Погружение в сердце черной дыры: миссия, где нет обратного пути

Что если отправить к черной дыре крошечный космический зонд и проверить фундаментальные законы физики в самых экстремальных условиях? Астрофизик Козимо Бамби из Фуданьского университета в Китае предложил именно такую смелую идею — отправить "нанокрафт" к ближайшей черной дыре, чтобы добраться до неё за 60-75 лет.

Почему именно черная дыра?

Общая теория относительности Эйнштейна уже доказала свою состоятельность в Солнечной системе и при наблюдениях гравитационных волн, но проверить её в непосредственной близости к черной дыре пока невозможно. Наблюдения с Земли и орбитальных телескопов дают лишь косвенные данные, которые искажаются космической средой и упрощениями в расчетах.

Бамби уверен: чтобы расставить все точки над i, нужно приблизиться к черной дыре напрямую.

Какую черную дыру выбрать?

Ближайший известный объект — GAIA-BH1 — находится на расстоянии около 1560 световых лет. Но для миссии лучше подойдет изолированная черная дыра, скрывающаяся всего в 20-25 световых годах от Земли. Такие объекты сложно обнаружить, так как у них нет звездных компаньонов.

Обнаружить их можно двумя способами:

• через гравитационное микролинзирование — искажение света далекой звезды,
• или фиксируя слабое излучение при поглощении межзвездного газа.

Для этого используют космический телескоп "Джеймс Уэбб" и обсерваторию ALMA.

Что такое "нанокрафт"?

В своей статье Бамби описывает зонд массой всего один грамм. Он оснащён лазерным парусом площадью 10 квадратных метров, на котором расположены микросхемы.

Разогнать "нанокрафт" до трети скорости света поможет наземный лазер. Теоретически, при увеличении мощности, скорость можно довести до 90% от скорости света — чем легче зонд, тем проще его разогнать.

Создание такой миссии — огромный вызов:

• нужно разработать сверхлёгкие и прочные паруса, устойчивые к мощному лазерному излучению.
• навигация без видимых ориентиров — ведь изолированную черную дыру нельзя увидеть напрямую.
• передача данных с расстояния в десятки световых лет.
• изменение траектории зонда для возможности пролететь или выйти на орбиту вокруг черной дыры (что крайне сложно из-за необходимости торможения при релятивистских скоростях).

Сколько времени займет миссия?

• При скорости в треть скорости света "нанокрафт" достигнет цели за 60-75 лет, а передача данных на Землю займет еще 20-25 лет.
• При скорости 90% от скорости света — миссия сократится до 40-45 лет.

Для надежности Бамби предлагает отправить два "нанокрафта" или снабдить основной аппарат отделяемым модулем: один будет ретранслятором, другой — приблизится к горизонту событий.

Проект базируется на технологиях, разрабатываемых в рамках инициативы Breakthrough Starshot, изначально нацеленной на полет к Альфе Центавра. К середине XXI века стоимость лазерной инфраструктуры может составить около миллиарда евро — приемлемая сумма для такого масштаба.

Однако сегодня строительство сверхмощного лазера обошлось бы в триллион евро, и неизвестно, удастся ли довести проект до конца.

Что даст эта миссия человечеству?

"Когда это произойдет, — пишет Бамби, — человечество получит уникальную возможность изучить фундаментальные законы природы в их самой экстремальной форме — возле "сердца" черной дыры".

Полет позволит проверить:

• метрику Керра — геометрию пространства-времени вокруг вращающейся черной дыры,
• неизменность фундаментальных физических констант,
• существование горизонта событий (сигнал зонда должен исчезнуть, если теория Эйнштейна верна).

Идея отправить "нанокрафт" к ближайшей черной дыре — это не просто научная фантастика, а вполне реальный проект, который может стать прорывом в астрофизике. Но для его реализации предстоит преодолеть множество технических и финансовых препятствий.