Черные дыры — самые загадочные объекты во Вселенной. Это места, где гравитация становится настолько сильной, что за пределы черной дыры не может вырваться даже свет. Существует мнение, что внутри такого объекта законы физики, которые действуют в остальной Вселенной, перестают работать. 

Пока ученые изучают такие объекты издалека. Обычно их «замечают» не напрямую, а по тому, как они влияют на другие тела — искривляют свет, «раскачивают» звезды или создают рентгеновские выбросы. Но эти методы не дают полного представления о том, что происходит рядом с черной дырой. Особенно важно проверить, как в таких условиях ведут себя фундаментальные константы физики и работает ли общая теория относительности Эйнштейна. Ответить на эти вопросы можно только одним способом — подлететь к черной дыре настолько близко, насколько это возможно. 

Самая близкая из известных черных дыр находится примерно в 1500 световых лет от Земли. Это далеко. Даже самый быстрый из сегодняшних космических аппаратов будет лететь туда десятки тысяч лет. 

Но вот что интересно: по расчетам ученых, в Млечном Пути на каждые 100 обычных звезд приходится примерно одна черная дыра. Если звезды расположены неравномерно, значит, и черные дыры тоже не обязательно должны находиться где-то вдалеке. Теоретически, одна может оказаться совсем рядом — в пределах 25 световых лет от Земли. Просто ученые ее пока не обнаружили.

Найти черную дыру непросто. Она не светится и не отражает свет. Единственный шанс — увидеть как она взаимодействует с окружающим пространством. Например, влияет на движение звезд или искажает свет. Если такую черную дыру найдут, ее можно будет изучить напрямую — не на экране, а с помощью настоящей космической миссии. По крайней мере, такую идею озвучили физик Косимо Бамби (Cosimo Bambi) из Фуданьского университета в Шанхае.

Статья по теме: Черная дыра в центре Млечного Пути устроила «‎феерическое шоу»

Бамби предложил концепцию межзвездной миссии к черной дыре. В основе — миниатюрный зонд массой почти в один грамм и парусом площадью 10 квадратных метров. Аппарат сможет разогнаться до 1/3 скорости света. Для этого понадобится направленный лазер мощностью, которая сегодня обошлась бы в один триллион евро.

Похожая идея уже лежит в основе другого проекта — Breakthrough Starshot. Там тоже предлагают использовать световой парус и лазер, чтобы ускорить зонд до околосветовой скорости. Главное преимущество — минимальный вес аппарата. Чем легче он будет, тем быстрее получится его разогнать.

По расчетам Бамби, если запустить такой зонд в направлении ближайшей потенциальной черной дыры, он достигнет ее менее чем за сто лет. После этого аппарат передаст данные обратно на Землю. 

Статья по теме: Что из себя представляют черные дыры и как их ищут

Главная задача миссии — проверить ОТО Эйнштейна в экстремальных условиях. Около черной дыры гравитация настолько сильна, что может влиять на проявления фундаментальных законов Как они себя поведут у горизонта событий? Чтобы получить ответ, недостаточно просто пролететь мимо. Нужны точные измерения гравитационного поля.

Бамби предлагает два сценария. Первый — отправить два идентичных миниатюрных зонда. Второй — чтобы основной нанокорабль («матка») выпустил небольшой зонд уже при подлете к цели. 

В обоих случаях один аппарат должен максимально близко подойти к черной дыре, а второй — остаться на безопасном расстоянии и выполнять роль ретранслятора. Так получится собрать больше данных — и не потерять их, если второй зонд исчезнет в горизонте событий.

У одних ученых идея Бамби вызывает восхищение, другие, наоборот, настроены скептически. Герайнт Льюис из Сиднейского университета указал на серьезные недостатки этого проекта. Первая проблема — срок. Путешествие в 100 лет означает, что технологии на борту нанозонда безнадежно устареют к моменту прибытия. Он сравнивает прогноз Бамби с попытками человека 500 лет назад представить технологии 20 века — разрыв может быть колоссальным.

Вторая проблема — торможение. Как остановить или хотя бы замедлить зонд, мчащийся со скоростью в 100 000 километров в секунду? Бамби предложил радикальное решение: вообще не тормозить. Материнский корабль выпускает маленькие зонды—пробники на подлете, а сам пролетает мимо, получая их данные и передавая их через ретранслятор на Землю. 

Статья по теме: Первый снимок черной дыры, или что увидят ученые в центре Галактики

Физик Сэм Барон из Мельбурнского университета назвал план Бамби «одной из самых спекулятивных исследовательских работ», которые он когда-либо читал. Но он напомнил, что всего век назад Большой адронный коллайдер казался чистой фантастикой. Сегодня эта реальность, открывшая бозон Хиггса.

У плана Бамби отправить нанозонд к черной дыре есть несколько серьезных минусов.

Для того чтобы разогнать зонд до трети скорости света, понадобится лазер с колоссальной мощностью. По расчетам автора идеи, его строительство сегодня стоило бы около триллиона евро. Это сопоставимо с годовым бюджетом нескольких крупных стран. Даже если технологии подешевеют, проект останется крайне дорогим.

В предложенной схеме зонд не тормозит у черной дыры — он просто пролетает мимо. Это ограничивает количество и качество данных, которые можно собрать. Еще хуже — если зонд окажется слишком близко и его поглотит гравитация, он исчезнет вместе со всей собранной информацией.

Чтобы миссия вообще имела смысл, нужно сначала найти черную дыру на расстоянии не больше 25 световых лет. Сейчас таких не обнаружили. Поиск может занять годы — или ничего не дать.

Нанозонд весом в грамм должен выдержать мощнейший разгон — ускорение в десять тысяч g. Это нагрузка, которую почти невозможно смоделировать и протестировать на Земле. Даже малейшая ошибка в конструкции приведет к поломке или отклонению курса.

Передача данных на расстоянии в десятки световых лет — сложнейшая задача. Даже если зонд соберет информацию, ее нужно будет точно и стабильно отправить на Землю. Миниатюрный аппарат с ограниченными ресурсами может просто не справиться с этим.

Подробнее о плане Бамби говорится в статье, опубликованной в журнале iScience.