Czy w pobliżu czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki może rozwijać się zaawansowana cywilizacja?

Spis treści:

1. Poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji
2. Imperia galaktyczne i paradoks Fermiego
3. Życie na sferze Dysona
4. Przyspieszenie i spowolnienie czasu
5. Szybkie rozbłyski radiowe

„Gdzie oni są?”. Takie pytanie postawił w 1950 roku genialny Enrico Fermi, fizyk, noblista i członek Projektu Manhattan. Odnosił się tym samym do obcych cywilizacji, które, patrząc na wielkość Wszechświata, powinny pojawiać się regularnie. Mimo to nie znaleźliśmy wciąż ich śladów.

Poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji

Poszukiwanie pozaziemskich cywilizacji jest tematem wielu rozważań, również czysto matematycznych. W latach 60. ubiegłego wieku astronom i astrofizyk, założyciel programu poszukiwania inteligencji pozaziemskiej SETI Frank Drake zaproponował równanie, którego celem jest dokładniejsze zrozumienie mechanizmów wpływająch na szanse powstania takich cywilizacji. Według jego szacunków w najbardziej pesymistycznej wersji Wszechświat powinno zamieszkiwać pięć miliardów rozwiniętych cywilizacji.

Ale zarówno Fermi, jak i Drake – obaj żyjący w erze atomu – podkreślali, że rozwinięta cywilizacja nie będzie trwała w nieskończoność, ponieważ może się unicestwić przy użyciu zaawansowanej broni. „Krótki” czas istnienia cywilizacji przy odległościach w kosmosie uniemożliwiłoby realne skomunikowanie się z przedstawicielami innych cywilizacji.

Czy w takim razie może istnieć cywilizacja zdolna pokonać ograniczenia prędkości światła i ludzkiego życia, nie łamiąc praw znanej fizyki? Zdaniem fizyków Chris Reissa i Justin C. Feng byłoby to możliwe, gdyby cywilizacja osiedliła się w pobliżu czarnej dziury, gdzie z powodu grawitacyjnej dylatacji czasu sekunda lokalna może odpowiadać tysiącom sekund dla obserwatora daleko w galaktyce. Najlepszym miejscem do tego są stabilne orbity wokół supermasywnej czarnej dziury, np. Sgr A* w centrum Drogi Mlecznej.

Imperia galaktyczne i paradoks Fermiego

W opublikowanym kilka dni temu w serwisie preprintów Arxiv.com artykule „Cywilizacje spowolnione w czasie, imperia galaktyczne i paradoks Fermiego” (Redshifted civilizations, galactic empires, and the Fermi paradox) badacze rozważają kilka scenariuszy, w których cywilizacja może migrować do tzw. ramki czasowo rozciągniętej (time-dilated frame) w ramach klasycznej teorii względności i bez naruszania tolerowalnego poziomu przyspieszenia dla biologicznej materii.

Cywilizacja, która mogłaby to osiągnąć, musiałaby należeć do tzw. drugiego typu na skali Kardaszewa. W 1964 roku rosyjski astrofizyk Nikołaj Kardaszew zaproponował klasyfikację cywilizacji opartą na ilości energii, jaką może ona pozyskać. Typ pierwszy wykorzystuje całą energię dostępną na swojej planecie, typ drugi – całą energię swojej gwiazdy, a typ trzeci – całą energię galaktyki. Jeśli zastanawiacie się, do jakiego typu należymy my, Ziemianie, to nie dotarliśmy jeszcze w swoim rozwoju do typu pierwszego. Wspominany typ drugi pozwala na budowę sfery Dysona, czyli hipotetycznej megastruktury zdolnej wykorzystywać całą energię gwiazdy.

Życie na sferze Dysona

Również Chris Reissa i Justin C. Feng w swoich rozważaniach przyjmują, że cywilizacja potrafiąca wykorzystać spowolnienie czasu funkcjonowałaby na statkach kosmicznych. Zadaliśmy Justinowi C. Fengowi pytanie o to, co widziałby osobnik cywilizacji krążącej wokół czarnej dziury patrząc na resztę Galaktyki. I jak bardzo inaczej płynąłby dla niego czas niż dla nas na Ziemi?

– Wewnątrz statku czas byłby postrzegany jako płynący normalnie. Jedynym zauważalnym efektem mogłyby być łagodne siły pływowe – w jednym kierunku rozciągające, a w kierunku prostopadłym ściskające. To, że mieszkaniec odczuwa jedynie łagodne siły pływowe, jest zamierzone. Wybieramy takie orbity, które maksymalizują dylatację czasu, jednocześnie utrzymując siły pływowe w granicach tolerancji biologicznej – powiedział uczony.

Dalej wyjaśnia, że orbity w pobliżu sfery fotonowej czarnej dziury mogą osiągać dowolnie duże współczynniki dylatacji czasu, ale kosztem rosnących do ekstremum sił pływowych. – Dla czarnej dziury w centrum naszej galaktyki Sgr A* stwierdziliśmy, że maksymalny współczynnik dylatacji czasu wynosi około 100, zanim siły pływowe staną się niekomfortowe dla człowieka. Większe wartości wymagałyby czarnych dziur o znacznie większej masie.

Przyspieszenie i spowolnienie czasu

Czyli patrząc przez „okno”, mieszkaniec zobaczyłby bardzo dziwny obraz Ziemi podczas obiegu statku wokół czarnej dziury. – Załóżmy, że Ziemia znajduje się w płaszczyźnie tej orbity. Przez większość orbity zegary na Ziemi wydawałyby się biec szybciej, a w części orbity, gdy statek porusza się niemal dokładnie w kierunku przeciwnym do Ziemi, zegary wydawałyby się zwalniać. Efektem netto byłoby ogólne przyspieszenie zegarów ziemskich – wynikające z tego samego mechanizmu, który rozwiązuje tzw. paradoks bliźniąt w szczególnej teorii względności – twierdzi naukowiec.

Takie „przesunięte ku czerwieni” cywilizacje mogłyby istnieć w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Wówczas uległyby spowolnieniu czasu, a jeden rok tam byłby jak 100 lat na Ziemi. Natomiast obserwując Wszechświat widzieliby go w przyspieszeniu. W związku z tym z ich punktu widzenia podróże międzygwiezdne stałyby się krótsze. Zakładając, że czas cywilizacji płynie 100 razy wolniej, to przelot przez galaktykę trwałby dla nich zaledwie 1000 lat ich czasu własnego.

Szybkie rozbłyski radiowe

– Jeśli takie cywilizacje istnieją, po czym moglibyśmy je dziś rozpoznać? Jaki byłby najbardziej wiarygodny ślad w danych radiowych lub optycznych i czym różniłby się od naturalnych zjawisk, które teleskopy obserwują rutynowo? – zapytaliśmy Justina C. Fenga.

– Cywilizacje znajdujące się na odpowiednio bliskich orbitach wokół czarnej dziury, jak Sgr A*, prawdopodobnie wytwarzałyby sygnały towarzyszące oczyszczaniu orbitalnych pasów z plazmy lub gazu. Spodziewalibyśmy się, że takie sygnały charakteryzowałyby się malejącą częstotliwością w czasie, powtarzającą się po każdym obiegu – twierdzi naukowiec.

Takim sygnałem mogłyby być rejestrowane już tzw. szybkie rozbłyski radiowe. Jednak dr Feng zastrzega, że konieczne byłyby znacznie dokładniejsze badania, by wysunąć taką hipotezę. – Ponieważ orbity bliskie sferze fotonowej są niestabilne, naturalna akumulacja materii w takim rejonie jest bardzo mało prawdopodobna. Dlatego trwały, powtarzalny sygnał pochodzący z takiej orbity mógłby wskazywać na sztuczne źródło. Jednak jasność takich emisji, według naszych obliczeń, wynosiłaby około 10¹⁹ watów, czyli wiele rzędów wielkości mniej niż blask brązowego karła. To oznacza, że takie sygnały byłyby ekstremalnie trudne do wykrycia – mówi naukowiec.

Dodaje, że istnieje też jeszcze inna możliwość. – Jeśli wokół supermasywnej czarnej dziury zgromadziłoby się wiele cywilizacji, orbitalne „pasy ruchu” stałyby się ograniczonym zasobem. W takiej sytuacji wzrosłoby prawdopodobieństwo konfliktu. Taki konflikt mógłby być bardzo jasnym wydarzeniem astronomicznym – choć o dość makabrycznych konsekwencjach.

Źródło: ArXiv

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.