Crna rupa mogla bi se nalaziti samo dvadesetak svjetlosnih godina od Zemlje, skrivena jer nema zvijezdu pratilicu koja bi odala njezinu prisutnost. Fizičar Cosimo Bambi izračunao je da bi sićušna sonda pogonjena laserom do takvog objekta mogla stići za 60 do 75 godina. Na njezine podatke čekali bismo još dva desetljeća.
Zamisao ne krši poznate zakone fizike, ali trenutačno nema ni sonde, ni dovoljno snažnog laserskog sustava, ni obližnje crne rupe prema kojoj bismo ih mogli usmjeriti. Bambijev rad zato nije gotov plan misije, nego pokušaj da se utvrdi što bi čovječanstvo moralo izgraditi kako bi se crnoj rupi prvi put približilo letjelicom.
Najbliža poznata crna rupa još je izvan našeg dosega
Najbliža crna rupa za koju danas pouzdano znamo nosi oznaku Gaia BH1. Nalazi se oko 1.560 svjetlosnih godina od Zemlje, u smjeru zviježđa Zmijonosca. Čak ni iznimno brza međuzvjezdana sonda ne bi mogla prijeći tu udaljenost u razumnom vremenu.
Astronomi su Gaia BH1 pronašli zahvaljujući njezinu gravitacijskom utjecaju na zvijezdu sličnu Suncu. Crnu rupu ne vidimo izravno, ali njezina prisutnost mijenja putanju zvijezde pratilice. Upravo takva gibanja omogućuju otkrivanje crnih rupa koje ne privlače dovoljno materijala da bi oko njih nastao sjajan disk vrućeg plina.
Bambi, fizičar sa Sveučilišta Fudan u Šangaju, u ovom znanstvenom radu upozorava da Gaia BH1 gotovo sigurno nije crna rupa koja nam je doista najbliža. Ona je samo najbliža koju smo dosad uspjeli pronaći.
Prema modelima koje navodi, u disku Mliječne staze moglo bi postojati oko 100 milijuna crnih rupa zvjezdane mase. Nastale su urušavanjem masivnih zvijezda, a približno 92 posto njih vjerojatno je izolirano. Nemaju zvijezdu pratilicu čije bi ih kretanje odalo i u pravilu ne privlače dovoljno plina da bi snažno zračile.
Zbog toga bi se velik dio galaktičke populacije crnih rupa mogao neopaženo kretati između zvijezda.
Kada se procijenjeni broj tih objekata rasporedi po galaktičkom disku, dobiva se prosječno jedna crna rupa na prostor od približno 1.500 kubičnih parseka. Pojednostavljeno, takav izračun dopušta mogućnost da se najbliža crna rupa nalazi oko 20 do 25 svjetlosnih godina od Sunčeva sustava.
To ne znači da je crna rupa na toj udaljenosti već otkrivena. Riječ je o statističkoj procjeni, a stvarni najbliži objekt mogao bi biti znatno bliže ili dalje. Crna rupa udaljena dvadesetak svjetlosnih godina pritom ne bi predstavljala prijetnju Sunčevu sustavu. Za fiziku bi, međutim, bila iznimno vrijedan cilj.
Obližnja crna rupa možda se već skriva u astronomskim katalozima
Prije nego što se počne ozbiljno govoriti o sondi, takvu crnu rupu treba pronaći. To bi moglo biti teže od izgradnje same letjelice.
Izolirana crna rupa ne proizvodi vlastitu svjetlost. Ako se kreće kroz gotovo prazan međuzvjezdani prostor, može ostati praktički neprimjetna. Situacija bi se promijenila kada bi prošla kroz jedan od lokalnih međuzvjezdanih oblaka, područja u kojima je plin gušći nego u većem dijelu Sunčeva susjedstva.
Dio tog plina mogao bi pasti prema crnoj rupi. Pri tome bi se zagrijavao i proizvodio slab elektromagnetski signal koji bi današnji teleskopi mogli zabilježiti.
Takav izvor ne bi se lako razlikovao od smeđeg patuljka, bijelog patuljka, vrlo slabe zvijezde ili nekog drugog neupadljivog objekta. Kandidata bi zato trebalo promatrati na više valnih duljina, od radiovalova do rendgenskog zračenja. Moguće je čak da se trag obližnje crne rupe već nalazi u postojećim katalozima, ali još nije prepoznat.
Pronalazak takvog objekta dao bi misiji konkretan cilj. Astronomi bi morali vrlo precizno utvrditi njegovu udaljenost i kretanje jer bi sonda, jednom kada napusti Sunčev sustav, imala vrlo malo prostora za ispravljanje putanje.
Laser bi sondu ubrzavao samo 17 minuta
Obična raketa ne može obaviti ovakvo putovanje. Što raketa želi postići veću brzinu, mora nositi više goriva. Dodatno gorivo povećava masu, pa je zatim potrebno još goriva kako bi se ubrzalo i njega. Na međuzvjezdanim udaljenostima taj problem čini kemijski pogon nepraktičnim.
Bambijeva zamisao zato se oslanja na svjetlosno jedro koje bi ubrzavao vrlo snažan laser. Letjelica ne bi nalikovala nijednoj današnjoj svemirskoj sondi.
Njezin glavni dio bio bi mikročip mase oko jednog grama. Na njemu bi se morali nalaziti znanstveni instrumenti, računalo, navigacijski sustav i oprema za komunikaciju sa Zemljom. Mikročip bi bio povezan s iznimno tankim jedrom od posebno oblikovanog materijala, površine oko deset četvornih metara.
Laser smješten na Zemlji ili u svemiru usmjerio bi snop prema jedru. Svjetlost nema veliku potisnu silu, ali njezini fotoni ipak prenose malu količinu gibanja. Dovoljno snažan i precizno usmjeren snop mogao bi tako postupno ubrzavati iznimno laganu letjelicu.
Prema Bambijevu izračunu, sonda bi za približno 17 minuta mogla dosegnuti trećinu brzine svjetlosti. To je oko 100.000 kilometara u sekundi.
Laser bi se nakon toga isključio, a sonda bi desetljećima nastavila putovati postignutom brzinom. Ako bi crna rupa bila udaljena između 20 i 25 svjetlosnih godina, putovanje bi trajalo približno 60 do 75 godina.
Ne postoji realan način da se tako mala letjelica nakon dolaska uspori i uvede u orbitu. Sonda bi zato morala proletjeti pokraj crne rupe, u kratkom vremenu obaviti mjerenja i prikupljene podatke poslati prema Zemlji.
Signal bi zatim putovao još 20 do 25 godina. Od lansiranja do primitka rezultata prošlo bi ukupno između 80 i 100 godina. Ljudi koji bi započeli misiju najvjerojatnije ne bi dočekali njezin završetak.
Sonda bi morala preživjeti ono što današnja tehnologija ne može
Crne rupe omogućuju provjeru Einsteinove opće teorije relativnosti u uvjetima iznimno snažne gravitacije. Današnja promatranja gravitacijskih valova, rendgenskog zračenja i područja oko horizonta događaja pokazuju da se poznate crne rupe ponašaju u skladu s Einsteinovim predviđanjima. Ipak, sva ta mjerenja obavljamo izdaleka.
Sonda u neposrednoj blizini crne rupe mogla bi mjeriti njezino gravitacijsko polje na način koji nije moguć teleskopima sa Zemlje. Takva bi mjerenja omogućila mnogo strože provjere ponaša li se prostor i vrijeme u neposrednoj blizini crne rupe upravo onako kako predviđa opća relativnost.
Između tog znanstvenog cilja i stvarne misije stoji niz problema koje još ne znamo riješiti.
Mikročip mase jednog grama morao bi desetljećima raditi bez održavanja. Morao bi preživjeti zračenje i udare međuzvjezdanih čestica pri brzini od oko 100.000 kilometara u sekundi. Nakon dolaska morao bi obaviti složena mjerenja i poslati razumljiv signal preko najmanje 20 svjetlosnih godina.
Jednako je zahtjevan laserski sustav. Morao bi proizvesti golemu snagu, zadržati zraku usmjerenu prema vrlo malom jedru i dovoljno precizno odrediti početnu putanju da sonda nakon višedesetljetnog putovanja ne promaši cilj.
Sličan oblik pogona trebao je razvijati projekt Breakthrough Starshot, zamišljen za slanje minijaturnih sondi prema sustavu Alfa Centauri. Taj je program obustavljen u rujnu 2025., čime je nestao jedan od najpoznatijih pokušaja razvoja laserski pogonjenih međuzvjezdanih letjelica.
Bambi smatra da nijedna pojedinačna prepreka nije u suprotnosti s poznatom fizikom. To ipak ne znači da ćemo potrebnu tehnologiju uskoro imati. Njegova procjena da bi se ona mogla razviti u sljedećih 20 do 30 godina ostaje vrlo optimistična pretpostavka, a ne utvrđen raspored.
Već se pokušavaju okupiti radne skupine koje bi se bavile instrumentima, svjetlosnim jedrom, laserskim sustavom i komunikacijom. Međunarodni skup o toj zamisli planiran je za ljeto 2027.
Prvi korak ipak neće biti izgradnja lasera ili sonde. Astronomi najprije moraju pronaći crnu rupu dovoljno blizu Zemlji. Ako se jedna doista skriva dvadesetak svjetlosnih godina od nas, poznata fizika dopušta da joj pošaljemo letjelicu i rezultate dobijemo unutar jednog stoljeća. Bez takvog cilja, cijela misija ostaje precizan izračun putovanja prema objektu koji još nismo pronašli
