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黑洞是宇宙中最大和最稳定的能源之一
时间:2021-08-31 16:04:55

黑洞不仅仅是吞噬周围一切的巨大物体--它们也是宇宙中最大和最稳定的能源之一。 这将使它们对于需要大量能量的文明类型来说是非常宝贵的,例如第二类卡达舍夫文明。 但是为了利用所有这些能量,该文明将不得不用能够捕获它所发射的能量的东西来包围整个黑洞。

一个潜在的解决方案是 戴森 球--一种恒星巨型工程项目,它将整个恒星(或者,在这种情况下的一个黑洞)包裹在一个人工护套中,以捕获其中心物体所发出的所有能量。 但是,即使它能够捕捉到黑洞发射的所有能量,球体本身仍然会受到热损失的影响。 根据台湾清华大学研究人员领导的一个国际团队发表的新研究,这种热损失会使我们看到它。

显然,目前还没有发现这种结构。然而,这篇论文证明了这样做是可能的,尽管没有可见光穿过球体表面,而且黑洞以其作为光汇而非光源而闻名。为了了解我们将如何检测这样一个系统,首先,了解该系统将被设计成什么样子会很有帮助。

作者研究了潜在的戴森球可以在黑洞周围收集的六种不同的能量来源。 它们是无处不在的宇宙微波背景辐射(无论球体放在哪里都会被这种辐射冲刷)、黑洞的霍金辐射、它的吸积盘、它的邦迪吸积、它的日冕以及它的相对论喷流。

半人马座A的综合图像,显示了从该星系的中心黑洞中出现的喷流,以及相关的伽马辐射。

这些能源中的一些比其他的要高得多,其中来自黑洞吸积盘的能量在潜在能量捕获方面处于领先地位。其他类型的能源将需要完全不同的工程挑战,例如捕捉从黑洞两极射出的相对论喷流的动能。尺寸显然对这些黑洞释放出多少能量起着很大的作用。作者主要关注的是恒星质量的黑洞,作为与其他潜在能量来源的良好比较点。在这种尺寸下,仅吸积盘就能提供数百倍于主序星的能量输出。

用目前已知的材料不可能在任何这么大的物体周围建造一个戴森球。但是有兴趣接受这种工程挑战的文明类型,很可能拥有比我们今天更强大的材料。或者,他们可以用已知的材料来创造一个戴森球体或戴森气泡,这不需要那么多的材料强度,但会损失一些完整球体所能捕获的能量,并且在协调轨道路径和其他因素时增加多层复杂性。任何这样的结构都必须在吸积盘之外,才能从黑洞发出的能量中获得全部好处。

即使是围绕一个恒星质量的黑洞的单一球体,也足以将创造它的任何文明推到第二类领域,使其拥有目前技术无法想象的动力输出水平。但是,即使是这样一个强大的文明,也很可能无法弯曲物理学定律。 无论功率水平如何,其中的一部分都会因热量而流失。

对天文学家来说,热量只是光的另一种形式--准确地说,是红外线。 根据研究人员的说法,黑洞周围的戴森球体发出的热量应该可以被我们目前的望远镜检测到,比如广域红外测量探测器和斯隆数字天空测量仪,至少在10个千秒差距(一个秒差距是大约3.26光年)的距离内。 这大约是整个银河系距离的1/3。无论它们有多近,它们都不会像传统的恒星那样出现,但可以用通常用于寻找系外行星的径向速度法来探测。

斯隆数字天空观测,可能发现黑洞周围潜在戴森球的望远镜之一。

虽然这是有用的理论工作,但肯定还没有任何证据表明任何这样的结构存在--费米悖论仍然存在。 但是考虑到我们已经在收集这些望远镜的所有数据,再扫描一次,检查一下是否恰好有热辐射,可能会很有趣。这将是值得花时间去寻找可能是这样一个根本性的突破性发现。

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