L'idea di un giorno di viaggiare verso un altro sistema stellare e vedere cosa c'è è stato il sogno febbrile di persone molto prima che i primi missili e gli astronauti fossero inviati nello spazio. Ma nonostante tutti i progressi che abbiamo fatto dall'inizio dell'era spaziale, il viaggio interstellare rimane proprio questo: un sogno febbrile. Mentre sono stati proposti concetti teorici, i problemi di costo, tempo di viaggio e carburante rimangono altamente problematici.
Molte speranze attualmente dipendono dall'uso di energia diretta e di razze luminose per spingere minuscole navicelle spaziali a velocità relativistiche. E se ci fosse un modo per rendere le astronavi più grandi abbastanza veloci da condurre viaggi interstellari? Secondo il prof. David Kipping - il leader del laboratorio Cool Worlds della Columbia University - i futuri veicoli spaziali potrebbero fare affidamento su un Halo Drive, che utilizza la forza gravitazionale di un buco nero per raggiungere velocità incredibili.
Il prof. Kipping ha descritto questo concetto in un recente studio apparso online (la prestampa è disponibile anche sul sito web di Cool Worlds). In esso, Kipping ha affrontato le più grandi sfide poste dall'esplorazione dello spazio, che è la mera quantità di tempo ed energia che sarebbe necessaria per inviare un veicolo spaziale in missione per esplorare oltre il nostro Sistema Solare.
Come ha detto Kipping a Space Magazine via e-mail:
“Il viaggio interstellare è una delle imprese tecniche più impegnative che possiamo immaginare. Mentre possiamo immaginare di andare alla deriva tra le stelle per milioni di anni - che è un viaggio legittimamente interstellare - per compiere viaggi su scale temporali di secoli o meno è necessaria una propulsione relativistica ".
Come diceva Kipping, la propulsione relativistica (o l'accelerazione a una frazione della velocità della luce) è molto costosa in termini di energia. I veicoli spaziali esistenti semplicemente non hanno la capacità di carburante per essere in grado di adattarsi a quel tipo di velocità, e a corto di bombe detonanti per generare spinta - à il Progetto Orion (video sopra) - o costruire un ramjet di fusione Progetto Dedalo - non ci sono molte opzioni disponibili.
Negli ultimi anni, l'attenzione si è spostata sull'idea di usare le razze e le nanocraft per condurre missioni interstellari. Un esempio ben noto di questo è Innovativa Starshot, un'iniziativa che mira a inviare un veicolo spaziale di dimensioni smartphone per Alpha Centauri durante la nostra vita. Usando un potente array laser, la vela leggera sarebbe accelerata fino a un massimo del 20% della velocità della luce, facendo così il viaggio in 20 anni.
"Ma anche qui stai parlando di diverse terre-joule di energia per il veicolo spaziale più minimalista (un grammo di massa) concepibile", ha detto Kipping. "Questa è la produzione di energia cumulativa delle centrali nucleari in funzione per settimane e settimane (che tra l'altro non abbiamo modo di immagazzinare così tanta energia)! Quindi è per questo che è difficile. "
A questo proposito, Kipping suggerisce una versione modificata di quella che è nota come "Dyson Slingshot", un'idea proposta dal venerato fisico teorico Freeman Dyson (la mente dietro la sfera di Dyson). Nel libro del 1963, Comunicazioni interstellari (Capitolo 12: "Macchine gravitazionali"), Dyson descrisse come i veicoli spaziali potessero proiettarsi attorno a stelle binarie compatte per ricevere un significativo aumento della velocità.
Come la descrisse Dyson, una nave che sarebbe stata inviata a un sistema binario compatto (due stelle di neutroni che orbitano l'una attorno all'altra) dove avrebbe eseguito una manovra di gravità assistita. Ciò consisterebbe nella navicella spaziale che prende velocità dall'intensa gravità del binario - aggiungendo l'equivalente del doppio della sua velocità di rotazione alla propria - prima di essere lanciato fuori dal sistema.
Mentre la prospettiva di sfruttare questo tipo di energia per motivi di propulsione era altamente teorica ai tempi di Dyson (e lo è ancora), Dyson ha offerto due motivi per cui vale la pena esplorare le "macchine gravitazionali":
“In primo luogo, se la nostra specie continua ad espandere la sua popolazione e la sua tecnologia a un ritmo esponenziale, potrebbe arrivare un momento nel futuro remoto in cui l'ingegneria su scala astronomica potrebbe essere sia fattibile che necessaria. In secondo luogo, se stiamo cercando segni di vita tecnologicamente avanzata già esistenti altrove nell'universo, è utile considerare quale tipo di fenomeno osservabile potrebbe essere in grado di produrre una tecnologia veramente avanzata. "
In breve, vale la pena studiare le macchine gravitazionali nel caso in cui diventino possibili un giorno, e poiché questo studio potrebbe permetterci di individuare possibili intelligenze extra-terrestri (ETI) attraverso le tecno-firme che tali macchine creerebbero. Espandendosi su questo, Kipping considera come i buchi neri - specialmente quelli trovati in coppie binarie - possano costituire fionde gravitazionali ancora più potenti.
Questa proposta si basa in parte sul recente successo del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che ha raccolto più segnali di onde gravitazionali da quando il primo è stato rilevato nel 2016. Secondo le recenti stime basate su questi rilevamenti, potrebbero esserci solo 100 milioni di buchi neri nella sola galassia della Via Lattea.
Laddove si verificano i binari, possiedono un'incredibile quantità di energia rotazionale, che è il risultato della loro rotazione e del modo in cui si orbitano rapidamente l'un l'altro. Inoltre, come nota Kipping, i buchi neri possono anche fungere da specchio gravitazionale - dove i fotoni diretti ai margini dell'orizzonte degli eventi si piegheranno e torneranno direttamente alla fonte. Come diceva Kipping:
“Quindi il buco nero binario è in realtà un paio di specchi giganti che si agitano l'uno attorno all'altro a velocità potenzialmente elevata. L'aureola sfrutta questo effetto facendo rimbalzare i fotoni dallo "specchio" mentre lo specchio si avvicina a te, i fotoni rimbalzano indietro, spingendoti lungo, ma anche rubando parte dell'energia dal buco nero stesso binario (pensa a come una palla da ping pong lanciata contro un muro in movimento sarebbe tornato più velocemente). Usando questa configurazione, si può raccogliere l'energia binaria del buco nero per la propulsione. ”
Questo metodo di propulsione offre numerosi ovvi vantaggi. Per i principianti, offre agli utenti il potenziale per viaggiare a velocità relativistiche senza la necessità di carburante, che attualmente rappresenta la maggior parte della massa di un veicolo di lancio. Esistono anche molti, molti buchi neri che attraversano la Via Lattea, che potrebbero fungere da rete per i viaggi nello spazio relativistico.
Inoltre, gli scienziati hanno già assistito al potere della fionda gravitazionale grazie alla scoperta di stelle iper-velocità. Secondo una ricerca del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA), queste stelle sono il risultato di fusioni galattiche e interazione con enormi buchi neri, che le fa espellere dalle loro galassie a un decimo a un terzo della velocità di luce - ~ 30.000 a 100.000 km / s (18.600 a 62.000 mps).
Ma, naturalmente, il concetto presenta innumerevoli sfide e più di alcuni svantaggi. Oltre a costruire veicoli spaziali che potrebbero essere lanciati attorno all'orizzonte degli eventi di un buco nero, c'è anche l'enorme quantità di precisione necessaria - altrimenti la nave e l'equipaggio (se ne ha uno) potrebbero finire per essere fatti a pezzi nella fauci del buco nero. Inoltre, c'è semplicemente la questione di raggiungerne uno:
“[T] lui ha un enorme svantaggio per noi in quanto dobbiamo prima arrivare a uno di questi buchi neri. Tendo a pensarlo come un sistema autostradale interstellare - devi pagare un pedaggio una tantum per salire sull'autostrada, ma una volta che sei su puoi attraversare la galassia quanto vuoi senza spendere altro carburante. "
La sfida di come l'umanità potrebbe raggiungere il buco nero adatto più vicino sarà l'argomento del prossimo documento di Kipping, ha indicato. E mentre un'idea come questa ci riguarda tanto quanto la costruzione di una Dyson Sphere o l'utilizzo di buchi neri per alimentare le astronavi, offre alcune possibilità piuttosto interessanti per il futuro.
In breve, il concetto di una macchina a gravità buco nero presenta all'umanità un percorso plausibile per diventare una specie interstellare. Nel frattempo, lo studio del concetto fornirà ai ricercatori SETI un'altra possibile tecnosignatura da cercare. Quindi fino al giorno in cui potremmo provare qualcosa del genere per noi stessi, saremo in grado di vedere se qualche altra specie ha già preso una pugnalata e l'ha fatto funzionare!
