黑洞是宇宙中最为神秘的天体之一,由于研究难度大,这一神秘色彩愈发浓重。
因为这些超高密度的天体不发射我们能够探测到的光,所以我们只能基于它们对周围时空产生的影响,在远距离外对其展开研究。不过,或许还有别的途径来深入了解这些宇宙中的重量级天体。
中国复旦大学的天体物理学家科西莫·班比向《科学警报》表示:“我一直在寻找全新的黑洞研究方法,然后意识到,前往最近的黑洞执行星际任务并非不切实际,只是此前从未有人提出过。”
黑洞产生宇宙中最强的引力场,其引力之强,连光都无法达到足够的逃逸速度以摆脱其强大束缚。尽管我们对黑洞的行为有一定了解,但未知的部分远比已知的多得多。
此外,黑洞的引力区域是宇宙中测试广义相对论的最佳场所之一,它提供了其他地方不存在的极端条件,能将该理论推向极限。围绕黑洞运行的探测器可以开展测试,并对黑洞进行测量,这些是我们从地球上无法做到的。
班比说:“我们不知道黑洞的结构,即事件视界内部区域的情况。广义相对论有明确的预测,但其中一些肯定是不正确的。因此,黑洞是寻找广义相对论预测可能偏差的理想实验室。”
在他的提议中,班比阐述了黑洞探索任务的物理可行性,重点提及需要解决的两个首要难题:首先,确定合适的目标;其次,解决技术问题。
需要明确的是,这是一项长期规划。我们现有的技术还无法支持这样的任务,而且所涉及的距离意味着旅行时间将长达数十年。但千里之行始于足下,没有迈出第一步,旅程就无法开启。
找到一个合适的黑洞作为访问目标是第一个主要障碍。目前,已知距离地球最近的黑洞约在1565光年之外,这实在太远了。不过,可能存在更近的黑洞。
如果黑洞只是在太空中孤立存在,不发生任何活动,就很难被发现,但天文学家正通过其引力场对周围时空的扭曲方式,更有效地寻找它们。在未来十年左右找到一个近距离的黑洞并非不可能。
班比解释道:“我认为我们只需要‘幸运’一点,在20到25光年范围内有一个黑洞。当然,这并非我们能控制的。如果在太阳系20到25光年范围内有一个黑洞,我们就可以开发执行该任务所需的技术。
如果黑洞不在20到25光年范围内,而是在40到50光年范围内,技术要求将更具挑战性。如果黑洞距离超过40到50光年,恐怕我们只能放弃。”
下一步是如何抵达那里。这需要开发一种能够以高达三分之一光速飞行的飞行器,最初由地球上的激光提供动力,然后在前往目的地的途中依靠太阳能(或恒星能),这一旅程大约需要70年。
班比说:“两个或ƛ..
一般来说,我们需要探测器尽可能靠近黑洞,然后它分离成一个主探测器(母舰)和许多小型探测器。如果这些探测器能够通过电磁信号的交换相互通信,我们就能确定它们围绕黑洞的精确轨迹,以及电磁信号在黑洞周围的传播方式。”
探测器发送的任何数据都将以光速传回地球;如果距离为20光年,这意味着数据传回还需要额外20年,整个任务周期约为一个世纪左右。
这是一段很长的时间,但即便在找到附近的黑洞之前,现在就值得思考,因为这样的任务需要大量规划。班比表示,其结果绝对是值得的。
他告诉《科学警报》:“我希望能观测到与广义相对论预测的偏差,并获得一些线索,以发展超越广义相对论的理论。”
他在一份声明中补充道:“这听起来可能真的很疯狂,在某种意义上更接近科幻小说。但人们曾说我们永远无法探测到引力波,因为它们太微弱了。100年后,我们做到了。人们曾认为我们永远无法观测到黑洞的阴影。现在,50年后,我们有了两个黑洞的图像。”
该提议已发表在《iScience》杂志上。

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