研究：黑洞周围“戴森球”将其建造者提供大量能量

在长期播出的电视剧《神秘博士》(Doctor Who)中，被称为“时间领主”( Time Lords )的外星人从被捕获的黑洞“心脏”中获得力量，黑洞为他们的星球和时间旅行技术提供能量。根据一项新研究，这个想法是有道理的。研究人员表明，高度先进的外星文明理论上可以在黑洞周围建造被称为“戴森球”的巨型建筑，以利用其能量，其能量可以是我们太阳的10万倍。这项工作甚至可以给研究人员提供一种方法来检测这些外星社会的存在。

帕拉茨基大学的物理学家Tomáš Opatrný说：“我喜欢这些关于先进文明可能做什么的猜测。”他没有参与这项工作，但同意黑洞周围的“戴森球”将为其建造者提供大量能量。

如果人类的能源需求继续增长，那么当我们的能源消耗接近甚至超过我们星球的总能量时，就会出现一个节点。早在1960年，物理学家弗里曼·戴森就这样论证过。戴森借用英国科幻作家Olaf Stapledon的观点，提出任何想要生存下去的足够先进的文明都需要在恒星周围建造巨大的结构，以利用其能量。

这些“戴森球”大多涉及众多卫星围绕恒星运行或静止不动的情况。这样的巨型结构将不得不把太阳能转化为可用的能量，这个过程会产生废弃的热量。这种热量在中红外光谱中显示出来，具有过量红外信号的恒星已经成为寻找地外生命的一个关键目标。

但是中国台湾清华大学的天文学家Tiger Hsiao说，我们可能在寻找错误的东西。在一项新研究中，他和同事们着手计算是否也有可能在黑洞周围使用“戴森球”。他们分析了三种不同大小的黑洞：那些质量是我们太阳的5倍、20倍和400万倍的黑洞。这分别反映了已知由大质量恒星坍缩形成的黑洞的下限和上限，以及人马座A*的更巨大的质量，即被认为潜伏在银河系中心的超大质量黑洞。

黑洞通常被认为是能量的消费者而不是生产者。然而，它们巨大的引力场可以通过几个理论过程产生能量。这些过程包括黑洞周围的气体积累所发出的辐射，旋转的物质"吸积"盘缓慢地落向黑洞表面，物质和能量的相对论喷射沿着黑洞的旋转轴射出，以及黑洞辐射--黑洞可以失去质量的理论方式，在这个过程中释放能量。

从他们的计算中，Hsiao及其同事得出结论，吸积盘、周围的气体和黑洞的喷流都可以作为可行的能量来源。事实上，仅来自一个20个太阳质量的恒星黑洞的吸积盘的能量就可以提供与10万个恒星周围的“戴森球”相同的能量，该团队将在下个月的《皇家天文学会月刊》上发表这篇论文。如果一个超大质量的黑洞被利用，它所提供的能量可能还要大100万倍。

如果这种技术在起作用，可能有办法发现它。根据研究人员的说法，来自所谓的"热"戴森球的废热信号--一个以某种方式能够在超过3000开尔文的温度下生存的球体，高于已知金属的熔点--在银河系中一个恒星质量的黑洞周围，将可以在紫外线波长下探测到。这样的信号可能会在各种望远镜的数据中被发现，包括美国宇航局的哈勃太空望远镜和星系演化探测器。

同时，一个"固体"戴森球--在3000开尔文以下运行--可以在红外线中被发现，例如，斯隆数字天空调查或广域红外调查探测器。后者对寻找传统的、基于恒星的戴森球的红外信号并不陌生。但是，像所有其他此类搜索一样，它还没有找到任何结论性的东西。

Opatrný说，利用吸积盘的辐射将是特别聪明的，因为吸积盘的能量转换比传统恒星的热核反应更有效。他表示："以黑洞吸积盘为食的快速生命文明将更容易从它们产生的大量废热中发现。"

夏威夷大学希洛分校天文学与天体物理学系的天体物理学家Inoue Makoto说，普通黑洞可以支持所谓的II型文明，其总能量需求与整个恒星系统的能量需求相当。他补充说，超大质量黑洞可以为III型文明提供燃料，其能量消耗将相当于整个星系所发出的能量。

关键词： 黑洞 戴森球 建造 能量