[論文レビュー] Are Black Hole Starships Possible

Louis Crane, Shawn Westmoreland|ArXiv.org|Aug 12, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 15被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、半径1〜6アトメートルの小型で一時的なブラックホール（SBH）を用いた人工ブラックホールが、恒星間宇宙船の推進力源として実現可能かどうかを調査している。これらのSBHが発するハーキング放射を活用することで、最大数ペタワットのエネルギーを放出し、効率的に捕集でき、かつ安定化または補充可能な場合、数世紀にわたり質量の大きな宇宙船を光速の10％まで加速できる推進系を提案している。

ABSTRACT

We investigate whether it is physically possible to build starships or power sources using the Hawking radiation of an artificial black hole as a power source. The proposal seems to be at the edge of possibility, but quantum gravity effects could change the picture.

研究の動機と目的

• 人工ブラックホールがハーキング放射を用いて恒星間宇宙船の実用的電源として機能可能かどうかを評価すること。
• 恒星間航行に十分なエネルギーを発生させるために必要な最小のブラックホールのサイズと質量を特定すること。
• このようなブラックホールを生成・保持する技術的およびエネルギー的課題を評価すること。
• 反物質推進および核融合推進と比較して、ブラックホール推進の効率性と安全性を評価すること。
• 将来の量子重力効果が、この概念の実現可能性にどのように影響するかを検討すること。

提案手法

• 一般相対性理論およびブラックホール熱力学を用いて、半径1〜6アトメートルの小型ブラックホール（SBH）のハーキング放射をモデル化する。
• ハーキング温度および放射率の式を用いて、SBHの質量と寿命に基づきエネルギー出力を計算する。
• 宇宙船を光速の10％まで加速するために必要なエネルギーを推定し、SBHの寿命期間中に放出される総エネルギーと比較する。
• 太陽エネルギーで駆動される集束型ガンマ線レーザーを用いて、太陽付近でSBHを生成する可能性を評価する。
• 高エネルギーのガンマ線を集中させ、重力収縮によってブラックホールを形成する際の技術的課題を検討する。
• 太陽エネルギーで駆動されるガンマ線レーザーを用いて初期のブラックホールを生成する多段階システムを提案し、その後の補充または栄養供給メカニズムの可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 寿命1,000〜10,000年程度の小型人工ブラックホール（SBH）が、宇宙船を駆動するのに十分なハーキング放射を発するか？
• RQ2 宇宙船を光速の10％まで加速させるのに十分なエネルギーを発生させるために、最小のブラックホール半径と質量は何か？
• RQ3 太陽エネルギーで駆動される集束型ガンマ線レーザーを用いて、このようなブラックホールを物理的・技術的に生成可能か？
• RQ4 SBHが発するハーキング放射をどれほど効率的に捕集し、推進のための運動エネルギーに変換できるか？
• RQ5 量子重力効果が、この推進メカニズムの実現可能性を無効にしたり、強化したりする可能性はあるか？

主な発見

• 半径5.9アトメートル（質量約397万トン）のブラックホールは、約3ペタワットの放射を示し、10％光速まで加速するためのエネルギーを、10％のエネルギー変換効率を仮定した場合、約200年間で理論的に供給可能である。
• 半径1〜6アトメートル（質量67万3千トン〜404万トン）のSBHは、推進用途において最適な範囲と特定され、十分な出力と実用的な寿命の両方を満たしている。
• 1,000年間の寿命を持つブラックホール（半径約5.9アトメートル）は約3ペタワットを発するが、エネルギー変換の非効率性を考慮すると、光速の10％の速度に到達するには約200年間のエネルギー供給が必要となる。
• このようなブラックホールを生成するエネルギーは、太陽エネルギーの捕集範囲内に収まる。太陽から100万kmの距離に位置する370km角の太陽光パネルが1年間で集めるエネルギーで、2.2アトメートルのSBHを生成可能である。
• エネルギー3〜16GeV（核子のコンプトン半径と同等の波長）のガンマ線レーザーを用いて、エネルギーを集束させ、SBHを形成できるが、技術的課題は依然として顕著である。
• 反物質とは異なり、反物質は大型の容器を必要とし、生成効率が極めて低く（約10^-7〜10^-4）、ブラックホール推進は自己完結的で本質的に安定しており、物質が落下して質量を増加させるため、長期的なエネルギー源としてより現実的である可能性がある。