黑洞可為外星文明提供動力?科學家:黑洞“戴森球”能量超10萬顆恆星!

幾個世紀以來,人類一直凝視著外太空,想知道我們是否在宇宙中是孤獨的。1960年,物理學家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)提出了一些很酷的天體技術,可以讓我們更容易地檢測到外星文明的跡象,從而改變了我們談論外星文明的方式。

黑洞可為外星文明提供動力?科學家:黑洞“戴森球”能量超10萬顆恆星!

戴森推測,如果一個外星社會的能源需求超過了其星球的供應,它可以在其宿主恆星周圍建造一個被稱為“戴森球”的巨型結構,以大規模利用能量。從技術上講,這種結構不是一個球體,而是由一組能夠將太陽能轉化為可用能源的軌道或靜止衛星組成。戴森認為,這將使我們更容易找到這樣的文明,因為這個過程可能會產生廢熱,從而產生異常的紅外訊號。

60多年過去了,現在人們所熟知的戴森球仍停留在科幻領域,而搜尋外星智慧 (SETI) 的手段主要還是收聽來自其他世界的無線電訊號。但在《皇家天文學會月刊》上發表的一篇新研究指出,

科學家們應該開始尋找黑洞周圍的戴森球體,以此作為外星文明的跡象——因為外星人可以圍繞黑洞建造戴森球。

什麼是戴森球?

戴森球是一種理論上的巨型結構,它圍繞著一顆恆星來收集其能量輸出。

戴森提出戴森球(靈感來自1930年代科幻作家奧拉夫·斯臺普登 (Olaf Stapledon)小說中的“造星者”概念 )是為了解決日益增長的外星文明,需要足夠大的能量輸出來維持其存在。他們可以透過使用基於太空的恆星能量收叢集來實現這一目標。

黑洞可為外星文明提供動力?科學家:黑洞“戴森球”能量超10萬顆恆星!

戴森的提議基於這樣一個事實,即行星僅接收其主恆星產生的一小部分能量。太陽總能量輸出的大約十億分之一實際上到達了地球。透過創造一個基於太空的結構,外星文明可以滿足能源需求,將其文明推向一個新的水平。

一直以來,戴森球只存在於理論之中。不過在2015年,天文學家 Tabetha Boyajian在距離地球約1480光年的地方發現了一顆神秘暗淡的恆星“KIC 8462852”,其光度有數個非週期性小驟降,被懷疑外圍可能有某種大型結構遮蔽,於是一些科學家猜測這顆恆星的光可能表明是戴森球。這個想法後來被拋棄了,轉而支援恆星周圍的碎片,但它引發了對這些巨型結構的搜尋。

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而《星際迷航》也出現了戴森球的相關情節:USS Enterprise 星艦聽到的求救訊號之後,前往時發現了一個巨大的戴森球體。如果我們將這個球體放置在我們自己的太陽系中,它會非常大,幾乎可以延伸到金星的軌道。

可在黑洞周圍建造一個戴森球?

來自臺灣國立清華大學天文學Tiger Yu-Yang Hsiao(蕭予揚)團隊將這一概念向前推進了一步:如果戴森球(或戴森環或戴森群)圍繞黑洞排列會怎樣?它會起作用嗎,我們能從地球上探測到什麼?

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眾所周知,黑洞是一個具有強大引力的空間區域,任何東西都無法逃脫它的影響,甚至光本身也無法逃脫。科學家認為,每個主要星系的中心都潛伏著一個黑洞。通常情況下,黑洞被認為是消費者而不是能源的生產者。然而,它們巨大的引力場可以通過幾個理論過程產生能量。

A、宇宙微波背景:電磁輻射從大爆炸遺留。

B、霍金輻射:黑洞釋放的理論輻射。

C、吸積盤:高度電離或分子形式的氣體構成的轉動的氣體盤。

D、邦迪吸積物:物體周圍電離氣體的球形吸積物。

E、黑洞電暈:產生X射線光的高度充電能粒子組成。

F、相對論噴流:強大的輻射射流和粒子以接近光速的速度從黑洞中射出。

當然,沒有什麼能逃脫黑洞巨大的引力,但團隊考慮了事件視界之外的能量密集過程——超熱物質盤在黑洞周圍旋轉,就像宇宙排水溝周圍的水一樣。團隊分析了3 種不同大小的黑洞,質量分別是太陽質量5倍、20倍和400萬倍的黑洞,他們發現一個衛星球體可以有效地從許多黑洞中吞噬能量。

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根據他們的計算,吸積盤、周圍氣體和黑洞噴流都可以作為可行的能源。而且團隊表示,

僅來自有20個太陽質量的恆星黑洞吸積盤能源,相當於圍繞約10萬顆恆星的戴森球製造的能源量,足以維持II型文明

(卡爾達肖夫指數,目前人類文明接近但尚未達到I型文明)。

如果利用超大質量黑洞,其所提供的能量可能還要大100萬倍。而這只是吸積盤利用的能量,如果戴森球不僅收集電磁輻射,還收集來自 “相對論” 噴流的其他型別的能量(例如動能),則收集到的總能量將大約增加五倍。

圍繞黑洞建造戴森球的挑戰

圍繞一顆恆星構建一個球體聽起來已經夠棘手了,圍繞一個黑洞來搭建戴森球的難度可想而知。

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畢竟黑洞以恆星或附近其他物體的周圍物質為食,然後其中一些物質以兩股強大的噴流的形式噴出。黑洞被它的事件視界包圍,這個邊界勾勒出黑洞的輪廓,從外面看不到任何進入黑洞的東西。如果要在黑洞的事件視界周圍建造一個結構,它會不斷受到下落物質的干擾,並且它必須能夠承受高達

2700

攝氏度的溫度。如果使用足夠堅固的材料,外星文明可能會馴服黑洞,為其提供物質以產生能量並利用其力量。

但如果存在如此先進的文明,那麼當我們發現黑洞戴森球時,他們可能早已經知道我們的存在。

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