Plán Cosimo Bambiho, výzkumníka z čínské Fudanovy univerzity, bude vyžadovat nalezení nejbližší černé díry vzdálené méně než 50 světelných let a vytvoření nanokosmických přístrojů o hmotnosti několika gramů poháněných laserem, podobných těm, které před deseti lety navrhl Stephen Hawking.
První snímek černé díry umístěné v centru galaxie Messier 87 byl zveřejněn v roce 2018 Event Horizon Telescope Collaboration
Italský kosmolog Cosimo Bambi (Florencie, 1980) nemá rád slovo „nemožné“. Tvrdí, že v průběhu celé historie byly dosaženy vědecké milníky, které se kdysi zdály nedosažitelné, jako například objev gravitačních vln: „Myslelo se, že jsou příliš slabé, ale o sto let později se to podařilo. Také se věřilo, že nikdy neuvidíme stín černé díry, a teď máme snímky dvou,“ tvrdí tento vědec, který již 12 let působí na Fudanově univerzitě v Číně.
Nyní je přesvědčen, že za několik desítek let bude lidstvo schopno realizovat, pokud bude chtít, vědeckou misi, která je v současné době čistou fantazií: prozkoumat černou díru. „Technologie ještě neexistuje, ale může se objevit za 20–30 let,“ tvrdí.
Jak vysvětluje v článku zveřejněném , jeho návrh spočívá ve vývoji mezihvězdné mise k nejbližší černé díře. To by samozřejmě nebylo možné pomocí běžné kosmické lodi poháněné chemickým palivem, která je příliš těžká a pomalá. Možnou alternativou by však mohlo být vytvoření dosud neexistujícího typu sondy: extrémně malých a lehkých nanosatelitů o hmotnosti pouhých několika gramů, které by se skládaly z mikročipu a fotonového plachty poháněné lasery instalovanými na Zemi. Tyto lasery budou bombardovat plachtu fotony a urychlí zařízení téměř na třetinu rychlosti světla.
70letá cesta
Podle výpočtů kosmologa by při těchto rychlostech mikrokosmické zařízení potřebovalo asi 70 let, aby dosáhlo černé díry vzdálené 20–25 světelných let. Sběr dat by trval další dvě desetiletí, než by se sonda vrátila na Zemi – sonda se nevrací, pouze odesílá data. Celková délka mise by tak činila 80–100 let.
Jedná se o stejný koncept, který Stephen Hawking navrhl v roce 2016 pro misi Breakthrough Starshot, jejímž cílem je prozkoumat systém Alfa Centauri pomocí armády mikrokosmických aparátů o velikosti čipu a ověřit, zda existují známky života na exoplanetách nejblíže Zemi. „Budou to stejné sondy. Ve skutečnosti v současné době existuje relativně velká komunita, která pracuje na vývoji těchto nanosatelitů, které jsou podle mého názoru nejslibnějším typem sond pro budoucí mise za hranice sluneční soustavy,“ uvádí v e-mailu zaslaném této novinám.
Vědec zdůrazňuje, že již existují různé vědecké skupiny, které pracují na vývoji tohoto typu nanosond, ačkoli ani on, ani jeho univerzita se na nich nepodílejí. Jako příklady uvádí projekt Starlight (Kalifornská univerzita v Santa Barbaře), Interstellar Probe (Johns Hopkins University a NASA), projekt Dragonfly (I4IS), Sundiver (NASA a další centra) a Gossamer Roadmap (ESA).
Podle jeho názoru by tato stoletá mise v případě úspěchu mohla přinést na Zemi data o blízkých černých dírách, která zcela změní naše chápání obecné teorie relativity a zákonů fyziky.
Toho nebude snadné dosáhnout. Meziplanetární mise bude čelit dvěma hlavním problémům. Za prvé, je nutné najít černou díru, která je dostatečně blízko pro výzkum, a poté vyvinout miniaturní sondy, které takovou cestu vydrží.
Aby mise kosmické lodi k černé díře mohla být považována za takovou, musí se nacházet ve vzdálenosti 20–25 světelných let od Země. Nejbližší černé díry, které jsou dnes známy, se nacházejí mnohem dále: Gaia BH1 je vzdálená nejméně 1560 světelných let od Země a v roce 2020 bylo oznámeno objevení černé díry ve vzdálenosti tisíce světelných let v systému nazvaném HR 6819.
Systém, ve kterém se nachází černá díra Gaia BH1, je vzdálený 1560 světelných let od Země PanSTARRS
Dosavadní znalosti o vývoji hvězd, tvrdí Bambi, naznačují, že černá díra se může skrývat pouhých 20–25 světelných let od Země, ale připouští, že ji nebude snadné najít. Vzhledem k tomu, že černé díry nevyzařují ani neodrážejí světlo, jsou pro dalekohledy prakticky neviditelné a vědci je objevují a studují podle toho, jak ovlivňují okolní hvězdy nebo zkreslují světlo.
Naděje tohoto kosmologa však spočívá v nových metodách, které se vyvíjejí pro jejich detekci. Vzhledem k tomu považuje za rozumné, že přibližně za deset let bude objevena černá díra v takové vzdálenosti nebo o něco dále.
„S rostoucí vzdáleností rostou i technologické problémy, ale dokud je černá díra ve vzdálenosti 40–50 světelných let, mise je ještě proveditelná. Kdyby se nacházela ve vzdálenosti více než 50 světelných let, cesta by byla stejně příliš dlouhá, i kdyby se podařilo postavit sondy, které by dosahovaly rychlosti velmi blízké rychlosti světla,“ tvrdí.
Po objevení cíle bude nutné postavit a vyslat miniaturní lodě a zajistit, aby byly schopné takovou cestu zvládnout. Jak mohou přežít v tak extrémních podmínkách? – ptáme se. „Skutečnost, že gravitační pole kolem černé díry je velmi intenzivní, není problém. Co může sondu zničit, jsou takzvané přílivové efekty, to znamená, že různé části sondy mohou být vystaveny různým gravitačním polím. To může sondu zničit, ale pokud jsou sondy malé, k tomu nedochází,“ vysvětluje.
„K odeslání dat z okolí černé díry na Zemi je zapotřebí jakási anténa, která musí být relativně velká. Myšlenka spočívá v tom, že budeme mít jakousi nosnou loď, která se bude nacházet v určité vzdálenosti od černé díry, a za ní budou následovat miniaturní kosmické lodě, které se budou moci přiblížit k černé díře. Ty budou přenášet data na nosnou loď, která je pak (pomocí antény) bude moci odeslat zpět na Zemi,“ navrhuje.
„Revoluce“ ve fyzice
Tuto oblast si pro svůj výzkum vybral, protože se domnívá, že „černé díry jsou nejlepší laboratoře pro ověření Einsteinovy teorie relativity v extrémních podmínkách“. Kdyby se loď mohla přiblížit k černé díře, vědci by mohli provést experimenty, které by odpověděly na některé z nejnaléhavějších otázek fyziky. Má černá díra skutečně horizont událostí? Mění se fyzikální zákony v blízkosti černé díry? Platí Einsteinova obecná teorie relativity v nejextrémnějších podmínkách vesmíru?
Podle Bambiho by vyslání nanokosmických přístrojů do černé díry a „změření odchylek od předpovědí obecné teorie relativity znamenalo jasnou revoluci v moderní fyzice“. Obecná teorie relativity není jen teorií gravitačních interakcí, ale také teorií struktury časoprostoru. Teorie, které přesahují rámec obecné teorie relativity, mohou poskytnout odpovědi na fundamentální a filozofické otázky, jako například co je čas, kde vznikl vesmír a proč ho vidíme tak, jak ho vidíme dnes,“ tvrdí.
Ačkoli článek bude publikován až ve čtvrtek, své myšlenky již sdílel s dalšími kolegy, kteří podle jeho slov reagovali na jeho návrh „pozitivně“. „Nikdo nemůže tvrdit, zda tato myšlenka přinese konkrétní výsledky, ale rozhodně si zaslouží pozornost. Prvním krokem je najít černou díru nedaleko nás, a to je úkol astrofyziků. Pokud ji najdeme, její objev automaticky pomůže šířit informace o projektu širší veřejnosti,“ tvrdí.
Vědec zdůrazňuje, že „je velmi obtížné dělat dlouhodobé prognózy o technologickém pokroku, protože objevy mohou doslova revolucionalizovat ten či onen obor. To, co se dnes považuje za nemožné, může být za několik let možné.“
Italský vědec se před 13 lety přestěhoval do Číny, země, která podle jeho slov hodně investuje do vzdělávání a výzkumu: „Když jsem přišel na Fudanovu univerzitu, byl jsem relativně mladý a nabídli mi velmi dobré podmínky, které bych v Evropě nebo Severní Americe nemohl dostat,“ tvrdí.
Zejména zdůrazňuje ambicióznost čínského vesmírného programu: „Má velmi zajímavé mise. Pokrok dosažený za posledních 10–15 let je velmi patrný, ale čínský systém má i své problémy, které je třeba vyřešit, pokud chtějí pokračovat vpřed.“
