Czy sfery Dysona istnieją? A jeżeli tak, to jaką mają postać?

Sfera Dysona mogłaby wykorzystać energię czarnej dziury?

Sfera Dysona to struktura już niemal legendarna dla wszystkich poszukiwaczy cywilizacji pozaziemskich. Teraz naukowcy spekulują, czy odpowiedni zaawansowane formy życia mogłyby wykorzystać ją do pozyskania energii nie gwiazdy, a czarnej dziury.

Naukowcy twierdzą, że wysoce zaawansowane technologicznie cywilizacje pozaziemskie mogłyby zbudować sferę Dysona wokół czarnej dziury. Po co? Szacuje się, że uzyskana w ten sposób energia byłaby nawet 100 000 razy większa od energii Słońca. To z kolei umożliwiłoby istotom tym postęp, a nam szansę na ich znalezienie.

Podobają mi się te spekulacje mówiące, co mogą zrobić zaawansowane cywilizacje. Sfera Dysona wokół czarnej dziury zapewniłaby jej konstruktorom mnóstwo energii.

Tomáš Opatrný, fizyk z Uniwersytetu Palackiego w Ołomuńcu

Czym jest sfera Dysona?

Warto zacząć od podstaw. Czym jest ta „słynna” sfera Dysona? Jest to hipotetyczna megastruktura opisana po raz pierwszy w 1959 r. przez amerykańskiego fizyka i futurologa Freemana Dysona. Zgodnie z założeniami autora odpowiednio zaawansowana cywilizacja byłaby zdolna do wybudowania ogromnej konstrukcji, która całkowicie otaczałaby gwiazdę, umożliwiając wykorzystanie prawie całej energii wypromieniowywanej przez nią na użytek cywilizacji. Niewykluczone, że kiedyś ludzkość stanie się tak zaawansowaną cywilizacją, choć to raczej mrzonki.

Sfery Dysona mogą mieć różną postać. Najbardziej realna wersja to rój satelitów nieruchomych lub stale poruszających się wokół gwiazdy. Zbudowanie stałej struktury na kształt sarkofagu (jak to było w jednym z odcinków „Star Trek: Następne pokolenie”) jest technicznie niemożliwe z powodu grawitacji i ciśnienia gwiazdy macierzystej.

Ale czy w kontekście sfery Dysona, musi ona koniecznie otaczać gwiazdę? Astronom Tiger Hsiao z Państwowego Uniwersytetu Tsing Hua twierdzi, że być może szukamy nie tego, co trzeba. Kierowany przez niego zespół postanowił obliczyć, czy byłoby możliwe wybudowanie sfery Dysona wokół czarnej dziury. Naukowcy przeanalizowali obiekty o trzech różnych rozmiarach: pięć, 20 i cztery miliony razy większe od masy Słońca.

Czarna dziura jako źródło energii

Czarne dziury powszechnie postrzega się jako konsumentów, a nie producentów energii. Ale nie jest to tak oczywiste. Fizycy uważają, że ogromne pole grawitacyjne wytwarzane przez czarną dziurę może produkować energię dzięki kilku teoretycznym procesom. Mowa o promieniowaniu emitowanym przez gaz gromadzący się wokół czarnej dziury, wirujący dysk akrecyjny z materii powoli opadającej w kierunku horyzontu zdarzeń, relatywistyczne dżety materii i energii oraz promieniowanie Hawkinga.

Zespół Hsiao obliczył, że wymienione powyżej (poza promieniowaniem Hawkinga) mogą być realnymi źródłami energii. Szacuje się, że energia pochodząca z samego dysku akrecyjnego czarnej dziury o masie 20 razy większej od masy Słońca, może dostarczyć tyle samo energii co sfery Dysona rozlokowane wokół 100 000 gwiazd. Gdyby zbudować sferę Dysona wokół supermasywnej czarnej dziury, zapewniłaby ona jej konstruktorom nawet milion razy więcej energii.

Jeżeli jakiejkolwiek cywilizacji we Wszechświecie udałoby się zbudować taką megastrukturę, byłaby ona możliwa do wykrycia. Zdaniem ekspertów, sygnatura cieplna tzw. „gorącej” sfery Dysona (takiej, która jest w stanie przetrwać temperatury przekraczające 3000 Kelwinów, czyli powyżej temperatury topnienia znanych metali) otaczającej czarną dziurę w Drodze Mlecznej byłaby wykrywalna w ultrafiolecie. Z kolei sfera Dysona o temperaturze poniżej 3000 Kelwinów byłaby wykrywana w podczerwieni.

Tomáš Opatrný uważa, że powinniśmy przyglądać się dyskom akrecyjnym, ponieważ przetwarzają one energię efektywniej niż reakcje termojądrowe w konwencjonalnych gwiazdach. Zaawansowane cywilizacje pozaziemskie mogłyby sobie z tym poradzić. Z kolei Inouke Makoto, astrofizyk z Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, przekonuje, że zwykłe czarne dziury mogą wspierać tzw. cywilizacje typu II w skali Kardaszowa, których całkowite zapotrzebowanie na energię odpowiada zapotrzebowaniu całego systemu gwiezdnego. Supermasywne czarne dziury mogłyby zasilać cywilizacje typu III, których zużycie energii równałoby się temu emitowanemu przez całą galaktykę.