La idea de viajar un día a otro sistema estelar y ver lo que hay ha sido el sueño febril de la gente mucho antes de que los primeros cohetes y astronautas fueran enviados al espacio. Pero a pesar de todos los avances que hemos logrado desde el comienzo de la Era espacial , el viaje interestelar sigue siendo solo eso: un sueño febril. Si bien se han propuesto conceptos teóricos, las cuestiones de costo, tiempo de viaje y combustible siguen siendo muy problemáticas.
Actualmente, muchas esperanzas dependen del uso de energía dirigida y velas ligeras para empujar pequeñas naves espaciales a velocidades relativistas. Pero, ¿y si hubiera una forma de hacer naves espaciales más grandes lo suficientemente rápidas para realizar viajes interestelares? Según el Prof. David Kipping - el líder de la Universidad de Columbia Mundos geniales laboratorio: las naves espaciales del futuro podrían Halo Drive , que utiliza la fuerza gravitacional de un agujero negro para alcanzar velocidades increíbles.
El profesor Kipping describió este concepto en un estudio reciente que apareció en línea (la preimpresión también está disponible en el Mundos geniales sitio web). En él, Kipping abordó los desafíos más grandes que plantea la exploración espacial, que es la gran cantidad de tiempo y energía que se necesitaría para enviar una nave espacial en una misión para explorar más allá de nuestro Sistema Solar.
Como Kipping le dijo a Universe Today por correo electrónico:
“El viaje interestelar es una de las hazañas técnicas más desafiantes que podemos concebir. Si bien podemos imaginar la deriva entre las estrellas durante millones de años, lo que es legítimamente un viaje interestelar, para lograr viajes en escalas de tiempo de siglos o menos se requiere una propulsión relativista '.
Como dijo Kipping, la propulsión relativista (o acelerar a una fracción de la velocidad de la luz) es muy cara en términos de energía. Las naves espaciales existentes simplemente no tienen la capacidad de combustible para poder alcanzar ese tipo de velocidades, y sin poder detonar armas nucleares para generar empuje - à la Proyecto Orion (video arriba) - o construyendo un estatorreactor de fusión - à la Proyecto Daedalus - no hay muchas opciones disponibles.
En los últimos años, la atención se ha desplazado hacia la idea de utilizar velas de luz y nanocraft para realizar misiones interestelares. Un ejemplo bien conocido de esto es Breakthrough Starshot , una iniciativa que tiene como objetivo enviar una nave espacial del tamaño de un teléfono inteligente a Alpha Centauri durante nuestra vida. Usando una poderosa matriz de láser, la vela de luz se aceleraría a velocidades de hasta el 20% de la velocidad de la luz, haciendo así el viaje en 20 años.
'Pero incluso aquí estás hablando de varios terrajoules de energía para la nave espacial más minimalista (un gramo de masa) concebible', dijo Kipping. “Esa es la producción de energía acumulada de las centrales nucleares en funcionamiento durante semanas (que, por cierto, tampoco tenemos forma de almacenar tanta energía). Por eso es tan difícil '.
A esto, Kipping sugiere una versión modificada de lo que se conoce como ' Tirachinas Dyson “, Una idea fue propuesta por el venerado físico teórico Freeman Dyson (la mente detrás del Esfera Dyson ). En el libro de 1963, Comunicaciones interestelares (Capítulo 12: “ Máquinas gravitacionales “), Dyson describió cómo las naves espaciales podían lanzarse alrededor de estrellas binarias compactas para recibir un impulso significativo en la velocidad.
Como lo describió Dyson, una nave que sería enviada a un sistema binario compacto (dos estrellas de neutrones que orbitan entre sí) donde realizaría una maniobra asistida por gravedad . Esto consistiría en que la nave espacial aumentara la velocidad de la intensa gravedad del binario, agregando el equivalente al doble de su velocidad de rotación a la suya propia, antes de ser arrojada fuera del sistema.
Si bien la perspectiva de aprovechar este tipo de energía en aras de la propulsión era muy teórica en la época de Dyson (y todavía lo es), Dyson ofreció dos razones por qué valía la pena explorar las 'máquinas gravitacionales':
“Primero, si nuestra especie continúa expandiendo su población y su tecnología a un ritmo exponencial, puede llegar un momento en el futuro remoto en el que la ingeniería a escala astronómica sea factible y necesaria. En segundo lugar, si estamos buscando signos de vida tecnológicamente avanzada que ya exista en otras partes del universo, es útil considerar qué tipo de fenómenos observables podría producir una tecnología realmente avanzada ”.
Impresión artística de la fusión de agujeros negros binarios. Crédito: LIGO / A. Simonnet.
En resumen, vale la pena estudiar las máquinas gravitacionales en caso de que sean posibles algún día, y porque este estudio podría permitirnos detectar posibles inteligencias extraterrestres (ETI) a través de las tecno-firmas que tales máquinas crearían. Ampliando esto, Kipping considera cómo los agujeros negros, especialmente los que se encuentran en pares binarios, podrían constituir tirachinas gravitacionales aún más poderosas.
Esta propuesta se basa en parte en el reciente éxito de la Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO), que ha recogido múltiples señales de ondas gravitacionales desde el se detectó por primera vez en 2016 . Según estimaciones recientes basadas en estas detecciones, podría haber tantas como 100 millones de agujeros negros solo en la galaxia de la Vía Láctea.
Donde ocurren los binarios, poseen una increíble cantidad de energía de rotación, que es el resultado de su giro y la forma en que se orbitan rápidamente entre sí. Además, como señala Kipping, los agujeros negros también pueden actuar como un espejo gravitacional, donde los fotones dirigidos al borde del horizonte de eventos se doblarán y regresarán directamente a la fuente. Como lo expresó Kipping:
“Así que el agujero negro binario es en realidad un par de espejos gigantes que giran uno alrededor del otro a una velocidad potencialmente alta. La unidad de halo explota esto al hacer rebotar fotones en el 'espejo' cuando el espejo se acerca a ti, los fotones rebotan, empujándote, pero también roban algo de la energía del binario del agujero negro en sí (piensa en cómo se lanza una pelota de ping pong contra una pared en movimiento volvería más rápido). Con esta configuración, uno puede recolectar la energía binaria del agujero negro para propulsión '.
Concepción artística del horizonte de sucesos de un agujero negro. Crédito: Victor de Schwanberg / Biblioteca de fotografías científicas
Este método de propulsión ofrece varias ventajas obvias. Para empezar, ofrece a los usuarios la posibilidad de viajar a velocidades relativistas sin necesidad de combustible, que actualmente representa la mayor parte de la masa de un vehículo de lanzamiento. También están los muchos, muchos agujeros negros que existen a lo largo de la Vía Láctea, que podrían actuar como una red para los viajes espaciales relativistas.
Es más, los científicos ya han sido testigos del poder de la honda gravitacional gracias al descubrimiento de estrellas de hipervelocidad. Según una investigación de la Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), estas estrellas son el resultado de fusiones galácticas e interacción con agujeros negros masivos, lo que hace que sean expulsados de sus galaxias a una décima o una tercera parte de la velocidad de la luz: ~ 30.000 a 100.000 km / s (18.600 a 62.000 mps).
Pero, por supuesto, el concepto viene con innumerables desafíos y más que algunas desventajas. Además de construir naves espaciales que podrían ser lanzadas alrededor del horizonte de eventos de un agujero negro, también existe la tremenda cantidad de precisión necesaria; de lo contrario, la nave y la tripulación (si tiene una) podrían terminar siendo destrozadas en las fauces. del agujero negro. Además de eso, está la simple cuestión de llegar a uno:
“[E] a cosa tiene una gran desventaja para nosotros, ya que primero tenemos que llegar a uno de estos agujeros negros. Tiendo a pensar en ello como un sistema de autopistas interestelares: tienes que pagar un peaje único para entrar en la autopista, pero una vez que estás encendido, puedes cruzar la galaxia tanto como quieras sin gastar más combustible '.
El desafío de cómo la humanidad podría llegar al agujero negro adecuado más cercano será el tema del próximo artículo de Kipping, indicó. Y aunque una idea como esta es tan remota para nosotros como construir una Esfera Dyson o usar agujeros negros para alimentar naves espaciales , ofrece algunas posibilidades bastante interesantes para el futuro.
En resumen, el concepto de una máquina de gravedad de agujero negro presenta a la humanidad un camino plausible para convertirse en una especie interestelar. Mientras tanto, el estudio del concepto proporcionará a los investigadores de SETI otra posible firma tecnológica que buscar. Entonces, hasta que llegue el día en que podamos probar algo como esto por nosotros mismos, ¡podremos ver si alguna otra especie ya lo ha intentado y lo ha hecho funcionar!
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