Эдвард Виттен, влиятельный физик, разработавший М-теорию, недавно начал думать о том, как просканировать Солнечную систему на предмет первозданной черной дыры.
Эдвард Виттен, всемирно известный физик, построил свою карьеру, разработав влиятельные математические теоремы и размышляя о сгибающих сознание свойствах пространства-времени и Вселенной. В 1990 году он получил престижную медаль Филдса, стал пионером ведущей "теории всего", а в настоящее время является профессором физики в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси.
Теперь в новой работе Виттен углубляется в другую головокружительную тему, на этот раз чуть ближе к нашему космическому дому: Если в глубинах нашей Солнечной системы скрывается черная дыра, то как люди могут ее обнаружить и изучить.
Виттен вдохновился написать об этом статью после прочтения исследования 2019 года, предполагая, что черная дыра может двигаться по орбите вокруг Солнца.
Какой-то контекст: есть предварительные доказательства того, что неизвестный массивный объект действительно скрыт во внешней Солнечной системе, примерно в 500 раз дальше от Солнца, чем Земля. В течение многих лет ученые недоумевали о движении некоторых транснептуновых объектов (ТНО) - класса космических пород, расположенных далеко за пределами планет, на которых отображены странно сгруппированные орбиты.
Популярным объяснением этих явлений является то, что в Солнечной системе находится неизведанная"Планета 9" - мир, масса которого примерно в десять раз больше массы Земли. Ее гравитационная сила, такова гипотеза, лепит странные орбиты. Спекулятивный мир никогда не был непосредственно обнаружен и пока никто не знает, существует ли он, хотя ученые активно ищут его и исследуют альтернативные объяснения эффектов ТНО, например, далекий диск с ледяными обломками.
Представление о том, что Планета 9 может быть черной дырой, впервые было представлено в статье 2019 года, о которой упоминалось выше и авторами которой были физики Якуб Шольц и Джеймс Юнвин. Команда предполагала, что первобытная черная дыра (PBH) - особый тип гипотетического объекта, который сформировался в ранней Вселенной, - может находиться в том же диапазоне масс, что и кандидат на создание Планеты 9.
В отличие от звездных черных дыр, которые образуются в результате взрывных смертей звезд, PBH, как полагают, были сгенерированы гравитационными возмущениями в первые моменты после Большого взрыва. Как и Планета 9, никто не знает наверняка, существуют ли PBH. Теоретически, однако, они могут быть гораздо менее массивными, чем звездные черные дыры или сверхмассивные черные дыры, и поэтому могут быть ошибочно приняты за планету (хотя PBH могут быть только размером с теннисный мяч).
Любая возможность изучить черную дыру поближе, не говоря уже о том, чтобы понаблюдать за реликтом ранней Вселенной, могла бы предложить не имеющую аналогов природная лаборатория с бесчисленными возможностями применения. Основные нерешенные вопросы, касающиеся общей относительности, физики частиц и эволюции Вселенной, могут быть ограничены наблюдениями на месте и измерениями "черной дыры".
Но если Солнечная система в какой-то момент действительно прикарманила древнюю черную дыру, то отследить ее может оказаться чрезвычайно сложной задачей. Нужно запустить десятки или, желательно, сотни зондов в разных направлениях, которые будут искать ее. Это непрактично, так как одна обычная миссия обойдется в сотни миллионов долларов.
В своем исследовании, опубликованном на ArXiv на прошлой неделе, Виттен предполагает, что концепция "Прорывной звездной вспышки" - футуристическое видение, предполагающее ускорение флота крошечных космических кораблей до релятивистских скоростей с помощью мощных наземных лазеров, - может быть одним из способов преодолеть эту проблему и искоренить PBH, если он есть.
Прорывной «Starshot» - это исследовательский проект стоимостью 100 миллионов долларов США, целью которого является создание межзвездного флота, способного достичь ближайшей звездной системы - Альфа Центавра - в течение десятилетий после запуска.
В настоящее время люди не обладают техническим мастерством, чтобы построить эту концепцию так, как предполагалось. Но если нам удастся создать космический корабль, способный двигаться со скоростью, близкой к скорости света, то мы сможем, наконец, наносить на карту мутные внешние области Солнечной системы в дополнение к плаванию к межзвездным целям.
Есть много тел, которые были обнаружены во внешней Солнечной системе и которые не были посещены космическими кораблями".
Если бы можно было действительно продолжить "Прорывной звездный выстрел", то, возможно, стало бы практичным совершать полеты буквально на десятки неисследованных объектов во внешней Солнечной системе.
Концепция «Starshot» (так называть ее мне нравится больше) особенно хорошо подошла бы для разгадки тайны Планеты 9 из-за "двух очевидных преимуществ": вы можете добраться туда за десять лет вместо 50, и как только вы построите очень дорогое ускорительное сооружение, может быть практичным запустить сотни зондов.
Предлагаемая рекогносцировочная миссия не должна будет проходить так же быстро, как межзвездный флот Starshot, который, как ожидается, ускорит скорость света до 20 процентов. Для того, чтобы достичь окрестностей гипотетической планеты или PBH в течение десятилетия или около того, Виттен подсчитал, что флот должен будет двигаться со скоростью около 0,001 процента от скорости света.
Это все еще невероятно быстро, но при этом он достаточно медленно, чтобы на каждом мини-прицепе корабля можно было разместить немного больше оборудования, включая устройства нового поколения для учета времени и связи, которые были бы необходимы для передачи точной информации обратно на Землю. Мини-зондам даже не придётся подбираться так близко к объекту, чтобы обнаружить его, поскольку расстояние, подобное расстоянию от Земли до Плутона, может быть достаточно хорошим.
Если бы только один из этих зондов, из сотен или тысяч, смог определить общее местоположение Планеты 9, то проводники миссии могли бы затем следовать по ее следам с помощью гораздо более крупного космического корабля, загруженного приборами.
Как только человек узнает, где находится Планета 9, я думаю, ему захочется запустить более мощный зонд, чтобы детально изучить ее.
Это могло бы принять форму обычного космического корабля, совершающего путешествие в течение 50 лет; это было бы разумно сделать, если бы кто-то открыл Планету 9 и захотел изучить ее поближе, лучше, чем это может сделать пролетая мимо миниатюрного космического корабля.
Учитывая, что на развитие всех этих технологий, скорее всего, уйдут десятилетия, если они окажутся вообще технически осуществимыми, может пройти более века, прежде чем мы сможем получить четкие данные об идентичности этого объекта во внешней Солнечной системе (опять же, если предположить, что он существует).
В то время как открытие новой планеты или кластера в этих внешних зарослях было бы абсолютно сенсационным, обнаружение PBH в темноте было бы совершенно революционным. Сейчас ближайшая известная черная дыра находится на расстоянии 1000 световых лет, слишком далеко для любого типа роботизированных рандеву. Но если бы она была прямо на нашем солнечном дворе, люди могли бы послать космические корабли для непосредственного изучения одного из самых экзотических творений Вселенной.
Более того, возможно, что бы ни вызывало орбитальные аномалии TNO, это еще более странно, чем черная дыра.
Все это - догадки на данный момент, хотя скрытые планеты, черные дыры с рассветом времени и кварковые самородки - одни из самых достойных тем для догадок, которые только можно себе представить. Не исключено, что в ближайшем будущем мы откроем Планету 9 во внешней Солнечной системе с прямым обнаружением, или же появится больше доказательств, позволяющих предположить, что это всего лишь скопление ледяных небесных тел.
Но если этого не произойдет, многие поколения могут пройти мимо нас, прежде чем у нас появится возможность наконец-то обнаружить то, что может быть спрятано в далеких тенях нашей родной звездной системы.
Некоторые люди предполагают, что через века люди могут основать колонии во внешней Солнечной системе.
Если это случится, в конце концов, люди могут посетить Планету 9.
В качестве меры предосторожности Виттен, конечно же, посоветовал людям не "ступать на нее, если она окажется черной дырой"!
Так что если кто-нибудь читает эту статью через века, в эпоху, которая проложила дорогу в глубокую солнечную систему - будьте осторожны там, где вы стоите.