不只圍繞恆星,先進文明能利用戴森球收集黑洞能量

作者 | 發布日期 2021 年 08 月 28 日 17:18 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


如果宇宙中存在其他技術比地球還要先進的種族,則他們利用的能量可能遠超我們想像。物理學家弗里曼·戴森生前曾提出戴森球(Dyson sphere)這種包圍母恆星以提取恆星能量的巨大球形結構,現在清華大學團隊新研究進一步指出,高等外星文明可以將類似戴森球的結構放在黑洞周圍穩定軌道上,並利用類似太陽能電池板的物件收集 X 射線能量。

一個高等文明如果某天進步到有能力踏出自家星系,則他們對能量的需求勢必大到動起母恆星腦筋,而戴森球就是一種能夠攔截和收集母恆星能量的假想軌道結構,由大量太陽能收集器或獨立環繞恆星軌道的衛星雲構成,變體有戴森雲、戴森殼、戴森泡等。

然而這已是極限了嗎?我們都知道宇宙中最極端能量來源是黑洞,而包含清華大學天文研究所碩士生蕭予揚在內的研究團隊,便開始思考高等文明是否有可能製造出圍繞恆星黑洞、類似戴森球的能量收集結構。

當物質往黑洞落入時會形成吸積盤,盤中氣體塵埃因相互碰撞摩擦加熱可能達數百萬度,因此產生 X 射線、巨大的能量束從黑洞兩極射出,估計黑洞輻射能量是太陽這種恆星的 10 萬倍;同時,恆星黑洞壓縮在一個比恆星還要小的空間,比起包圍恆星,包圍黑洞所需材料更少,研究人員認為,先進外星文明或許可以將大型衛星放置在圍繞黑洞的穩定軌道上,然後利用類似太陽能電池板的物件收集 X 射線能量。

戴森球可以在黑洞周圍收集 6 種不同能量來源,包括無所不在的宇宙微波背景輻射(無論戴森球體放在哪裡都會被這種輻射洗滌)、霍金輻射、吸積盤、邦迪吸積(Bondi Accretion)、冕區(corona)、相對論噴流等,其中一些能量非常高,但吸積盤能量在位能捕捉方面更恰當,且光是一個恆星黑洞,吸積盤本身就能提供主序星輸出的數百倍能量。

清華大學物理系教授後藤友嗣補充道,先進文明如果再更高科技些,也可能在黑洞周圍建造一個環狀結構或平台,就像戴森殼一樣,只是這種結構如今的我們無法想像。

當這種人造結構捕捉並轉換能量時會釋出紅外輻射,假如真的有黑洞周圍存在戴森球,那麼 NASA 的廣域紅外線巡天探測衛星(WISE)、泛星計畫等探測器的數據庫中可能已經存在記錄,清華大學團隊正在開發搜索出數據庫存在戴森球體的算法。

如今望遠鏡收集的數據已非常多,若再掃描同地區檢查是否有熱量從意想不到的地方發出,應該會很有趣。新論文發表在《皇家天文學會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)。

(首圖來源:Kevin Gill from Los Angeles, CA, United States, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons)