科學家稱被巨大能量收集結構包圍的黑洞可能為外星文明提供動力
在長期播出的電視劇《神秘博士》(Doctor Who)中,被稱為”時間領主”( Time Lords )的外星人從被捕獲的黑洞”心臟”中獲得力量,黑洞為他們的星球和時間旅行技術提供能量。 根據一項新研究,這個想法是有道理的。 研究人員表明,高度先進的外星文明理論上可以在黑洞周圍建造被稱為”戴森球”的巨型建築,以利用其能量,其能量可以是我們太陽的10萬倍。 這項工作甚至可以給研究人員提供一種方法來檢測這些外星社會的存在。
帕拉茨基大學的物理學家Tomáš Opatrný說:”我喜歡這些關於先進文明可能做什麼的猜測。 “他沒有參與這項工作,但同意黑洞周圍的”戴森球”將為其建造者提供大量能量。
如果人類的能源需求繼續增長,那麼當我們的能源消耗接近甚至超過我們星球的總能量時,就會出現一個節點。 早在1960年,物理學家弗里曼·戴森就這樣論證過。 戴森借用英國科幻作家Olaf Stapledon的觀點,提出任何想要生存下去的足夠先進的文明都需要在恆星周圍建造巨大的結構,以利用其能量。
這些「戴森球」大多涉及眾多衛星圍繞恆星運行或靜止不動的情況。 這樣的巨型結構將不得不把太陽能轉化為可用的能量,這個過程會產生廢棄的熱量。 這種熱量在中紅外光譜中顯示出來,具有過量紅外信號的恆星已經成為尋找地外生命的一個關鍵目標。
但是中國臺灣清華大學的天文學家Tiger Hsiao說,我們可能在尋找錯誤的東西。 在一項新研究中,他和同事們著手計算是否也有可能在黑洞周圍使用”戴森球”。 他們分析了三種不同大小的黑洞:那些質量是我們太陽的5倍、20倍和400萬倍的黑洞。 這分別反映了已知由大品質恆星坍縮形成的黑洞的下限和上限,以及人馬座A*的更巨大的品質,即被認為潛伏在銀河系中心的超大品質黑洞。
黑洞通常被認為是能量的消費者而不是生產者。 然而,它們巨大的引力場可以通過幾個理論過程產生能量。 這些過程包括黑洞周圍的氣體積累所發出的輻射,旋轉的物質”吸積”盤緩慢地落向黑洞表面,物質和能量的相對論噴射沿著黑洞的旋轉軸射出,以及黑洞輻射–黑洞可以失去品質的理論方式,在這個過程中釋放能量。
從他們的計算中,Hsiao及其同事得出結論,吸積盤、周圍的氣體和黑洞的噴流都可以作為可行的能量來源。 事實上,僅來自一個20個太陽品質的恆星黑洞的吸積盤的能量就可以提供與10萬個恆星周圍的”戴森球”相同的能量,該團隊將在下個月的《皇家天文學會月刊》上發表這篇論文。 如果一個超大品質的黑洞被利用,它所提供的能量可能還要大100萬倍。
如果這種技術在起作用,可能有辦法發現它。 根據研究人員的說法,來自所謂的「熱」戴森球的廢熱信號–一個以某種方式能夠在超過3000開爾文的溫度下生存的球體,高於已知金屬的熔點–在銀河系中一個恆星品質的黑洞周圍,將可以在紫外線波長下探測到。 這樣的信號可能會在各種望遠鏡的數據中被發現,包括美國宇航局的哈勃太空望遠鏡和星系演化探測器。
同時,一個「固體」戴森球–在3000開爾文以下運行–可以在紅外線中被發現,例如,斯隆數位天空調查或廣域紅外調查探測器。 後者對尋找傳統的、基於恆星的戴森球的紅外信號並不陌生。 但是,像所有其他此類搜索一樣,它還沒有找到任何結論性的東西。
Opatrný說,利用吸積盤的輻射將是特別聰明的,因為吸積盤的能量轉換比傳統恆星的熱核反應更有效。 他表示:「以黑洞吸積盤為食的快速生命文明將更容易從它們產生的大量廢熱中發現。 “
夏威夷大學希洛分校天文學與天體物理學系的天體物理學家Inoue Makoto說,普通黑洞可以支持所謂的II型文明,其總能量需求與整個恆星系統的能量需求相當。 他補充說,超大品質黑洞可以為III型文明提供燃料,其能量消耗將相當於整個星系所發出的能量。