Spektakulær plan: Astrofysiker vil rejse til et sort hul

Et rumfartøj på størrelse med et stort frimærke, der drøner ud til et sort hul med en tredjedel af lysets hastighed og sender værdifulde data tilbage til Jorden.

Det klinger af ren science fiction, men det kan måske blive virkelighed i løbet af 100 år.

Sådan lyder det ambitiøse budskab fra italienske Cosimo Bambi, astrofysiker ved kinesiske Fudan University. I en ny videnskabelig artikel præsenterer han sit bud på en opsigtsvækkende mission.

En mission, der skal bringe menneskeheden i nærkontakt med et sort hul og teste fysikkens grænser nær de gådefulde og altopslugende himmellegemer.

»Hvis en eller flere rumsonder kommer helt tæt på et sort hul, kan vi undersøge tyngdekraften langt mere detaljeret end nogensinde før,« siger Cosimo Bambi til Videnskab.dk.

»Vi vil for alvor kunne teste, om fysikkens love og konstanter ændrer sig nær et sort hul, og om Einsteins generelle relativitetsteori holder under de mest ekstreme forhold i universet,« siger forskeren, der har delt sin idé i en såkaldt perspektiv-artikel - en videnskabelig genre, hvor forskere deler teorier og tankeeksperimenter.

Og tanken lyder mildest talt dragende, men hvordan i alverden når vi dertil?

Ifølge Cosimo Bambi er der to nøgleudfordringer:

• At finde et sort hul, der befinder sig tæt nok på Jorden.
• At udvikle et lillebitte rumfartøj, der kan rejse med tilpas høj fart til at nå det sorte hul inden for en overskuelig tidshorisont.

I skrivende stund har vi ingen af delene. I sin nye artikel, der er bragt i tidsskriftet iScience, kalder Cosimo Bambi da også sit forslag for både »meget spekulativt« og »ekstremt udfordrende«, men – tilføjer han – »ikke komplet urealistisk«.

Dansk ekspert: Ikke umuligt

Den præmis er Michael Linden-Vørnle, astrofysiker og chefkonsulent på DTU Space, med på. Han har læst Cosimo Bambis nye artikel for Videnskab.dk og betegner ideerne som »principielt mulige«.

»Du får mig ikke til at sige, at noget er umuligt,« indleder Michael Linden-Vørnle:

»Rumfartshistorien er fuld af påfund, der virkede helt uladsiggørlige, men som siden blev til virkelighed. Når det er sagt, er der nogle meget store udfordringer i det, Cosimo Bambi foreslår her.«

Ligesom Bambi starter Linden-Vørnle med jagten på et sort hul, der befinder sig tæt nok på Jorden til, at en rejse derud overhovedet giver mening.

Det nærmeste sorte hul, vi kender i dag, hedder GAIA-BH1 og befinder sig 1.560 lysår fra Jorden. En rejse dertil ville derfor tage godt 1.560 år, hvis rumfartøjet vel at mærke rejste med lysets fulde hastighed på 299.792 kilometer i sekundet.

Med andre ord skal vi finde et sort hul, der ligger langt tættere på os, hvis en mission skal hænge sammen.

Et sort hul i Mælkevejen

I sin teoretiske artikel skriver Cosimo Bambi, at der statistisk set menes at være ét sort hul per 100 stjerner i Mælkevejen.

Dermed kan der være grund til at tro, at vi i fremtiden finder et sort hul i omegnen af 20 til 25 lysår fra Jorden – en distance, som et kommende rumfartøj vil kunne tilbagelægge på cirka 70 år, argumenterer astrofysikeren.

Det er dog langt fra sikkert, at vi nogensinde finder et sort hul så tæt på Jorden, påpeger Michael Linden-Vørnle:

»Det er jo ikke nødvendigvis sådan, at de sorte huller ligger fuldstændig jævnt fordelt, som Bambi også selv skriver.«

»Måske er Jorden placeret et særligt sted, så det nærmeste sorte hul ligger meget længere væk, og så kan det hele være lige meget,« siger han.

Skulle et tilpas nærliggende sort hul findes, sætter Cosimo Bambi sin lid til, at teknologiske landvindinger som James Webb-teleskopet eller det nyligt indviede Vera Rubin Observatory opdager det inden længe. Ifølge Bambi er det »rimeligt« at forvente, at det kan ske inden for de næste ti år.

Han kalder dog jagten på et nærliggende sort hul for den største udfordring for en mulig mission.

»Det er den klareste usikkerhedsfaktor i alt det her, og vi får brug for en smule held. Til gengæld vil jeg mene, at hvis først vi finder et sort hul i en passende afstand til Jorden, så er der i princippet ikke noget til hinder for, at de øvrige ting kan lade sig gøre.«

Rumsonde i nanostørrelse

Her skal en del af Bambis optimisme findes i det såkaldte Breakthrough Starshot Initiative – et projekt, der blev grundlagt i 2015 af den israelsk-russiske fysiker og multimilliardær Yuri Milner, videnskabsikonet Stephen Hawking og Facebook-stifter Mark Zuckerberg.

Målet med initiativet er at sende rumsonder – såkaldte nanocrafts – på størrelse med mikrochips ud til Proxima Centauri, vores næstnærmeste stjerne efter Solen.

Proxima Centauri befinder sig 4,2 lysår fra Jorden og kan nås på cirka 20 år, hvis de små sonder rejser med en femtedel af lysets hastighed. Den rejse arbejder Breakthrough Starshot Initiative på at virkeliggøre.

Projektet er dog langt fra flyvefærdigt og er aktuelt sat på pause, men ideen giver mening og er »grundlæggende muligt«, siger Michael Linden-Vørnle:

»Logikken er, at sonderne vejer så lidt, at det er lettere at få dem op i så høj fart, at sådanne ekstremt lange rumrejser bliver realistiske. Det kræver selvsagt enorme mængder energi, og vejede sonderne flere kilogram eller endda adskillige ton, ville det være noget nær en uoverstigelig opgave.«

I sin artikel skriver Cosimo Bambi, at udviklingen af nanocrafts og laserteknologi i stil med planerne hos Breakthrough Starshot Initiative formentlig kan klares på 20 til 30 år.

Han forudser også, at det til den tid vil være muligt for sonderne at bevæge sig med en tredjedel af lysets hastighed, cirka 100.000 kilometer i sekundet. I så fald vil rejsen til et sort hul cirka 20 til 25 lysår fra Jorden tage mellem 60 til 75 år.

Bekymringer forude

Skulle et nanocraft blive klar om få årtier, peger Michael Linden-Vørnle på mindst et par udfordringer til.

»Én af mange bekymringer kunne være, at en laser af den kaliber potentielt også vil være et ufatteligt kraftigt våben. Derfor vil man nok skulle lave en international aftale om, at teknologien ikke må bruges i den henseende, og det bliver ikke nødvendigvis let.«

En anden betragtelig problemstilling er risikoen for sammenstød undervejs på den meget lange mission, fortsætter Linden-Vørnle:

»Der skal ikke mange støvkorn eller andre småpartikler til, før de ultratynde og fjerlette sonder bliver ødelagt, når de flyver med en tredjedel af lysets hastighed,« siger han.

Af samme årsag anbefaler den danske astrofysiker, at der – såfremt vi når så langt – sendes omkring 1.000 nanocrafts af sted og ikke kun et par stykker, som Cosimo Bambi foreslår i sin artikel.

Det vil ifølge Linden-Vørnle også gøre det muligt at tackle en anden meget væsentlig udfordring, nemlig at blive i stand til at sende et radiosignal tilbage til Jorden over en afstand på 20-25 lysår.

»Det ser jeg som missionens måske svageste punkt, altså at sende radiosignaler over så enorme afstande fra bittesmå rumsonder.«

»En mulig løsning kunne måske være, at hundredvis af sonder stimler sammen i en sværm og fungerer som én stor antenne, der gør det muligt at sende data hjem,« siger Linden-Vørnle.

Giver det overhovedet mening?

Med så store usikkerheder, som både Michael Linden-Vørnle og Cosimo Bambi oplister, giver det så overhovedet mening at tale om en mulig fremtidig mission?

Ja, siger Cosimo Bambi.

Han understreger dog, at han primært har delt sit vilde perspektiv for at sætte gang i en debat og idéudveksling.

»Ideen er først og fremmest at starte en diskussion blandt alverdens eksperter på det her store felt.«

»En mulig mission til et sort hul i fremtiden vil kræve ekspertise fra en lang række forskellige forskere, der går sammen og deler deres tanker,« siger den italienske astrofysiker.

Af samme årsag hilser han Michael Linden-Vørnles forslag og betragtninger velkomne, inden han tilføjer:

»Da Einstein forudsagde eksistensen af tyngdebølger for 109 år siden, var der ingen, der troede, at vi nogensinde ville blive i stand til at måle dem. Det lykkedes i 2015.«

»Og for 50 år siden, troede alle, at det var umuligt at tage billeder af sorte huller. I dag har vi to.«