被巨大的能量收集结构包围的黑洞可以为外星文明提供动力

物理学家计算，黑洞周围的“戴森球”收集的能量可能超过 100,000 颗恒星

银河系前方一颗遥远恒星周围的戴森球体

艺术家对围绕星星的戴森球体的印象DOTTED YETI/SHUTTERSTOCK

在一档电视节目神秘博士中，被称为时间领主的外星人从捕获的黑洞心脏中获取力量，为他们的星球和时间旅行技术提供能量。根据一项新的研究，这个想法是有价值的。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称为戴森球的巨型结构，以利用它们的能量，其能量可能是我们太阳的 100,000 倍。这项工作甚至可以为我们提供一种方法来检测这些外星社会的存在。

“我喜欢这些关于先进文明可能会做什么的猜测，”帕拉茨基大学奥洛穆茨的物理学家 Tomáš Opatrný 说，他同意围绕黑洞的戴森球将为它的建造者提供大量的能量。

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地球可用的总能源时，就会到来。早在 1960 年，物理学家弗里曼·戴森 (Freeman Dyson) 就这么认为。 戴森从英国科幻作家奥拉夫·斯台普登 (Olaf Stapledon) 那里借用，提出任何想要生存的足够先进的文明都需要在恒星周围建造可以利用其能量的巨大结构。

这些戴森球中的大多数都涉及众多围绕恒星运行或静止不动的卫星。 （完全包围太阳体的固体外壳——正如《星际迷航：下一代》中所设想的那样——在机械上被认为是不可能的，因为来自中央恒星的重力和压力。）这样的巨型结构必须将太阳能转化为可用的能量能源，一个产生废热的过程。这种热量出现在中红外光谱中，红外信号过剩的恒星已成为寻找外星生命的关键目标。

但天文学家Tiger Hsiao表示，我们可能正在寻找错误的东西。在一项新研究中，他和同事开始计算是否也可以在黑洞周围使用戴森球。他们分析了三种不同大小的黑洞：质量是太阳质量的 5、20 和 400 万倍。这些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——以及更大质量的人马座 A*，这个超大质量黑洞被认为潜伏在银河系的中心.

黑洞通常被认为是消费者而不是能源的生产者。然而，它们巨大的引力场可以通过几个理论过程产生能量。这些包括从黑洞周围的气体积累发出的辐射，旋转的“吸积”物质盘慢慢落向事件视界，沿着黑洞的旋转轴射出的物质和能量的相对论射流，以及霍金辐射——黑洞可以失去质量并在此过程中释放能量的一种理论上的方式。

根据他们的计算，Hsiao 及其同事得出结论，吸积盘、周围气体和黑洞喷流都可以作为可行的能源。事实上，该团队报告说，仅来自 20 个太阳质量恒星黑洞吸积盘的能量就可以提供与戴森球体大约 100,000 颗恒星相同的能量。如果利用超大质量黑洞，它所能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”戴森球体的废热信号——该球体以某种方式能够承受超过 3000 开尔文的温度，高于已知金属的熔点——围绕银河系中的一个恒星质量黑洞在紫外线波长下可以检测到。 Hsiao 说，这些信号可能会在来自各种望远镜的数据中找到，包括美国宇航局的哈勃太空望远镜和银河演化探索者。

与此同时，一个“固体”戴森球体——在 3000 开尔文以下运行——可以被斯隆数字巡天或广域红外巡天探测器等红外线探测到。后者对于寻找传统的、基于恒星的戴森球体的红外信号并不陌生。但是，与所有其他此类搜索一样，它还没有找到任何结论。

Opatrný 说使用吸积盘的辐射会特别聪明，因为吸积盘比传统恒星中的热核反应更有效地转换能量。他建议，关心电力供应可持续性的外星人可能最好封装一些缓慢燃烧燃料的小恒星。然而，他继续说道，“以黑洞吸积盘为食的快速生命文明会更容易从它们产生的大量废热中被发现。”中央研究院天文与天体物理学研究所的天体物理学家井上诚说。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匹配。他补充说，超大质量黑洞可以为 III 型文明提供燃料，其能量消耗相当于整个星系排放的能量。

至于外星人可能会使用这种能量做什么，Opatrný 有一些想法。 “挖掘加密货币，玩电脑游戏，还是不断壮大军事实力？”他开玩笑地沉思。无论哪种方式，也许时间领主只是在做某种事情。