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Las civilizaciones avanzadas podrían usar sus estrellas para comunicarse (y como telescopios)

Una llamada de larga distancia

E.T. logré llamar a casa con un Speak and Spell, una sierra circular y un paraguas . La realidad de la comunicación interestelar es un poco más complicada. El espacio es realmente grande. La potencia necesaria para transmitir una señal a través del vacío es enorme. Sin embargo, en lugar de utilizar transmisores de super alta potencia, una investigación reciente de Stephen Kerby y Jason T. Wright muestra que podríamos hacer uso de un aumento de ganancia de señal natural integrado en los sistemas solares: la lente gravitacional de la estrella de un sistema solar. Conectar una serie de estrellas como nodos podría transmitir señales a través de vastas extensiones de la Vía Láctea. Y es posible que podamos detectar si nuestro Sol estáyaparte de una red de comunicación galáctica alienígena.

Los satélites distantes en los confines del sistema solar pueden utilizar el enfoque natural de la luz del Sol para comunicarse a través del espacio - c. NASA

Como una pelota pesada colocada en un trampolín, un objeto masivo como una estrella hará que el espacio se curve creando un 'pozo de gravedad'. Tanto la masa como la energía que viajan a través del espacio curvo seguirán esa curva. Por ejemplo, nuestra órbita alrededor del Sol es literalmente la Tierra siguiendo la curva en el espacio formada por la masa de nuestra estrella. A medida que la luz viaja a través del espacio, su camino también sigue estas curvas, lo que hace que la luz se doble. El efecto es similar a cómo la luz es doblada por una lente de vidrio, razón por la cual la curvatura de la luz debido a la gravedad se llama 'Lente gravitacional' . Como una lente, las estrellas pueden enfocar una fuente de luz distante, como una señal de radio, aumentando en gran medida la ganancia de la señal o también enfocando una señal saliente para una mejor transmisión. Los lentes gravitacionales también son visibles para nuestros telescopios llamados 'Anillos de Einstein', ya que fue el trabajo de Einstein sobre la relatividad el que demostró las curvas de masa en el espacio.

Representación de un pozo de gravedad: la deformación del espacio creada por un objeto masivo como un planeta. La Luna viaja a través de la gravedad de la Tierra manteniéndola en órbita - c. NASA

Un 'anillo de Einstein' creado por Luminous Red Galaxy LRG 3-757 - el punto rojo central en la imagen. La forma de herradura que rodea la galaxia es una galaxia más distante detrás de LRG 3-757 en el fondo. La luz entrante de la galaxia de fondo más distante se está doblando ALREDEDOR de LRG 3-757 en primer plano debido a lentes gravitacionales que nos permiten ver la galaxia más distante aunque está detrás de la galaxia de primer plano - c. NASA / HUBBLE

A medida que la gravedad de nuestro Sol enfoca la luz, se puede colocar una nave receptora o transmisora a lo largo de un eje que corre entre una estrella objetivo distante donde se puede originar una señal, el Sol, y una línea focal donde el Sol enfoca la señal de la estrella objetivo. La estrella objetivo entonces está directamente opuesta a la nave espacial en el otro lado del Sol que la nave espacial no ve a través sinoalrededorel Sol como el Sol dobla la luz alrededor de sí mismo debido a la gravedad. Imagínelo como un globo ocular: el Sol es la lente de su ojo con la nave espacial en la parte posterior de su retina (pero la luz gira alrededor del cristal de la 'lente' en lugar de a través de él).

A medida que se reciben las señales, la nave podría transmitir información a la Tierra o enviar la señal a otro transmisor / receptor estacionado alrededor del Sol alineado con una estrella objetivo distante diferente para enviar la señal hacia adelante. Una conexión a otro sistema estelar requeriría otra nave estacionada en la estrella objetivo distante. Todavía tenemos que establecer una red como esta, pero quizás otras civilizaciones lo hayan hecho.

Cómo el ojo enfoca la luz. Imagine que el punto lejano es la estrella objetivo distante, la lente es el efecto de lente gravitacional del Sol y la retina es donde estaría una nave espacial de comunicación receptora. c. dominio público

Lejos

Usando la relatividad, se puede determinar una medida de la distancia focal mínima de nuestro Sol en el espacio ... 550AU aproximadamentetrece vecesla distancia a Plutón. Actualmente, nuestra sonda más distante es la Voyager 1 lanzada en 1977 que, después de 44 años de vuelo, se encuentra a 154,7 AU (aproximadamente 21 horas y media a la velocidad de la luz) en el espacio. Y 550AU solo representa elmínimodistancia focal a la que la luz de un objetivo se curva alrededor de la superficie del Sol en lugar de perderse en el mismo Sol. Algunos objetivos pueden ser enfocados por el Sol incluso más lejos en el espacio. Con nuestra tecnología actual, podríamos estacionar una nave espacial tan lejos, pero llevaría mucho tiempo llegar allí. A medida que nuestra tecnología de propulsión mejora, dicha misión se vuelve aún más posible.

¿Cuánta ganancia de señal podría lograr la lente gravitacional del Sol?Mucho. Las estimaciones de la investigación muestran que una transmisión entrante enfocada por el Sol podría aumentar la ganancia en 120db (decibelios). Un rango de diez decibeles representa un aumento de diez veces la fuerza ... por lo que 10trillónaumento de la ganancia de señal, el equivalente a pasar de un susurro apenas audible a un concierto de rock en vivo. El aumento de ganancia significa no tener que desplegar transmisores superpoderosos para enviar mensajes de fuerza bruta a través del vacío o receptores ultrasensibles. Podemos utilizar la ganancia de señal natural más eficiente creada por la gravedad del Sol.

“Las estrellas funcionan como lentes, lo que significa que proporcionan una forma natural y poderosa de aumentar las señales a través de distancias interestelares. Una analogía podría ser la cima de las colinas y las torres de telefonía móvil: seguro quepodríaconstruir una red celular sin colocar torres en las cimas de las colinas, pero si las colinas están allí de todos modos, ¿por qué no las usaría? Entonces, si existe una 'Internet galáctica', sería sorprendente que no aprovechara estas lentes '.
-Jason Wright

Propulsores en mantenimiento de estación

Mantener el enfoque es un desafío. Usando propulsores, una nave espacial que transmita o reciba señales en la ubicación focal ideal necesitará mantener la posición relativa al Sol dentro de los cien metros. Piense en eso: precisión de posicionamiento por debajo del kilómetro mientrasmiles de millonesde kilómetros de distancia. La alineación precisa requerirá un ajuste automático por parte de la nave espacial contra dos causas principales de desalineación. El primero es el tirón hacia adentro de la gravedad desde el propio Sol. En la distancia focal extrema, la gravedad del Sol es relativamente débil en comparación con el lugar donde orbitan los planetas de nuestro sistema solar. Pero, perder el empuje aún haría que la nave cayera en el sistema solar en una excéntrica órbita de 'cometa' que eventualmente se hundiría en el Sol en unos pocos miles de años.

La segunda causa principal de desalineación es el movimiento oscilante del Sol. La órbita de los planetas de una estrella, especialmente los gigantes gaseosos masivos como Júpiter, hace que una estrella se tambalee cuando sus planetas ejercen una atracción gravitacional. La oscilación de nuestro Sol es la mayor alteración de la alineación entre una estrella objetivo distante, el Sol, y una nave espacial de comunicaciones. La nave podría estar equipada con un alcance óptico que transmitiría información de posición a la computadora de guía de la nave utilizando la posición relativa de otras estrellas. Alternativamente, el telescopio podría apuntar hacia el Sol para asegurarse de que la estrella objetivo desde la cual se recibe una señal esté fija en el Anillo de Einstein del Sol. Así como la imagen del Anillo de Einstein de LRG 3-757 de arriba muestra cómo brilla una galaxia de fondo distantealrededoruna galaxia en primer plano más cercana, una estrella objetivo distante de la cual la nave espacial está recibiendo una transmisión, aparecería como un anillo de luz que rodea al Sol desde la perspectiva de la nave.

El efecto de oscilación de una estrella debido a la órbita de un planeta en el sistema solar de la estrella c.NASA

¿Qué estrellas formarían nodos ideales en una red hipotética? Los autores recomiendan buscar estrellas esféricas que requieran menos ajuste de enfoque y, por lo tanto, menos consumo de combustible por parte de la nave espacial. Las estrellas menos esféricas distorsionan las señales. Incluso nuestro Sol no es perfectamente esférico. Las estrellas con tasas de rotación más rápidas se abultan hacia su ecuador y son menos ideales. Las estrellas más masivas con más gravedad ejercen más fuerza sobre la nave espacial. Estrellas con más planetas o con gigantes gaseosos en órbitas cercanas: Júpiter calientes - tienen un bamboleo más pronunciado que requiere más empuje para mantener la posición. Las estrellas con estrellas compañeras, sistemas binarios o trinarios, tendrán oscilaciones aún más pronunciadas.

¿Qué son las lentes gravitacionales? - Video de Fraser Cain of Universe Today

Una nave espacial de comunicaciones con un sistema de propulsión más eficiente podría mantener la posición y el enfoque durante más tiempo. Con el Sol como sistema solar de ejemplo, una nave espacial que utilice nuestra propulsión de cohete químico podría mantener la posición de enfoque durante unos cientos de años. Dado el tiempo de viaje de la luz entre las estrellas dentro de nuestra galaxia (decenas, cientos o incluso miles de años), esta no es una cantidad de tiempo significativa. Con los propulsores de iones, también utilizados por algunos de nuestros satélites y sondas actuales, podría mantener el enfoque durante casi un milenio. Pero, ¿y si fueras una civilización alienígena con tecnología de propulsión más avanzada?

¿Estamos en el bucle?

Ya estamos experimentando con cohetes basados en fusión que podría estabilizar una nave durante decenas de miles de años. Más allá de nuestra tecnología actual, pero hipotéticamente posible, hay un sistema de propulsión de antimateria que podría estabilizar una nave paramillonesde años. Los propulsores exóticos como la antimateria pueden ser más fácilmente detectables que otras formas de propulsión, lo que significa que si hayesun arte de comunicaciónyaen nuestro sistema solar colocado allí por otra civilización podríamos verlo.

¿Qué quiero decir con 'ya'? Los autores señalan que es posible que el Sol estéahoraun miembro de una red de comunicación, un nodo entre muchos que alberga una nave de comunicación extraterrestre. ¿Cómo no nos daríamos cuenta ya de eso? Bueno, si una nave espacial extraterrestre está usando la lente gravitacional de nuestro Sol, será difícil de detectar, ya que estaría a cientos de AU de distancia, un área de interés futura para la investigación de artefactos SETI (Búsqueda de inteligencia extraterrestre en busca de artefactos extraterrestres). Un sistema de propulsión exótico puede delatarlo. Además, las señales enfocadas por lentes gravitacionales tienen la forma de un cono estrecho a través del cual la Tierra no puede orbitar. Si la Tierra no pasa a través de este cono de señal, una red de nube de comunicación alienígena atravesará nuestro sistema solar sin ser detectada, una explicación de la tranquilidad de la galaxia si hay civilizaciones alienígenas que utilizan señales con lentes gravitacionales.

“Si una ETI puede superar los desafíos de ingeniería que examinamos, podría usar lentes gravitacionales para enviar transmisiones a través de la galaxia en una vasta red de nodos de comunicación. Podrían superar las enormes extensiones de espacio y comunicarse de manera más confiable. Si bien necesitamos realizar observaciones para ver si el Sol u otra estrella se está utilizando para este propósito, también brinda un plano de cómo la humanidad podría comunicarse a través de la galaxia en un futuro lejano ”.
-Stephen Kerby, autor principal

Suponiendo que se están utilizando lentes gravitacionales para la comunicación interestelar, y que algunos sistemas estelares pueden ser mejores puntos de recepción / transmisión que otros, podríamos limitar las búsquedas de radio SETI (búsqueda de ETI usando transmisiones de radio) a estos sistemas ideales. Un estudio más completo de los sistemas estelares vecinos revelaría si son mejores candidatos para la red: estrellas esféricas con menos oscilación. Entonces podríamos buscar señales de entrada / salida de una región opuesta a su ubicación en nuestro propio sistema solar, donde su luz sería enfocada por nuestro Sol hacia una nave potencial de transmisión / recepción.

Los autores también proponen otras dos alternativas de mantenimiento de posición. Primero, podría colocar un depósito de combustible cerca de la ubicación de enfoque ideal que utiliza la nave espacial de comunicaciones para repostar. En segundo lugar, se podría colocar una constelación completa de naves de comunicación en órbita alrededor del Sol. Cada uno mantendría su posición por un breve tiempo y luego se dejaría caer fuera de lugar, orbitar alrededor del Sol y luego regresar a su posición. La nave repetiría esta órbita en secuencia con otras sondas para que cada nave espacial redujera el costo total de combustible requerido para permanecer en su lugar mientras al menos una nave permanecía siempre enfocada. Si una civilización alienígena está utilizando varias naves en un sistema, entonces hay más posibilidades de detectar una nave individual.

Espejo primario de 6,5 m del telescopio espacial James Webb. Por el contrario, el espejo del telescopio espacial Hubble mide solo 2,4 m.
C. NASA / JPL

Super alcances

Después de años de retraso, el muy esperado telescopio espacial James Webb es lanzando pronto (provisionalmente 18 de diciembre^thde este año). James Webb recientemente completado un viaje por mar hasta su lugar de lanzamiento en la Guayana Francesa. Este osciloscopio de próxima generación proporcionará vistas sin precedentes del Universo.PeroAsí como el efecto de lente del Sol aumenta la ganancia de la señal, el efecto también magnificaría los sistemas estelares distantes y otros objetos cósmicos creando un súper telescopio gigante. Un alcance gravitacional sería mucho más poderoso que cualquier cosa que hayamos creado capaz de viendo expolanets con una claridad similar a la que vemos los planetas en nuestro propio sistema solar!

Mientras tanto, esperamos ansiosamente esas primeras imágenes de JWST. Y si alguna vez lanzamos un telescopio / transmisor de lente gravitacional, ¡quizás encontremos otro ya disponible de otra persona! Es increíble pensar que tal vez, QUIZÁS ya haya una autopista de tráfico de comunicaciones pasando por nuestro sistema. ¿Quién sabe qué conversaciones nos estamos perdiendo: antiguos estudios planetarios, nuevas tecnologías avanzadas ... pedidos interestelares para llevar? ¡Quizás lo averigüemos!

“La búsqueda de inteligencia extraterrestre es tan multidisciplinaria que los científicos de todos los campos pueden contribuir. Es una visión de exploración diversa y de mente abierta que debería ser un objetivo para la comunidad científica, y es muy gratificante para mí aprender de astrónomos de diferentes antecedentes académicos y personales. SETI también captura la imaginación del público y ayuda a todos a reflexionar sobre el lugar de la humanidad en el cosmos '.
-Stephen Kerby, autor principal

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Imagen destacada:Fig1 de Kerby y Wright 2021 “Un esquema de un sistema de transmisión de relé estelar en el eje, ángulos de apertura, distancias y tamaños que no están a escala. El rayo de transmisión desenfocado inicial puede incluso tener un patrón anular para evitar que el flujo se pierda en el disco solar. Se puede usar una disposición invertida para recibir señales de una estrella distante al enfocar los rayos en la nave espacial '. C. Kerby y Wright 2021