịch giữa các vì sao là một trong những kỳ công kỹ thuật thách thức nhất mà chúng ta có thể nghĩ ra. Trong khi chúng ta có thể dự tính trôi dạt giữa các ngôi sao trong hàng triệu năm - đó là du hành giữa các vì sao một cách hợp pháp - để đạt được những chuyến đi trong thời gian hàng thế kỷ hoặc ít hơn đòi hỏi phải có sự thúc đẩy tương đối.
Như Kipping nói, lực đẩy tương đối tính (hoặc tăng tốc đến một phần tốc độ ánh sáng) rất tốn kém về mặt năng lượng. Tàu vũ trụ hiện tại đơn giản là không có công suất nhiên liệu để có thể đạt được những loại tốc độ đó và không kích nổ các hạt nhân để tạo lực đẩy - à la Project Orion (video ở trên) - hoặc xây dựng một máy bay phản lực nhiệt hạch - à la Dự án Daedalus - không có nhiều lựa chọn có sẵn.
Trong những năm gần đây, sự chú ý đã chuyển sang ý tưởng sử dụng đèn chiếu sáng và nanocraft để thực hiện các nhiệm vụ giữa các vì sao. Một ví dụ nổi tiếng về điều này là Starshot đột phá, một sáng kiến nhằm gửi một tàu vũ trụ có kích thước điện thoại thông minh đến Alpha Centauri trong vòng đời của chúng tôi. Sử dụng một dãy laser mạnh mẽ, đèn chiếu sáng sẽ được tăng tốc tới tốc độ lên tới 20% tốc độ ánh sáng - do đó thực hiện chuyến đi trong 20 năm.
Tuy nhiên, ngay cả ở đây, bạn đang nói về một số năng lượng cho tàu vũ trụ tối giản nhất (một khối lượng gram) có thể tưởng tượng được, ông Kipping nói. Tuy nhiên, đó là sản lượng năng lượng tích lũy của các nhà máy điện hạt nhân hoạt động trong nhiều tuần liền (mà bằng cách này, chúng tôi cũng không có cách nào để lưu trữ quá nhiều năng lượng)! Vì vậy, đây là lý do tại sao nó khó khăn.
Về vấn đề này, Kipping gợi ý một phiên bản sửa đổi của cái được gọi là Cái Dyson Slingshot, một ý tưởng đã được đề xuất bởi nhà vật lý lý thuyết đáng kính Freeman Dyson (người đứng sau Dyson Sphere). Trong cuốn sách năm 1963, Truyền thông liên sao (Chương 12: Máy hấp dẫn của Hồi giáo), Dyson đã mô tả cách tàu vũ trụ có thể bắn súng xung quanh các ngôi sao nhị phân nhỏ gọn để nhận được sự gia tăng đáng kể về vận tốc.
Như Dyson đã mô tả về nó, một con tàu sẽ được gửi đến một hệ nhị phân nhỏ gọn (hai ngôi sao neutron quay quanh nhau) nơi nó sẽ thực hiện một động tác hỗ trợ trọng lực. Điều này sẽ bao gồm tàu vũ trụ lấy tốc độ từ lực hấp dẫn cực mạnh của nhị phân - thêm tương đương với hai lần vận tốc quay của chúng vào chính nó - trước khi bị đẩy ra khỏi hệ thống.
Trong khi triển vọng khai thác loại năng lượng này vì mục đích đẩy là lý thuyết rất cao trong thời gian Dysonùi (và vẫn còn), Dyson đưa ra hai lý do tại sao máy hấp dẫn Hồi giáo đáng để khám phá:
Trước tiên, nếu loài của chúng ta tiếp tục mở rộng dân số và công nghệ của nó với tốc độ theo cấp số nhân, có thể sẽ đến một thời điểm trong tương lai xa, nơi kỹ thuật ở quy mô thiên văn có thể khả thi và cần thiết. Thứ hai, nếu chúng ta đang tìm kiếm các dấu hiệu của sự sống công nghệ tiên tiến đã tồn tại ở nơi khác trong vũ trụ, thì rất hữu ích để xem xét loại hiện tượng quan sát nào mà một công nghệ thực sự tiên tiến có thể tạo ra.
Nói tóm lại, máy hấp dẫn rất đáng để nghiên cứu trong trường hợp chúng có thể trở thành có thể vào một ngày nào đó, và bởi vì nghiên cứu này có thể cho phép chúng ta phát hiện ra những trí tuệ ngoài mặt đất (ETI) thông qua các kỹ thuật mà máy móc sẽ tạo ra. Mở rộng dựa trên điều này, Kipping xem xét làm thế nào các lỗ đen - đặc biệt là các lỗ được tìm thấy trong các cặp nhị phân - có thể tạo thành súng cao su hấp dẫn mạnh mẽ hơn nữa.
Đề xuất này một phần dựa trên thành công gần đây của Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO), đã chọn nhiều tín hiệu sóng hấp dẫn kể từ lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2016. Theo ước tính gần đây dựa trên các phát hiện này, có thể có chỉ có 100 triệu lỗ đen trong thiên hà Milky Way.
Khi các nhị phân xảy ra, chúng sở hữu một lượng năng lượng quay đáng kinh ngạc, đó là kết quả của sự quay tròn của chúng và cách chúng nhanh chóng quay quanh nhau. Ngoài ra, như ghi chú Kipping, các lỗ đen cũng có thể hoạt động như một tấm gương hấp dẫn - nơi các photon hướng vào rìa của chân trời sự kiện sẽ uốn cong xung quanh và quay thẳng về nguồn. Như Kipping đặt nó:
Vì vậy, hố đen nhị phân thực sự là một cặp gương khổng lồ xoay quanh nhau với vận tốc rất cao. Ổ đĩa quầng khai thác điều này bằng cách bật các photon ra khỏi gương Gương thần khi gương tiếp cận bạn, các photon bật lại, đẩy bạn theo, nhưng cũng lấy cắp một phần năng lượng từ chính nhị phân của lỗ đen (nghĩ về cách ném quả bóng bàn chống lại một bức tường di chuyển sẽ trở lại nhanh hơn). Sử dụng thiết lập này, người ta có thể thu hoạch năng lượng lỗ đen nhị phân cho lực đẩy.
Phương pháp đẩy này cung cấp một số lợi thế rõ ràng. Đối với người mới bắt đầu, nó cung cấp cho người dùng tiềm năng di chuyển với tốc độ tương đối mà không cần nhiên liệu, hiện đang chiếm phần lớn khối lượng xe khởi động. Ngoài ra còn có rất nhiều, rất nhiều lỗ đen tồn tại trên Dải Ngân hà, có thể hoạt động như một mạng lưới cho du hành không gian tương đối tính.
Hơn nữa, các nhà khoa học đã chứng kiến sức mạnh của súng cao su hấp dẫn nhờ phát hiện ra các ngôi sao siêu tốc độ. Theo nghiên cứu từ Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA), những ngôi sao này là kết quả của sự hợp nhất thiên hà và tương tác với các lỗ đen khổng lồ, khiến chúng bị đá ra khỏi các thiên hà với tốc độ bằng một phần mười đến một phần ba tốc độ ánh sáng - ~ 30.000 đến 100.000 km / s (18.600 đến 62.000 mps).
Nhưng tất nhiên, khái niệm này đi kèm với vô số thách thức và hơn một vài nhược điểm. Ngoài việc chế tạo tàu vũ trụ có khả năng bay xung quanh chân trời sự kiện của hố đen, còn có một lượng chính xác cực kỳ cần thiết - nếu không thì con tàu và thủy thủ đoàn (nếu có) sẽ bị kéo ra khỏi xác ướp của lỗ đen. Trên hết, có vấn đề đơn giản là đạt được một:
Ông [T] điều này có một bất lợi rất lớn đối với chúng tôi ở chỗ trước tiên chúng tôi phải đến một trong những hố đen này. Tôi có xu hướng nghĩ về nó giống như một hệ thống đường cao tốc giữa các vì sao - bạn phải trả phí một lần để đi trên đường cao tốc, nhưng một khi bạn có thể đi xe qua thiên hà bao nhiêu tùy thích mà không cần tốn thêm nhiên liệu.
Thách thức về cách loài người có thể tiến tới lỗ đen phù hợp gần nhất sẽ là chủ đề của bài báo tiếp theo của Kipping, ông nói. Và trong khi một ý tưởng như thế này là xa vời đối với chúng ta khi xây dựng một Dyson Sphere hoặc sử dụng các lỗ đen để tăng sức mạnh cho các phi thuyền, thì nó cung cấp một số khả năng khá thú vị cho tương lai.
Nói tóm lại, khái niệm về một cỗ máy trọng lực lỗ đen thể hiện cho loài người một con đường hợp lý để trở thành một loài liên sao. Trong khi đó, nghiên cứu về khái niệm này sẽ cung cấp cho các nhà nghiên cứu của SETI một công nghệ có thể khác để tìm kiếm. Vì vậy, cho đến ngày chúng ta có thể tự mình thử một thứ như thế này, chúng ta sẽ có thể xem liệu có loài nào khác đã đâm vào nó và làm cho nó hoạt động không!
