天体物理学家提议开展星际任务以研究黑洞

在《iScience》期刊发表的一篇新论文中，复旦大学的一位天体物理学家探讨了向距离地球20 – 25光年的黑洞发射纳米飞行器的可能性，以此测试这种致密天体的特性以及强引力场中的基础物理学。
黑洞是目前宇宙中已知最强引力场的来源，是在强场条件下测试爱因斯坦广义相对论的理想实验室。在论文中，班比教授指出，向最近的黑洞发射小型航天器的星际任务虽极具猜测性且挑战极大，但并非完全不切实际。
复旦大学的天体物理学家、黑洞专家科西莫·班比教授表示：“我们现在还没有这项技术。但二三十年后，我们或许会有。”
“这项任务面临两个关键挑战，一是找到足够近的黑洞作为目标，二是研发出能够承受这段旅程的探测器。”
截至目前，已知距离地球最近的黑洞是盖亚BH1，它于2022年9月被发现，距离地球1560光年。
不过，我们可以预期，有许多未知黑洞距离地球更近。
从简单考量，我们可以估计，距离地球最近的黑洞可能仅在20 – 25光年处，尽管这只是粗略估计，且受较大不确定性影响。
班比教授称：“先前关于恒星演化的知识表明，可能有一个黑洞潜伏在距离地球仅20 – 25光年处，但找到它并不容易。”
“因为黑洞既不发射也不反射光，对望远镜来说几乎不可见。”
“相反，科学家是根据黑洞对附近恒星的影响或对光线的扭曲来探测和研究它们。”
“已有新的技术来发现黑洞。我认为，未来十年内找到一个附近的黑洞是合理预期。”
一旦确定目标，下一个障碍就是如何抵达。
传统由化学燃料驱动的航天器过于笨重且速度缓慢，无法完成这段旅程。
班比教授指出，由微芯片和光帆组成的克级纳米飞行器或许是一个解决方案。
地球上的激光器将用光子冲击光帆，使飞行器加速到三分之一光速。
他说：“以这个速度，飞行器大约70年能抵达20 – 25光年外的黑洞。”
“它收集的数据传回地球还需二十年，整个任务时长约80 – 100年。”
“一旦飞行器靠近黑洞，研究人员就能开展实验，解答物理学中一些最紧迫的问题。”
“黑洞真的有事件视界，即连光都无法逃脱其引力的边界吗？”
“在黑洞附近，物理规律会改变吗？”
“爱因斯坦的广义相对论在宇宙最极端条件下还成立吗？”
班比教授说：“如今仅激光器就需花费约一万亿欧元，制造纳米飞行器的技术也尚未问世。”
“但三十年后，成本可能下降，技术也可能跟上这些大胆的想法。”
“这听起来可能很疯狂，某种程度上更接近科幻小说。”
“但曾有人说我们永远无法探测到引力波，因为它们太微弱。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。50年后的现在，我们已有两个黑洞的图像。”