Fudanin yliopiston tutkijan Cosimo Bambin suunnitelma edellyttää, että löydetään läheinen, alle 50 valovuoden päässä oleva musta aukko ja rakennetaan muutaman gramman painoisia, laserilla toimivia nanokapselia, kuten Stephen Hawking ehdotti kymmenen vuotta sitten.
Sisällysluettelo
Ensimmäinen kuva mustasta aukosta, joka sijaitsee Messier 87 -galaksin sydämessä, julkaistiin vuonna 2018Event Horizon Telescope Collaboration
Italialainen kosmologi Cosimo Bambi (Firenze, 1980) ei pidä sanasta ”mahdoton”. Hän väittää, että historian aikana on saavutettu tieteellisiä läpimurtoja, jotka eivät aiemmin olleet mahdollisia, kuten gravitaatioaaltojen havaitseminen: ”Niitä pidettiin liian heikkoina, mutta se onnistui sata vuotta myöhemmin. Myösmustan aukon varjon havaitsemista pidettiin mahdottomana, ja nyt meillä on kuvia kahdesta”, sanoo tiedemies, joka on tutkinut aihetta 12 vuotta Fudanin yliopistossa Kiinassa.
Nyt hän on vakuuttunut, että muutaman vuosikymmenen kuluttua ihmiskunta voi toteuttaa, jos se niin haluaa, tieteellisen tehtävän, joka on tällä hetkellä pelkkää scifiä: mustan aukon tutkiminen. ”Teknologiaa ei vielä ole, mutta se voi olla olemassa 20 tai 30 vuoden kuluttua”, hän väittää.
Kuten hän torstaina iScience-lehdessä julkaistussa artikkelissa esittää, hänen ehdotuksensa on suunnitella avaruusmatka läheiseen mustaan aukkoon. Tietenkin se olisi mahdotonta tavanomaisella kemiallisella polttoaineella toimivalla aluksella, joka olisi liian raskas ja hidas. Mutta yksi mahdollinen vaihtoehto olisi suunnitella vielä olematon sondi: erittäin pieni ja kevyt nanokapseli, joka painaisi vain muutaman gramman ja koostuisi mikrosirusta ja fotonisesta purjeesta, jota maasta laukaistavat laserit työntäisivät eteenpäin. Laserit pommittaisivat purjetta fotoneilla ja kiihdyttäisivät aluksen lähes kolmannekseen valon nopeudesta.
70 vuoden matka
Kosmologin laskelmien mukaan mikrosukkula kulkisi tuolla nopeudella noin 70 vuotta saavuttaakseen 20–25 valovuoden päässä olevan mustan aukon. Kerättyjen tietojen paluu Maahan kestäisi vielä kaksi vuosikymmentä – luotain ei palaa, vaan lähettää vain tiedot. Siten mission kokonaiskesto olisi 80–100 vuotta.
Kyseessä on sama konsepti, jonka Stephen Hawking esitti vuonna 2016 Breakthrough Starshot -tehtävälle, jonka tarkoituksena oli tutkia Alfa Centaurin järjestelmää sirun kokoisilla mikrosatelliiteilla ja tarkistaa, onko lähimmissä eksoplaneetoissa merkkejä elämästä. ”Ne olisivat samanlaisia luotaimia. Itse asiassa tällä hetkellä on suhteellisen suuri yhteisö, joka työskentelee näiden nanosatelliittien kehittämisen parissa, ja mielestäni ne ovat lupaavin luotaintyyppi tuleville tehtäville aurinkokunnan ulkopuolelle”, hän kertoo tämän lehden sähköpostitse.
Tutkija korostaa, että jo useat tutkijaryhmät työskentelevät tämän tyyppisten nanosatelliittien kehittämisen parissa, vaikka hän tai hänen yliopistonsa eivät ole mukana missään niistä. Esimerkkeinä hän mainitsee Starlight-projektin (Kalifornian yliopisto, Santa Barbara), Interstellar-luotaimen (Johns Hopkinsin yliopisto ja NASA), Dragonfly-projektin (I4IS), Sundiverin (NASA ja muut keskukset) ja Gossamer Roadmapin (ESA).
Jos hanke onnistuu, hän väittää, että tämä vuosisadan mittainen tehtävä voisi tuoda Maahan tietoa läheisistä mustista aukoista, mikä muuttaisi täysin käsityksemme yleisestä suhteellisuusteoriasta ja fysiikan laeista.
Sen saavuttaminen ei ole helppoa. Tähtienvälisellä missiolla on edessään kaksi perustavanlaatuista haastetta. Ensinnäkin on löydettävä musta aukko, joka on riittävän lähellä tutkittavaksi, ja sitten on kehitettävä pienet luotaimet, jotka kestävät matkan.
Jotta aluksen matkaa mustaan aukkoon voitaisiin pitää missiona, sen pitäisi olla 20–25 valovuoden päässä Maasta. Tähän mennessä tunnetut lähimmät mustat aukot ovat paljon kauempana: Gaia BH1 sijaitsee peräti 1 560 valovuoden päässä Maasta, ja vuonna 2020 ilmoitettiin mustan aukon havaitsemisesta tuhannen valovuoden päässä, järjestelmässä nimeltä HR 6819.
Bambi väittää, että aiempi tieto tähtien kehityksestä viittaa siihen, että vain 20 tai 25 valovuoden päässä Maasta voisi olla musta aukko, mutta myöntää, että sen löytäminen ei ole helppoa. Koska mustat aukot eivät säteile tai heijasta valoa, ne ovat käytännössä näkymättömiä teleskoopeille, joten tutkijat havaitsevat ja tutkivat niitä sen perusteella, miten ne vaikuttavat lähellä oleviin tähtiin tai vääristävät valoa.
Tämän kosmologin toivo on kuitenkin uusissa menetelmissä, joita kehitetään niiden havaitsemiseksi. Tämän huomioon ottaen hän pitää kohtuullisena, että noin kymmenen vuoden kuluessa löydetään musta aukko tuolta etäisyydeltä tai hieman kauempaa.
”Etäisyyden kasvaessa myös teknologiset haasteet kasvavat, mutta niin kaukana kuin musta aukko on 40–50 valovuoden päässä, tehtävä on vielä mahdollista toteuttaa. Jos se olisi yli 50 valovuoden päässä, matka olisi edelleen liian pitkä, vaikka sondit voitaisiin rakentaa valon nopeuteen lähestyvällä nopeudella”, hän väittää.
Kun kohde on paikannettu, olisi rakennettava ja lähetettävä pienet alukset ja varmistettava, että ne kestävät matkan. Kysyimme häneltä, miten ne selviäisivät niin äärimmäisissä olosuhteissa. ”Se, että mustan aukon ympärillä on erittäin voimakas painovoimakenttä, ei ole ongelma. Luotaimen voi tuhota niin sanottu vuorovesivaikutus, joka tarkoittaa, että luotaimen eri osat voivat kokea eri painovoimakenttiä. Tämä voi tuhota luotaimen, mutta jos luotaimet ovat pieniä, näin ei tapahdu”, hän selittää.
Terveys
Pandemian uusimmista uutisista viimeisimpiin syövän torjunnan edistysaskeliin – saat viikon tärkeimmät terveysuutiset.
”Tietojen lähettämiseksi mustan aukon läheisyydestä Maahan tarvitaan jonkinlainen antenni, jonka on oltava suhteellisen suuri. Ajatuksena on, että mustan aukon läheisyydessä on jonkinlainen emäalus, jota seuraa pienempiä avaruusaluksia, jotka voivat lähestyä mustaa aukkoa. Ne välittäisivät tiedot emäalukselle, joka (antennin avulla) voisi sitten lähettää tiedot takaisin Maahan”, hän ehdottaa.
‘Vallankumous’ fysiikassa
Hän on valinnut tämän tutkimusalueen, koska hän katsoo, että ”mustat aukot ovat parhaita laboratorioita Einsteinin suhteellisuusteorian testaamiseen äärimmäisissä olosuhteissa”. Jos alus voisi lähestyä mustaa aukkoa, tutkijat voisivat tehdä kokeita vastaamaan joihinkin fysiikan kiireellisimpiin kysymyksiin. Onko mustalla aukolla todella tapahtumahorisontti? Muuttuvatko fysiikan lait mustan aukon lähellä? Pitävätkö Einsteinin yleisen suhteellisuusteoria paikkansa universumin äärimmäisissä olosuhteissa?
Bambin mukaan, jos nanokapselit voitaisiin lähettää mustaan aukkoon ja ”voitaisiin mitata poikkeamat yleisen suhteellisuusteorian ennusteista, se olisi selvästikin vallankumous modernille fysiikalle. Yleinen suhteellisuusteoria ei ole vain gravitaatiovoimien teoria, vaan myös avaruuden ja ajan rakenteen teoria. Yleisen suhteellisuusteorian ylittävät teoriat voivat vastata perustaviin ja filosofisiin kysymyksiin, kuten mikä on aika, mistä universumi on syntynyt ja miksi näemme sen sellaisena kuin se on tänään”, hän väittää.
Vaikka artikkeli julkaistaan torstaina, hän on jo jakanut ajatuksensa muiden kollegoiden kanssa, jotka ovat hänen mukaansa ottaneet ehdotuksensa ”positiivisesti” vastaan. ”Kukaan ei voi sanoa, voiko tämä idea tuottaa konkreettisia tuloksia, mutta se on ehdottomasti harkitsemisen arvoinen. Ensimmäinen askel on löytää lähistöllä oleva musta aukko, ja se on astrofyysikoiden tehtävä. Jos löydämme sellaisen, sen löytäminen auttaisi automaattisesti tuomaan projektin laajemman yhteisön tietoisuuteen”, hän sanoo.
Tutkija korostaa, että ”on erittäin vaikea tehdä pitkän aikavälin ennusteita teknologian kehityksestä, koska keksinnöt voivat mullistaa tietyn alan täysin. Se, mikä nyt tuntuu mahdottomalta, voi olla mahdollista muutaman vuoden kuluttua.”
Italialainen tutkija muutti 13 vuotta sitten Kiinaan, maahan, joka hänen mukaansa investoi paljon koulutukseen ja tutkimukseen: ”Kun tulin Fudanin yliopistoon, olin suhteellisen nuori, ja minulle tarjottiin erittäin hyvät ehdot, joita en olisi voinut saada Euroopassa tai Pohjois-Amerikassa”, hän vakuuttaa.
Erityisesti hän korostaa Kiinan avaruusohjelman kunnianhimoisuutta: ”Siinä on erittäin mielenkiintoisia tehtäviä. Viimeisten 10–15 vuoden aikana saavutettu edistyminen on huomattavaa, mutta Kiinan järjestelmällä on myös omat ongelmansa, jotka on ratkaistava, jos halutaan jatkaa kehitystä.”
