In 2016 onthulden natuurkundige Stephen Hawking en miljardair Yuri Milner een plan om naar de sterren te reizen. Het zogenaamde Breakthrough Starshot Project is een programma van $ 100 miljoen om de technologie te ontwikkelen en te demonstreren die nodig is om een nabijgelegen sterrenstelsel te bezoeken. Potentiële doelen zijn onder meer Proxima Centauri, een systeem op ongeveer vier lichtjaar afstand, met verschillende exoplaneten, waarvan er één vergelijkbaar is met de aarde.
Doorbraak Starshot-project
Het plan van Hawking en Milner was om duizenden kleine ruimteschepen ter grootte van een microchip te bouwen en licht te gebruiken om ze te versnellen tot relativistische snelheden - dat wil zeggen, dichtbij de snelheid van het licht. Een grote vloot vergroot de kans dat er tenminste één veilig aankomt. Elke "sterchip" wordt bevestigd aan een licht zeil ter grootte van een badmintonveld en vervolgens bestraald met extreem krachtige lasers op de grond.
Laserbeweging heeft veel voordelen. Het belangrijkste is dat ruimteschepen geen brandstof nodig hebben en dus geen extra lading mee mogen nemen. Ook kunt u door het lichte zeil te versnellen de boot versnellen tot 20% van de lichtsnelheid. In dit scenario zal de vloot in minder dan 30 jaar bij Proxima Centauri aankomen.
De fantastisch krachtige lasers die voor zo'n missie nodig zijn, zouden bijzonder moeilijk en duur zijn om te ontwikkelen. Een voor de hand liggende vraag rijst: is er een andere manier om relativistische snelheden te bereiken?
Vandaag hebben we een soort antwoord, dankzij het werk van David Kipping, een astronoom aan de Columbia University in New York. Kipping kwam met een nieuwe vorm van zwaartekrachtkatapult, dezelfde techniek die NASA gebruikte om bijvoorbeeld het Galileo-ruimtevaartuig naar Jupiter te sturen. Het idee is om het ruimtevaartuig te versnellen door het naar een enorm object, zoals een planeet, te richten. Zo zal het ruimtevaartuig een deel van de snelheid van de planeet wegnemen en met zijn hulp versnellen.
Gravitationele katapulten werken geweldig op massieve lichamen. In de jaren zestig berekende natuurkundige Freeman Dyson dat een zwart gat een ruimtevaartuig tot relativistische snelheden zou kunnen versnellen. Maar krachten op een ruimteschip die een dergelijk object naderen, zullen het waarschijnlijk vernietigen.
Promotie video:
Dus kwam Kipping met een slim alternatief. Zijn idee is om fotonen rond het zwarte gat te richten en vervolgens de extra energie die ze ontvangen te gebruiken om de lichtzeil te versnellen. "De kinetische energie van het zwarte gat wordt overgebracht op de lichtstraal in de vorm van een blueshift, en bij terugkeer versnellen de fotonen niet alleen het ruimtevaartuig, maar voegen ze er ook energie aan toe", zegt Kipping.
Dit proces is afhankelijk van het extreem krachtige zwaartekrachtveld rond het zwarte gat. Omdat fotonen een kleine, maar nog steeds rustende massa hebben, is dit veld in staat om licht in een cirkelvormige baan te vangen.
Het werk van Kipping is gebaseerd op een iets andere baan, waarbij de fotonen die door het ruimtevaartuig worden uitgezonden rond het zwarte gat en weer terug worden gestuurd - een soort boemerangbaan. Tijdens het reizen zullen de fotonen op de boemerang kinetische energie ontvangen van de beweging van het zwarte gat.
Het is deze energie die een ruimtevaartuig kan versnellen dat is uitgerust met een geschikt licht zeil. Kipping noemt zijn idee een "halo-engine". De halomotor brengt de kinetische energie van een bewegend zwart gat met behulp van zwaartekracht over op het ruimtevaartuig. Bovendien verbruikt het ruimtevaartuig tijdens dit proces geen eigen brandstof.
Omdat de halo-engine de beweging van een zwart gat gebruikt, kan deze het beste worden toegepast op binaire bestanden waarin een zwart gat om een ander object draait. De fotonen ontvangen dan energie van de beweging van het zwarte gat op de juiste punten in zijn baan.
En zo'n motor moet werken met elke massa die beduidend minder is dan de massa van het zwarte gat. Kipping zegt dat mechanismen ter grootte van een planeet mogelijk zijn bij hem. Een voldoende gevorderde beschaving kan dus met relativistische snelheden van het ene deel van de melkweg naar het andere reizen en van het ene binaire systeem van zwarte gaten naar het andere springen. "Een geavanceerde beschaving zou het concept van een licht zeil kunnen gebruiken om relativistische snelheden en extreem efficiënte bewegingen te bereiken", zegt hij.
Hetzelfde mechanisme kan het ruimtevaartuig ook vertragen. Dus deze geavanceerde beschaving zal waarschijnlijk op zoek gaan naar paren van binaire systemen met zwarte gaten die als versnellers en moderatoren zullen werken.
De Melkweg bevat ongeveer 10 miljard binaire zwart-gatensystemen. Maar Kipping merkt op dat er waarschijnlijk maar een beperkt aantal trajecten zijn die ze met elkaar verbinden, dus deze interstellaire snelwegen zijn waarschijnlijk erg waardevol.
Natuurlijk ligt de technologie die nodig is om dit concept te exploiteren momenteel buiten het bereik van de mensheid. Maar astronomen zouden in staat moeten zijn om erachter te komen waar de beste stellaire snelwegen zich bevinden, en om technische handtekeningen van beschavingen te zoeken die ze kunnen exploiteren.
Ilya Khel
