Инопланетные цивилизации могут использовать сферы Дайсона для сбора энергии из черных дыр.

• Черные дыры способны высвобождать огромное количество энергии через горячие диски, окружающую плазму и мощные струи, достаточное для поддержания цивилизации, намного превосходящей нашу.

• Любой гигантский коллектор высвободил бы неиспользованную энергию в виде тепла, создав свечение, которое потенциально могли бы обнаружить современные телескопы.

• Астрономы могли бы изучить существующие каталоги черных дыр в поисках необычных ультрафиолетовых, видимых или инфракрасных сигналов, которые обычные звезды и диски не могут объяснить.

Черные дыры, по-видимому, созданы для того, чтобы скрывать энергию, а не демонстрировать ее. Тем не менее, цивилизация, окутывающая одну из них огромными коллекторами, могла бы создать обнаруживаемое свечение, превратив один из самых темных объектов Вселенной в маяк технологий. Подсказка пришла бы в виде тепла.

Международная группа исследователей из Национального университета Цинхуа на Тайване изучила вопрос о том, может ли развитая цивилизация построить сферу Дайсона вокруг черной дыры. В ходе анализа они также задались вопросом, смогут ли существующие телескопы обнаружить ее.

Сфера Дайсона — это гипотетическая система, которая окружает источник энергии и улавливает его излучение. Полная оболочка была бы механически неустойчива, поэтому команда также рассматривала рои, кольца, пузыри и световые паруса.

Шесть способов черпать силу из тьмы

Исследователи оценили шесть возможных источников энергии: космическое микроволновое фоновое излучение, излучение Хокинга, аккреционный диск, аккреция Бонди, горячая корона и релятивистские струи.

Космическое микроволновое фоновое излучение — это остаточное излучение ранней Вселенной. Черная дыра могла бы выступать в качестве поглотителя холода, в то время как окружающая структура собирала бы эту фоновую энергию. Однако доступная мощность была бы слишком мала для цивилизации II типа, определяемой как цивилизация, способная использовать примерно энергию звезды.

Излучение Хокинга было бы еще менее практичным. Это слабое теоретическое излучение возникает из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий черной дыры. Для черной дыры с массой в пять раз превышающей массу Солнца ожидаемая мощность составила бы около 10 в степени -30 ватт. Потребление энергии типа II составляет примерно 10 в степени 26 ватт.

Наиболее перспективные возможности находятся за пределами горизонта событий. Падающее к чёрной дыре вещество может образовывать аккреционный диск, где интенсивный нагрев производит излучение. Даже чёрная дыра звёздной массы, работающая с низким коэффициентом Эддингтона (мерой яркости относительно теоретического предела), может производить излучение, в сотни раз превышающее светимость Солнца.

Вращение могло бы увеличить эту мощность. В анализе использовалась эффективность аккреции 5,7 процента для невращающейся черной дыры Шварцшильда и 39,9 процента для экстремально вращающейся черной дыры Керра. При той же скорости аккреции диск Керра мог бы быть в семь раз ярче.

«Джетс» могут стать обладателями самого крупного приза.

Корона черной дыры может стать еще одним существенным источником излучения. Эта чрезвычайно горячая плазма окружает внутренний диск и производит высокоэнергетическое излучение. По оценкам исследователей, корона может увеличить полезную излучательную способность примерно на 30–50 процентов по сравнению с излучением одного только диска.

Релятивистские струи могут предложить еще больше. Эти узкие плазменные потоки вырываются из полюсов и переносят излучение и кинетическую энергию. Излучение от струй может составлять примерно 60–80 процентов светимости диска. Суммарная мощность струй может быть примерно в 10 раз больше их излучательной способности.

Для черной дыры массой в пять солнечных масс с низким коэффициентом Эддингтона исследователи рассчитали суммарную энергию струй примерно в 1,7 миллиона солнечных светимостей. Вокруг сверхмассивной черной дыры, по массе подобной Стрельцу A*, суммарная энергия диска, короны и струй могла бы поднять индекс Кардашева цивилизации до 3. Этот уровень представляет собой потребление энергии в масштабах галактики.

Сбор такой энергии создал бы серьёзные инженерные проблемы. Конструкция, поглощающая излучение диска, должна была бы располагаться за пределами диска. Вероятный диапазон радиусов Шварцшильда для горячей системы составлял от 1000 до 100 000, в зависимости от температуры, светимости и массы чёрной дыры.

Для известных твердых материалов потребовалось бы большее расстояние. Чтобы поддерживать температуру конструкции на уровне 3000 кельвинов или ниже, команда рассчитала расстояния примерно в 7,12 миллиона радиусов Шварцшильда для черной дыры массой в пять солнечных масс и 11,3 миллиона для черной дыры массой в 20 солнечных масс.

Избыточное тепло обнажило бы коллекторы.

Идеального преобразования энергии не существует. Цивилизация может использовать часть захваченной энергии, но остальная часть будет уходить в виде отработанного тепла. В зависимости от температуры сооружения и расстояния, это свечение может проявляться в ультрафиолетовом, видимом, ближнем инфракрасном или среднем инфракрасном диапазоне длин волн.

Команда смоделировала черную дыру массой в пять солнечных масс, расположенную на расстоянии 10 килопарсеков, что составляет примерно одну треть диаметра Млечного пути. В представленных ею конфигурациях горячие и твердые коллекторные системы были бы достаточно яркими, чтобы их могли обнаружить существующие обзорные инструменты.

В качестве потенциальных инструментов можно использовать камеру WFC3 космического телескопа Хаббл, ультрафиолетовые обзоры GALEX, Pan-STARRS1, обзор полушария VISTA, широкопольный инфракрасный обзор Explorer и цифровой обзор неба Sloan. Более близкая или более массивная система будет выглядеть ярче.

Обнаружение останется затруднительным. Пыль может приглушать ультрафиолетовый и видимый свет, а звезды-компаньоны, планеты и поведение обычных рентгеновских двойных систем могут имитировать часть сигнала. Небольшая доля покрытия или низкая эффективность передачи также могут скрывать избыточное тепло под нормальным излучением.

Авторы рекомендуют начать с известных черных дыр и кандидатов в них. Астрономы могли бы сравнить несколько диапазонов длин волн и аппроксимировать полное спектральное распределение энергии. Необъяснимый тепловой пик, особенно тот, который несовместим со звездой-компаньоном, мог бы оправдать более тщательное исследование.

Спектроскопия могла бы отделить искусственное тепло, выделяемое холодными звездами, спектры которых содержат сильные молекулярные полосы. Измерения радиальной скорости могли бы проверить, обладает ли видимый компаньон достаточной массой, чтобы быть звездой или планетой. Система-коллектор должна иметь гораздо меньшую массу.

Практические последствия исследования

Данная работа не предоставляет доказательств существования сфер Дайсона. Она выявляет физические признаки, которые могли бы помочь в поисках, используя данные, уже собранные в ходе крупных обзоров неба.

Вместо того чтобы искать только целенаправленные сигналы или видимые структуры, астрономы могли бы исследовать необычное тепловое излучение вокруг известных черных дыр. Наиболее вероятными кандидатами были бы черные дыры, сочетающие неожиданное ультрафиолетовое, оптическое или инфракрасное излучение с диском, который кажется тусклее, чем это позволяет его физическое состояние.

Подобные поиски также могли бы уточнить модели обычных систем черных дыр. Любой кандидат должен был бы пройти проверку с участием пыли, звездных компаньонов, изменений аккреции и спектральных особенностей, прежде чем искусственное объяснение стало бы убедительным.

Главный вывод поддается проверке: черные дыры могут обеспечить достаточно энергии для чрезвычайно развитой цивилизации, а неизбежный отвод тепла дает возможность найти такую цивилизацию.

Результаты исследования доступны в режиме онлайн в журнале arXiv.

Оригинальная статья «Инопланетные цивилизации могут использовать сферы Дайсона для сбора энергии из черных дыр» опубликована в издании The Brighter Side of News.

Похожие статьи

• Ученые обнаружили несколько звезд, предположительно обернутых сферами Дайсона.

• Обнаружение энергии термоядерного синтеза может выявить развитые инопланетные цивилизации.

• Астрономы наблюдают за последними действиями умирающей звезды-гиганта.

Нравятся такие позитивные истории? Подпишитесь на рассылку The Brighter Side of News .