居住在超大質量黑洞附近

當然,這會帶來一些危險,但也可能很有趣!

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自 20 世紀 90 年代以來,我們就知道行星存在於脈衝星周圍,脈衝星是恆星劇烈爆炸後誕生的超高密度天體。因此,有理由假設行星也可能存在於黑洞周圍,這或許會讓許多人感到驚訝,黑洞對其環境的影響遠弱於脈衝星。甚至生命也可能在其中一些行星上形成,因為地球上的生物已經適應了極端條件,包括沸騰的高溫、冰凍的低溫以及酸性、高鹽甚至放射性環境。

宜居行星可能存在於大多數星系核心的超大質量黑洞附近。我們自己的星系,銀河系,就擁有一個質量高達四百萬個太陽的黑洞。它被稱為 Sgr A*(Sgr 代表人馬座),其最內層穩定圓形軌道 (ISCO) 的大小與水星繞太陽執行的軌道大致相同。

那麼,在這樣的行星上生活會是什麼樣子呢?


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在討論居住在黑洞附近的許多健康危害之前,我們應該考慮其好處。如果文明在黑洞附近形成或遷移到黑洞附近,他們可以做什麼來獲得樂趣和利益?以下是想到的前 10 項活動

  • 透過將垃圾傾倒入黑洞周圍的吸積盤中,將黑洞用作清潔能源的來源。高達 42% 的垃圾靜止質量可以在最大旋轉黑洞的 ISCO 處轉化為輻射。

  • 將一些工程裝置耦合到黑洞的自旋上,就像一個巨大的飛輪,可以從中獲取自旋能量。

  • 乘坐光帆在接近光速的相對論性噴流上衝浪。

  • 透過前往黑洞視界附近的美容院來延長青春,在那裡,由於引力紅移,時間會過得更慢。

  • 觀看整個宇宙的奇觀,它被反射和扭曲成黑洞周圍的引力透鏡影像。

  • 在所謂的“光子層”建立一個遊樂園,在那裡人們可以享受相對論效應帶來的樂趣,例如,透過直視前方,看到自己從黑洞周圍的光環後面出現。

  • 利用太空旅行的新機會。例如,當銀河系及其姊妹星系仙女座在數十億年後合併時,它們中心的兩個黑洞將配對成一個緊密的雙星系統,這將充當引力彈弓,以高達光速的速度噴射恆星或行星,正如作者與 James Guillochon 合著的兩篇論文中所述。旅行社可能會提供乘坐被噴射行星穿越整個宇宙的特殊旅程的票。

  • 將罪犯送入黑洞,作為以奇點處死刑為終極刑罰的監獄。黑洞的質量將決定囚犯的剩餘壽命。他們的罪行越輕,黑洞的質量就越大,從而延長他們在穿過與黑洞視界相關的“監獄牆”後的剩餘壽命。

  • 利用小物體繞黑洞執行產生的引力波進行通訊。這種訊號無法被任何已知形式的物質阻擋。

  • 透過為弦物理實驗學家組織的旅行來測試量子引力的基本方面。

宇航員嘗試執行這些活動的主要危險來自引力潮汐力。正如阿爾伯特·愛因斯坦在他的著名思想實驗中指出的那樣,身處自由落體的電梯或宇宙飛船中感覺就像完全沒有重力一樣。但是,頭部和腳趾之間引力加速度的任何差異(衡量時空曲率的指標)都可能將您的身體撕裂。這種潮汐力會在恆星質量黑洞附近造成死亡威脅,但在超大質量黑洞(如 Sgr A*)周圍更廣闊的環境中,對人體沒有威脅。

相應地,製造黑洞所需的物質密度與其時空曲率呈線性關係。低質量黑洞是透過大質量恆星核心坍縮形成的,其密度遠大於原子核的密度。但是,要製造一個超大質量黑洞,它的密度要稀薄得多,只需用液態水填充木星軌道就足夠了。雖然這個工程專案聽起來很簡單,但絕非易事,因為它需要大約 1 億個太陽質量的水。而且,在傾倒水時產生的熱量會燒燬任何相關設施。

事實上,吸積超大質量黑洞釋放的熱量對居住在星系中心的文明構成了生存威脅。在與 John Forbes 合著的一篇論文中,我們表明,宇宙中很大一部分行星的 атмосферы 很脆弱,會因在其生命中的某個時刻靠近活躍的星系核而被剝離,或者海洋被煮沸。

在人類歷史上,我們首次擁有了這項技術,可以在背景發光氣體的襯托下,為銀河系中心和巨型橢圓星系 M87 中超大質量黑洞的輪廓成像。第一批此類影像計劃於今年晚些時候釋出。

在哈佛大學黑洞倡議組織(一個專注於黑洞研究的跨學科中心)2018 年會議的總結講座中,我建議未來太空推進技術的進步可能允許我們組織一次前往附近黑洞的實地考察。這將為開展上述一些活動提供絕佳機會,甚至可能與任何可能已經在那裡露營的其他文明的揹包客交流量子引力的筆記。

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