Как можем да захранваме космически кораби с изкуствени черни дупки

Ако един ден искаме да изследваме галактиката (да не говорим за останалата част от Вселената), трябва да решим проблема със скоростта. В края на 2023 г. слънчевата сонда „Паркър“ на НАСА достигна най-високата скорост, постигана някога от обект, създаден от човека, като отчете 635 266 километра в час.

Макар и впечатляваща, това е само 0,059% от скоростта на светлината. За да посетим най-близката ни съседна звезда, Проксима Кентавър, която се намира на 4,2 светлинни години от нас, с тази скорост би ни отнело около 7700 години. Което налага необходимостта от поколения кораби…

Ясно е, че ще трябва много гориво, за да се доближи един кораб до безобразните скорости, които ще са ни необходими, за да достигнем звездите. Физиците са предлагали различни методи като един от тях е да се създаде изкуствена черна дупка и след това космическият кораб да се захрани с помощта на т. нар. Лъчение на Хокинг.

„Черна дупка със звездна маса се образува, когато звезда с повече от 20 слънчеви маси изчерпи ядреното гориво в ядрото си и се срине под собственото си тегло“, обяснява НАСА. „Колапсът предизвиква взрив на свръхнова, който издухва външните слоеве на звездата. Но ако смачканото ядро съдържа повече от около три пъти масата на Слънцето, никоя известна сила не може да спре колапса му до черна дупка.“

Черна дупка с такъв размер – или свръхмасивна черна дупка – би била твърде голяма, за да може да захранва с полезна енергия космически кораб, който ще трябва да я влачи със себе си, което изисква той да има подобна маса. А по-малките черни дупки излъчват по-висока температура и енергия, което ги прави по-полезни за захранване на космически кораби.

И така, как да получим по-малка черна дупка? Много физици смятат, че първичните черни дупки може да са се образували в първите няколко секунди на Вселената, когато всички неща, които ще създадат звездите и галактиките, са били по-плътно събрани заедно.

„В този момент джобовете от гореща материя може да са били достатъчно плътни, за да образуват черни дупки, потенциално с маси, вариращи от 100 000 пъти по-малки от тази на кламер до 100 000 пъти по-големи от тази на Слънцето“, обяснява НАСА. „След това, тъй като Вселената бързо се разширява и расте, условията за образуване на черни дупки по този начин приключват.“

Никога не сме откривали такава дупка и все още не е ясно дали изобщо съществуват, или поне в броя и размера, при които бихме могли да ги открием. Така че, ако искаме такава, ще трябва да си я създадем сами.

В едно изследване от 2009 г., което разглежда възможността за създаване на космически кораби, задвижвани по този начин, физиците отбелязват, че тя трябва да бъде достатъчно мощна, за да се ускори до скорост, близка до тази на светлината, в разумни срокове, да бъде достатъчно малка, за да можем да имаме достатъчно енергия за създаването ѝ, и достатъчно голяма, за да можем да съсредоточим енергията, необходима за създаването ѝ. Изчислявайки, те откриват, че такава черна дупка може да бъде създадена, и то доста бързо.

„Установихме, че черна дупка с радиус от няколко атометра поне приблизително отговаря на списъка ни с критерии“, пише екипът в статията си. „Такива дупки биха имали маса от порядъка на 1 000 000 тона и продължителност на живота от десетилетия до столетия. Високоефективен квадратен слънчев панел с дължина няколкостотин километра от всяка страна в кръгова орбита около Слънцето на разстояние 1 000 000 км, би погълнал достатъчно енергия за 1 година, за да произведе една такава дупка.“

Идеята – известна като „кугелблиц“ – е, че съсредоточаването на достатъчно енергия в една малка точка би създало черна дупка (като масата и енергията са еквивалентни).

Докато събирането на необходимата енергия би било адски трудна мисия, създаването на механизъм, задвижван от нея, е още по-трудно от логистична гледна точка. Екипът предлага черната дупка да се използва като електроцентрала – да се обгради с колектори, които да акумулират плътната енергия, излъчвана от хоризонта ѝ. Алтернативно, космическият кораб би могъл да генерира тяга чрез насочване на гама лъчи.

„Бихме могли да добавим дебел слой материя, който да поглъща гама лъчите, да ги преизлъчва в оптични честоти и да фокусира получените светлинни лъчи“, пише екипът.

Макар че идеята е страхотна (и може би възможна (и може би някой, за разлика от нас, я разбира напълно…)), в скорошни статии се изказва предположението, че тези черни дупки може да са невъзможни заради квантовите ефекти.

Макар че биха могли да се използват, това би изисквало първо да се открият. Ако съществуват, може да ги открием с помощта на предстоящия телескоп Нанси Грейс Роман. Но не треперете в очакване скоро да стане…