Visualisasi ini menunjukkan dua lubang hitam yang menyatu, yang kecepatan tingginya dapat memberikan dorongan untuk sinar laser yang berayun di sekitar mereka.
(Gambar: © Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA)
Pesawat ruang angkasa masa depan bisa menggunakan lubang hitam sebagai landasan peluncuran yang kuat untuk menjelajahi bintang-bintang.
Sebuah studi baru membayangkan menembakkan sinar laser yang akan melengkung di sekitar lubang hitam dan kembali dengan energi tambahan untuk membantu mendorong pesawat ruang angkasa mendekati kecepatan cahaya. Para astronom dapat mencari tanda-tanda bahwa peradaban asing menggunakan "halo drive", seperti yang dijuluki studi itu, dengan melihat apakah pasangan lubang hitam bergabung lebih sering daripada yang diperkirakan.
Penulis studi David Kipping, seorang astrofisikawan di Universitas Columbia di New York, muncul dengan ide drive halo melalui apa yang disebutnya "pola pikir gamer."
"Kadang-kadang, dalam gim komputer Anda menemukan 'exploit,' peretasan yang memungkinkan Anda untuk melakukan sesuatu yang terlalu kuat yang seharusnya dilarang oleh aturan mainnya," kata Kipping kepada Space.com. "Dalam hal ini, permainan adalah dunia fisik, dan saya mencoba untuk berpikir tentang eksploitasi yang akan memungkinkan suatu peradaban untuk mencapai penerbangan relativistik bolak-balik melintasi galaksi tanpa biaya energi yang besar yang orang mungkin anggap naif berasumsi."
Tantangan utama untuk menggunakan roket untuk terbang melintasi ruang angkasa adalah itu propelan yang mereka bawa memiliki massa. Perjalanan jauh membutuhkan banyak propelan, yang membuat roket berat, yang pada gilirannya membutuhkan lebih banyak propelan, membuat roket lebih berat, dan sebagainya. Masalah itu semakin buruk secara eksponensial, semakin besar roketnya.
Alih-alih membawa propelan untuk propulsi, pesawat ruang angkasa yang dilengkapi layar seperti cermin bisa mengandalkan laser untuk mendorongnya ke luar. $ 100 juta Inisiatif terobosan Starshot, yang diumumkan pada tahun 2016, berencana untuk menggunakan laser yang kuat untuk mendorong kawanan pesawat ruang angkasa ke Alpha Centauri, sistem bintang terdekat dengan kita, dengan kecepatan cahaya hingga 20 persen.
Pesawat ruang angkasa yang bertujuan untuk diluncurkan oleh Breakthrough Starshot masing-masing hanya seukuran microchip. Untuk mempercepat pesawat ruang angkasa yang lebih besar ke kecepatan relativistik - ke sebagian kecil kecepatan cahaya - Kipping mencari bantuan gravitasi.
Pesawat ruang angkasa sekarang secara teratur menggunakan "manuver ketapel," di mana gravitasi tubuh, seperti planet atau bulan, melemparkan kapal melintasi ruang dan meningkatkan kecepatan mereka. Pada tahun 1963, ahli fisika terkenal Freeman Dyson menyarankan bahwa pesawat ruang angkasa dengan ukuran berapa pun dapat mengandalkan manuver ketapel di sekitar pasangan kerdil putih atau bintang neutron untuk terbang dengan kecepatan relativistik. (Dyson muncul dengan gagasan tentang apa yang kemudian dikenal sebagai a Bola Dyson, sebuah megastruktur yang merangkum bintang untuk menangkap sebanyak mungkin energinya untuk menggerakkan peradaban maju.)
Namun, "katapel Dyson" berisiko merusak pesawat ruang angkasa melalui gaya gravitasi ekstrem dan radiasi berbahaya dari pasangan bintang mati itu. Sebaliknya, Kipping menunjukkan bahwa gravitasi mungkin membantu pesawat ruang angkasa dengan meningkatkan energi sinar laser yang ditembakkan di tepi lubang hitam.
Lubang hitam memiliki medan gravitasi yang sangat kuat sehingga tidak ada yang bisa menghindarinya begitu cukup dekat, bahkan tidak cahaya. Medan gravitasi mereka juga dapat mengubah jalur foton cahaya yang tidak jatuh ke dalam lubang.
Pada tahun 1993, fisikawan Mark Stuckey menyatakan bahwa sebuah lubang hitam pada prinsipnya dapat bertindak seperti "cermin gravitasi," di mana gravitasi lubang hitam itu dapat menjepretkan foton ke sekelilingnya sehingga ia terbang kembali ke sumbernya. Kipping menghitung bahwa jika sebuah lubang hitam bergerak menuju sumber foton, "bumerang foton" akan menyedot sebagian energi lubang hitam itu.
Menggunakan apa yang disebutnya "halo drive" - dinamai untuk cincin cahaya yang akan dibuatnya di sekitar lubang hitam - Kipping menemukan bahwa bahkan pesawat ruang angkasa dengan massa Jupiter dapat mencapai kecepatan relativistik. "Sebuah peradaban dapat mengeksploitasi lubang hitam sebagai titik jalan galaksi," tulisnya sebuah pelajaran diterima oleh Journal of British Interplanetary Society dan detail online 28 Februari di server pracetak arXiv.
Semakin cepat black hole bergerak, semakin banyak energi yang bisa ditarik oleh halo drive. Karena itu, Kipping sebagian besar fokus pada penggunaan pasang lubang hitam yang berputar satu sama lain sebelum merger.
Para astronom dapat mencari tanda-tanda bahwa peradaban asing mengeksploitasi sepasang lubang hitam untuk bepergian dengan mesin seperti itu. Misalnya, drive halo secara efektif akan mencuri energi dari itu sistem lubang hitam biner, meningkatkan tingkat di mana pasangan lubang hitam bergabung di atas apa yang diharapkan untuk dilihat secara alami, kata Kipping.
Temuannya didasarkan pada dorongan dari sepasang lubang hitam yang saling mengorbit dengan kecepatan relativistik. Meskipun diperkirakan ada 10 juta pasang lubang hitam di Bima Sakti, Kipping mencatat bahwa beberapa dari mereka kemungkinan mengorbit dengan kecepatan relativistik lama, karena mereka akan bergabung dengan lebih cepat.
Namun, ia mencatat bahwa lubang hitam yang berputar dan berputar juga dapat meluncurkan halo drive dengan kecepatan relativistik, "dan kita sudah mengetahui banyak contoh lubang hitam supermasif yang relativistik dan berputar."
Kelemahan utama dari drive halo adalah bahwa "seseorang harus melakukan perjalanan ke lubang hitam terdekat," kata Kipping. "Ini sama dengan membayar biaya tol satu kali untuk naik sistem jalan raya. Anda harus membayar energi untuk mencapai titik akses terdekat, tetapi setelah itu, Anda bisa naik gratis selama yang Anda suka."
Drive halo hanya bekerja di dekat lubang hitam, pada jarak sekitar lima hingga 50 kali diameter lubang hitam. "Inilah sebabnya mengapa Anda harus melakukan perjalanan ke lubang hitam terdekat terlebih dahulu dan [mengapa Anda] tidak bisa begitu saja melakukan ini di tahun cahaya ruang," kata Kipping. "Kami pertama-tama masih membutuhkan sarana untuk melakukan perjalanan ke bintang-bintang terdekat untuk naik sistem jalan raya.
"Jika kita ingin mencapai penerbangan relativistik, dibutuhkan tingkat energi yang sangat besar tidak peduli sistem propulsi apa yang Anda gunakan," tambahnya. "Salah satu cara untuk mengatasi ini adalah dengan menggunakan benda-benda astronomi sebagai sumber kekuatan Anda, karena mereka memiliki secara harfiah tingkat energi astronomi di dalam mereka. Dalam hal ini, biner black-hole pada dasarnya adalah baterai raksasa yang menunggu kita untuk mengetuknya. Idenya adalah bekerja dengan alam dan bukan menentangnya. "
Kipping sekarang sedang menyelidiki cara untuk mengeksploitasi sistem astronomi lain untuk penerbangan relativistik. Teknik semacam itu "mungkin tidak seefisien atau secepat pendekatan halo-drive, tetapi sistem ini memiliki cadangan energi yang dalam yang diperlukan untuk perjalanan ini," kata Kipping.
- The Cataclysm Hunters: Cari Lubang Hitam Ganda
- Tabrakan Lubang Hitam Ganda Ditemukan Oleh Detektor Gelombang Gravitasi
- Propulsi Laser: Ide Liar Akhirnya Bisa Bersinar
