Можем ли мы отправить космический аппарат к черной дыре?

Черные дыры представляют собой одни из самых экстремальных условий во Вселенной. Они являются источниками сильнейших постоянных гравитационных полей, что позволяет нам проверять теорию относительности Эйнштейна в масштабах, недоступных для малых объектов. Однако мы достигаем предела того, что можем узнать о них на расстоянии. В связи с этим различные авторы предложили идеи о том, как мы могли бы в конечном итоге отправить зонд непосредственно к черной дыре для близкого наблюдения. Одним из самых активных сторонников этой идеи является Косимо Бамби из Университета Фудань в Шанхае, который недавно опубликовал статью, доступную в препринте на arXiv, о том, что потребуется для отправки зонда весом в грамм к ближайшей черной дыре.

К сожалению, мы пока не знаем о каких-либо "ближайших" черных дырах. Ближайшая из известных черных дыр — Gaia BH1, находящаяся примерно в 1560 световых годах в созвездии Змееносца. Мы узнали о положении Gaia BH1 благодаря ее незначительному гравитационному воздействию на соседнюю звезду. Вероятно, в нашем галактическом соседстве существует множество невидимых черных дыр, которые не имеют таких явных признаков.

Согласно статье, в нашей галактике, вероятно, находится около 100 миллионов черных дыр звездной массы. Это не опечатка — скорее всего, в нашей галактике плавает сотни миллионов черных дыр, сопоставимых по размеру со звездами. Ключевым моментом является то, что 92% из них изолированы, без компаньонов, что делает их фактически невидимыми, поскольку они поглощают весь свет, направленный на них. Однако, согласно статье Бамби, должно быть примерно по одной черной дыре звездной массы на каждые 1500 кубических парсеков (около 52000 кубических световых лет) — учитывая, что объем Млечного Пути составляет около 150 кубических килопарсеков.

С точки зрения статистики, это открывает заманчивую возможность — в пределах 20-25 световых лет от Земли может находиться невидимая черная дыра. Чтобы прояснить, на таком расстоянии она не представляет угрозы для нашей солнечной системы, но это дает нам возможность отправить специально разработанный зонд, чтобы посетить ее в течение человеческой жизни. Нам просто нужно будет сначала ее найти, и Бамби предполагает, что мы можем сделать это, наблюдая за радиацией, которую черная дыра будет излучать, поглощая газ при движении через местные межзвездные облака. Наши текущие астрономические исследования в различных диапазонах волн, вероятно, смогут уловить этот сигнал.

Предположим, что мы действительно находим черную дыру поблизости — и решаем отправить к ней зонд. Как это будет выглядеть? Ракеты не подходят — из-за "тирании уравнения ракеты" они потребуют тысячи лет, чтобы достичь черной дыры, находящейся всего в нескольких световых годах. Наилучшим вариантом, по крайней мере, с теоретической точки зрения, является солнечный парус, разгоняемый лазером.

Лазеры не передают много силы, поэтому проектирование такой системы критически важно. Она будет состоять из двух основных частей: "чипа", который представляет собой микрочип весом в грамм, содержащий навигационные, научные и коммуникационные инструменты, и паруса, который, согласно статье, будет представлять собой диэлектрический метаматериал размером 10 м². Этот парус будет разгоняться мощным лазером, с целью ускорить всю сборку до одной трети скорости света всего за 17 минут.

На такой скорости потребуется от 60 до 70 лет, чтобы достичь черной дыры на расстоянии 20-25 световых лет. К сожалению, нет способа замедлиться при входе в систему, поэтому зонд должен будет пролететь мимо черной дыры, собрав как можно больше данных за короткий промежуток времени, а затем отправить эти сложные данные обратно на Землю, что займет еще 20-25 лет. В конечном итоге вся миссия продлится от 80 до 100 лет, скорее всего, пережив инженеров и ученых, которые изначально начали над ней работать.

Откровенно говоря, у нас пока нет технологий для такой миссии. Микрочип весом в грамм, способный выдержать многолетнюю поездку на межзвездных скоростях и при этом отправлять понятные научные данные на расстояние 20 световых лет, выходит за рамки наших текущих инженерных возможностей. То же самое можно сказать и о космическом лазере, который смог бы разогнать такую систему до этих скоростей. Не говоря уже о том, что у нас даже нет известной черной дыры, в которую мы могли бы нацелиться в данный момент. К сожалению, один из наших лучших шансов на разработку такой технологии, проект Breakthrough Starshot, был закрыт в сентябре 2025 года.

Тем не менее, теоретически ни одна из этих проблем не является непреодолимой. Они требуют лишь улучшения инженерных решений. Уже формируются рабочие группы для разработки систем для науки, инструментов и коммуникационных систем, с запланированной международной конференцией по этому вопросу, которая пройдет летом 2027 года. Мы, конечно, не сможем представить полностью функциональный проект к тому времени, но каждый шаг к решению этих задач приближает нас к реальной возможности отправить миссию к черной дыре. Нам просто нужно сначала найти одну поблизости.