Астрофизик придумал, как добраться до черной дыры за 70 лет
Чтобы проверить законы физики в условиях, недоступных на Земле, астрофизик Козимо Бамби (Cosimo Bambi) из Фуданьского университета (Китай) предложил отправить к центру ближайшей черной дыры «нанокрафт» — крошечный зонд, способный добраться до цели примерно за 60-75 лет благодаря наземной лазерной установке.
Общая теория относительности выдерживает проверки в Солнечной системе и за ее пределами: в 2015 году с помощью детекторов LIGO и VIRGO ученые впервые уловили гравитационные волны от слияния черных дыр, а в 2019-м зарегистрировали сигнал, исходящий от новорожденного космического «монстра». Наблюдения в рентгеновском диапазоне и снимки горизонта событий подтверждают теорию Эйнштейна, однако на точность данных влияют космическая среда и неизбежные упрощения в расчетах. Расставить все точки над i можно, лишь напрямую приблизившись к черной дыре.
Ближайший из обнаруженных объектов — GAIA-BH1 — расположен на расстоянии около 1560 световых лет от Земли, однако лучший кандидат для амбициозной миссии Бамби, по его же оценкам, — изолированная (и поэтому невидимая) черная дыра, предположительно скрывающаяся в 20-25 световых годах от нашей планеты. Поскольку у большинства таких космических «монстров» нет звездных компаньонов, обнаружить их можно либо с помощью редкого явления, искажающего свет далекой звезды, — гравитационного микролинзирования, — либо зафиксировав слабое излучение, возникающее при поглощении разреженного газа из межзвездной среды. Уловить эти сигналы можно при помощи космического телескопа «Джеймс Уэбб» или обсерватории ALMA.
В статье, опубликованной в журнале iScience, астрофизик предлагает отправить к такой черной дыре космический зонд массой один грамм. «Нанокрафт» представляет собой лазерный парус площадью 10 квадратных метров, на поверхности которого в некоторых местах дополнительно реализованы микросхемы. Разогнать аппарат до трети скорости света можно с помощью наземной лазерной установки, а при увеличении мощности — теоретически и до 90 процентов (чем меньше зонд, тем легче его разогнать до нужных скоростей).
Поскольку подобные технологии разрабатываются в рамках инициативы Breakthrough Starshot, первоначально нацеленной на полет к Альфе Центавра, к середине XXI века стоимость лазерной инфраструктуры может оказаться более или менее приемлемой, составив примерно миллиард евро. Правда, на данный момент неясно, увенчаются ли эксперименты Breakthrough Starshot успехом, а строительство сверхмощного лазера, необходимого для запуска «нанокрафта» (по расчетам самого Бамби), сегодня обошлось бы в триллион евро.
Продолжительность миссии будет зависеть от расстояния до черной дыры и скорости полета: при достижении одной трети от скорости света «нанокрафт» достигнет цели за 60-75 лет, а на передачу данных на Землю уйдет еще 20-25 лет. Если же зонд получится разогнать до 90 процентов световой скорости, миссия займет всего 40-45 лет. Для надежности Бамби предлагает отправить либо два одинаковых «нанокрафта» (что значительно дороже), либо снабдить основной аппарат отделяемым модулем: первый совершит пролет мимо черной дыры в качестве ретранслятора, а второй вплотную приблизится к горизонту событий.
С нынешним уровнем развития технологий выйти на орбиту (зонда) вокруг черной дыры не получится, а значит наилучший сценарий — пролет с коротким окном наблюдений: для сбора данных «нанокрафт» выпустит отделяемый зонд, а сам пройдет мимо. Еще один вариант — гравитационный маневр для изменения траектории. Однако для выхода на орбиту при релятивистских скоростях зонду придется затормозить, что практически нереализуемо.
Подход позволит провести сразу три уникальных эксперимента: проверить метрику Керра (описание геометрии пространства-времени вокруг вращающейся черной дыры), неизменность фундаментальных физических констант (например, изменения постоянной тонкой структуры α в условиях мощной гравитации) и наличие горизонта событий (если отправить зонд прямиком в черную дыру, то можно проверить, исчезнет сигнал «нанокрафта», как это предсказывает теория, или нет).
Реализовать столь фантастическое предложение будет непросто, если вообще возможно. Во-первых, придется разработать чрезвычайно легкие и прочные паруса, устойчивые к мощному лазерному излучению. Во-вторых, создать систему навигации в отсутствие каких-либо ориентиров (напомним, увидеть изолированную черную дыру нельзя), а также способ передачи данных с расстояния в десятки световых лет. В-третьих, придумать, как изменить траекторию зонда для успешного выхода на орбиту невидимого космического «монстра».
Перед этим нужно найти ближайшую к Земле черную дыру, что само по себе сложно: поиски могут занять годы или вообще ни к чему не привести, а также проверить новаторские технологии в более «простых» миссиях (например, к той же Альфе Центавра в рамках Breakthrough Starshot). Словом, относиться к предложению китайского ученого следует с осторожностью.
Бамби, тем не менее, отметил, что технологии для отправки «нанокрафта» могут появиться в течение нескольких десятилетий. «Когда это произойдет, — написал он, — человечество получит уникальную возможность изучить фундаментальные законы природы в их самой экстремальной форме — возле „сердца“ черной дыры».
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Птичьи голоса считаются важной частью природного звукового ландшафта, однако одни из них кажутся людям приятными и успокаивающими, а другие — резкими и тревожными. Эксперимент с записями 123 видов показал, что людям больше нравится негромкое и разнообразное пение без очень низких тонов и широких перепадов высоты.
Ученые создали математическую модель, которая показала вероятную гибель древнего спутника Венеры из-за гравитационных сил. Теоретическое исследование предлагает один из сценариев развития Солнечной системы, чтобы понять причины кардинальных различий в эволюции Земли и ее соседки.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Американские арахнологи открыли в Скалистых горах на севере Айдахо новый вид паука из рода Hexura, представители которого прежде встречались лишь на северо-западе США и в Канаде. Обнаруженная группа живет примерно в 500 километрах восточнее известного науке ареала. Пауки Hexura тесно связаны с местом обитания и не расселяются на большие расстояния, поэтому ученым еще предстоит выяснить, как новый вид оказался так далеко от известных популяций.
Европейская колонизация резко изменила жизнь коренных народов Австралии и поставила под угрозу их связь с традиционными землями. Археологи изучили наскальное искусство на севере континента и выяснили, что после начала контактов художники стали чаще изображать гигантских мифических существ, включая почти семиметрового змея.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии