Чи зможемо надіслати космічний апарат до чорної діри?

Чорні діри є одними з найекстремальніших середовищ у Всесвіті. Вони генерують найсильніші постійні гравітаційні поля, що дозволяє нам перевіряти теорію загальної відносності Ейнштейна на рівні, недоступному для малих об'єктів. Однак ми досягаємо межі наших знань про ці об'єкти на відстані. Тому різні автори пропонують ідеї, як ми можемо надіслати зонд безпосередньо до чорної діри для детального спостереження. Одним із найактивніших дослідників у цій галузі є Косімо Бамбі з Університету Фудань у Шанхаї, який нещодавно опублікував статтю на arXiv, в якій розглядає, що потрібно для відправки зонда вагою в один грам до найближчої чорної діри.

На жаль, наразі ми не знаємо про жодну "близьку" чорну діру. Найближча з відомих чорних дір - це Gaia BH1, яка розташована приблизно за 1560 світлових років у сузір'ї Змієносця. Ми дізналися про позицію Gaia BH1 завдяки її незначному гравітаційному впливу на сусідню зірку. Однак, ймовірно, існує багато інших невидимих чорних дір у нашій галактиці, які не мають таких явних ознак.

Згідно зі статтею, у Чумацькому Шляху може бути близько 100 мільйонів чорних дір з масою зірки. Це не помилка - найімовірніше, в нашій галактиці плаває сотні мільйонів чорних дір розміром зі зірку. Важливо зазначити, що 92% з них є ізольованими, без супутніх зірок, що освітлюють їх, що робить їх фактично невидимими, оскільки вони поглинають все світло, яке потрапляє в їхню зону. За словами Бамбі, має бути одна чорна діра з масою зірки на приблизно 1500 кубічних парсеків (близько 52000 кубічних світлових років) - враховуючи, що об'єм Чумацького Шляху оцінюється приблизно в 150 кубічних кілопарсеків.

З статистичної точки зору це відкриває інтригуючу можливість - можливо, в межах 20-25 світлових років від Землі є невидима чорна діра. Для ясності, на такій відстані вона не становитиме загрози нашій сонячній системі, але це дасть нам можливість надіслати спеціально розроблений зонд для її відвідування протягом людського життя. Нам просто потрібно спочатку її знайти, і Бамбі пропонує, що ми можемо це зробити, спостерігаючи за випромінюванням, яке чорна діра буде випромінювати, поглинаючи газ під час руху через місцеві міжзоряні хмари. Наші нинішні багатоканальні астрономічні дослідження, ймовірно, зможуть вловити цей сигнал.

Припустимо, ми знаходимо таку чорну діру і вирішуємо надіслати зонд. Яким буде цей процес? Ракети не підходять - через "тиранію ракетного рівняння" їм знадобиться тисячі років, щоб досягти чорної діри, яка знаходиться всього на кілька світлових років. Найкращим варіантом, принаймні з теоретичної точки зору, є сонячний вітрильник, що розганяється лазером.

Лазери не передають багато сили, тому дизайн такої системи є критично важливим. Вона складатиметься з двох основних частин - "чіпа", який міститиме мікрочіп вагою в один грам з навігаційними, науковими та комунікаційними приладами, та вітрила, яке, за словами статті, буде діелектричним метаматеріалом площею 10 м². Це вітрило буде розганятися потужним лазером, з наміром прискорити всю установку до однієї третини швидкості світла всього за 17 хвилин.

На такій швидкості знадобиться від 60 до 70 років, щоб досягти чорної діри, що знаходиться на відстані 20-25 світлових років. На жаль, немає можливості сповільнитися при вході в систему, тому зонд змушений буде здійснити проліт біля чорної діри, зібрати якомога більше даних за короткий час і надіслати цю складну інформацію назад на Землю, що займе ще 20-25 років. В результаті вся місія триватиме 80-100 років, ймовірно, перевищуючи термін життя інженерів і вчених, які почали цю роботу.

Чесно кажучи, у нас поки що немає технологій для такої місії. Мікрочіп вагою в один грам, здатний витримати десятилітню подорож на міжзоряних швидкостях, але при цьому відправляти зрозумілі наукові дані через 20 світлових років, перевищує наші нинішні інженерні можливості. Також не існує лазера, здатного розігнати таку систему до таких швидкостей. І, на жаль, один з наших найкращих шансів на розробку такої технології, Breakthrough Starshot, було припинено у вересні 2025 року.

Проте, в теорії, жодна з цих проблем не є нездоланною. Вони просто вимагають кращого інженерного підходу. Вже створюються робочі групи для розробки систем для науки, інструментів та комунікацій, з запланованою міжнародною конференцією на цю тему, яка відбудеться влітку 2027 року. Звісно, повністю функціональна система ще не буде готова до цього часу, але кожен крок у вирішенні цих викликів наближає нас до реальної можливості відправлення місії до чорної діри. Нам просто потрібно спочатку знайти одну поблизу.