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隨著科技文明的進展，人類對於能量的需求將持續增加，到某個時間點，從地球上能夠取得的能量可能會不夠用，因此我們需要設計一些可以脫離到地球之外的裝置，以收集更多太陽提供的能量。有鑑於此，1960年代物理學家戴森（Freeman Dyson）參考科幻的概念，提出「戴森球」（Dyson Sphere）的裝置構想，認為高階的科技文明，極可能會在恆星周圍搭建收集能量的大型裝置，以便獲得足夠運作發展的能源。

 

多數人對於戴森球的想像，類似數以千計圍繞著恆星的人造衛星，或者是將恆星包好包滿的太陽能板，盡可能收集恆星所能提供所有的能量。國立清華大學的天文學家蕭予揚（Tiger Hsiao）近期發表於《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）的研究成果，認為「黑洞」也有機會提供文明能量，戴森球不只是專屬於恆星的技術。

本次研究分析了不同尺寸的黑洞能夠提供的能量量級。理論上來說，非常先進的文明有機會在黑洞周圍建造戴森球，並獲得超過太陽10萬倍的能量；而這樣的能量設施，也讓人類有機會從遠距離一窺外星文明存在的蛛絲馬跡。

黑洞的質量大小差距極為巨大，小型的黑洞可能源自於巨大恆星的崩落，而目前被認為距離地球最近的超大質量黑洞（ultramassive black hole）為人馬座A*（Sagittarius A*），可能位於銀河系的銀心。因此研究團隊分析了3種不同尺寸的黑洞，分別是太陽的5倍、20倍、400萬倍質量，包括了已知最大與最小的黑洞質量範圍。

一般來說，黑洞被認為會吸入而非製造能量。但黑洞龐大的重力場，在理論上也有機會提供巨大的能量。有3個與黑洞有關的現象可能提供獲取黑洞能量的機會，包括由黑洞周圍氣體累積溢出的輻射；吸積盤（accretion disk）緩慢落入事件視界（event horizon）時釋出的物質與能量噴流；還有霍金輻射（Hawking radiation）──理論上黑洞會「蒸散」失去質量，在此過程中所釋放的能量即以輻射方式釋出。根據研究團隊的計算，僅僅是來自於20個太陽質量的黑洞吸積盤，就能夠提供相當於10萬個恆星的能量；而如果是來自於超巨大黑洞的吸積盤，所能提供的能量會再超過許多。

而如果有戴森球這類的科技運行於外太空，那人類就有機會藉由天文望遠鏡捕捉與觀察，從而發現外星文明的存在。過往假設的「標準」戴森球，是環繞著恆星建造。戴森球會將恆星的能量轉換成可供文明使用的能源，並在轉換過程中產生大量的廢熱，而這樣的熱能逸散便會出現在中紅外光光譜（midinfrared spectrum）上，有機會成為搜尋外星生命的關鍵目標。舉例來說，像是史隆數位巡天計畫（Sloan Digital Sky Survey, SDSS）或是廣域紅外線巡天探測衛星（Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE）就有機會取得相關資訊。

雖然在過往的研究中，從來沒有真的發現過疑似戴森球的訊號。不過環繞黑洞的戴森球，則會釋出與恆星戴森球不太一樣的訊號。根據本次研究的結論，環繞黑洞的戴森球因為能量龐大，廢熱產生的訊號可以被稱為「熱戴森球」，溫度將可高達3000K，足以融化任何已知的金屬；而如果戴森球的訊號來自超大質量黑洞，其光譜將有機會在紫外線光譜上被偵測到。這樣的訊號，現役的幾個天文望遠鏡也有機會收集到，包括美國國家航空暨太空總署（NASA）的哈伯天文望遠鏡（Hubble Space Telescope）以及星系演化探測器（Galaxy Evolution Explorer, GALEX）。

關於此研究，中研院天文物理所的天文物理學家井上允補充說明，依此研究計算的結果，一般的黑洞有機會支持所謂的二級文明（type II civilization），其能量需求含括了一個恆星系的能量；而超大質量黑洞，則足以支持三級文明（type III civilization），其能量需求含括了整個銀河系。

在長壽的英國科幻電視影集《超時空奇俠》（Doctor Who）中，被稱為時空領主（time lord）的外星文明，就是由黑洞的核心獲取能量，提供能源於星球文明運行與時空旅行科技的運作。假設有一天人類得以發現外星文明的痕跡，或許就必須借助於這些收集能源的裝置在光年之外所「洩漏」出來的蛛絲馬跡。

資料來源
Tiger Yu-Yang Hsiao et al., A Dyson sphere around a black hole, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021.

Ian Randall, Black holes surrounded by massive, energy-harvesting structures could power alien civilizations, Sciencemag.org, 2021/08/16.