A idéia de um dia viajar para outro sistema estelar e ver o que existe tem sido o sonho febril das pessoas muito antes dos primeiros foguetes e astronautas serem enviados ao espaço. Mas, apesar de todo o progresso que fizemos desde o início da Era Espacial, as viagens interestelares continuam sendo apenas isso - um sonho febril. Embora conceitos teóricos tenham sido propostos, as questões de custo, tempo de viagem e combustível permanecem altamente problemáticas.
Atualmente, há muitas esperanças no uso de energia direcionada e velas luminosas para levar pequenas naves espaciais a velocidades relativísticas. Mas e se houvesse uma maneira de fazer naves espaciais maiores com rapidez suficiente para realizar viagens interestelares? De acordo com o professor David Kipping - o líder do laboratório Cool Worlds da Universidade da Columbia - as futuras naves espaciais poderiam contar com um Halo Drive, que usa a força gravitacional de um buraco negro para atingir velocidades incríveis.
Kipping descreveu esse conceito em um estudo recente que apareceu online (a pré-impressão também está disponível no site da Cool Worlds). Nele, Kipping abordou os maiores desafios impostos pela exploração espacial, que é a quantidade de tempo e energia necessária para enviar uma nave espacial em uma missão para explorar além do nosso Sistema Solar.
Como Kipping disse à Space Magazine por e-mail:
“A viagem interestelar é um dos feitos técnicos mais desafiadores que podemos conceber. Embora possamos imaginar a flutuação entre as estrelas ao longo de milhões de anos - que é uma viagem legitimamente interestelar - para realizar viagens em escalas de tempo de séculos ou menos, requer propulsão relativista. ”
Como Kipping colocou, a propulsão relativística (ou acelerando para uma fração da velocidade da luz) é muito cara em termos de energia. As naves espaciais existentes simplesmente não têm capacidade de combustível para poder atingir esse tipo de velocidade, além de detonar armas nucleares para gerar impulso - à la Project Orion (vídeo acima) - ou construir um jato de fusão - à la Projeto Daedalus - não há muitas opções disponíveis.
Nos últimos anos, a atenção se voltou para a idéia de usar velas luminosas e nanocraft para realizar missões interestelares. Um exemplo bem conhecido disso é Starshot avanço, uma iniciativa que visa enviar uma espaçonave do tamanho de um smartphone para Alpha Centauri durante a nossa vida. Usando um poderoso conjunto de laser, a vela de luz seria acelerada para velocidades de até 20% da velocidade da luz - fazendo assim a viagem em 20 anos.
"Mas mesmo aqui você está falando de vários terrenos-joules de energia para a sonda mais minimalista (uma grama-massa) concebível", disse Kipping. "Essa é a produção acumulada de energia de usinas nucleares funcionando por semanas a fio (que, a propósito, também não temos como armazenar tanta energia)! Então é por isso que é difícil. "
Para isso, Kipping sugere uma versão modificada do que é conhecido como "Dyson Slingshot", uma idéia proposta pelo venerado físico teórico Freeman Dyson (a mente por trás da esfera de Dyson). No livro de 1963, Comunicações interestelares (Capítulo 12: “Máquinas Gravitacionais”), Dyson descreveu como a espaçonave poderia atirar em torno de estrelas binárias compactas para receber um aumento significativo na velocidade.
Como Dyson descreveu, uma nave que seria despachada para um sistema binário compacto (duas estrelas de nêutrons que orbitam umas às outras) onde executaria uma manobra de auxílio à gravidade. Isso consistiria na espaçonave pegando velocidade da intensa gravidade do binário - adicionando o equivalente a duas vezes a velocidade de rotação da sua - antes de ser lançada para fora do sistema.
Embora a perspectiva de aproveitar esse tipo de energia para propulsão fosse altamente teórica no tempo de Dyson (e ainda é), Dyson ofereceu duas razões pelas quais vale a pena explorar as "máquinas gravitacionais":
“Primeiro, se nossa espécie continuar expandindo sua população e sua tecnologia a uma taxa exponencial, poderá chegar um momento no futuro remoto em que a engenharia em escala astronômica pode ser viável e necessária. Segundo, se estamos procurando sinais de vida tecnologicamente avançada já existentes em outras partes do universo, é útil considerar que tipo de fenômeno observável uma tecnologia realmente avançada pode ser capaz de produzir. ”
Em resumo, vale a pena estudar as máquinas gravitacionais, caso elas se tornem possíveis algum dia, e porque esse estudo nos permitirá identificar possíveis inteligências extra-terrestres (ETIs) através das assinaturas tecnológicas que essas máquinas criariam. Expandindo isso, Kipping considera como os buracos negros - especialmente os encontrados em pares binários - podem constituir estilingues gravitacionais ainda mais poderosos.
Essa proposta é baseada em parte no sucesso recente do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO), que captou vários sinais de ondas gravitacionais desde que o primeiro foi detectado em 2016. De acordo com estimativas recentes baseadas nessas detecções, pode haver somente 100 milhões de buracos negros na Via Láctea.
Onde os binários ocorrem, eles possuem uma quantidade incrível de energia rotacional, que é o resultado de seu giro e a maneira como eles se orbitam rapidamente. Além disso, como observa Kipping, os buracos negros também podem atuar como um espelho gravitacional - onde os fótons direcionados para a borda do horizonte de eventos se dobram e voltam diretamente para a fonte. Como Kipping colocou:
“Então, o buraco negro binário é realmente um par de espelhos gigantes circulando um ao outro a uma velocidade potencialmente alta. O halo drive explora isso refletindo os fótons no “espelho” à medida que o espelho se aproxima de você, os fótons retornam, empurrando você, mas também roubam parte da energia do próprio binário do buraco negro (pense em como uma bola de pingue-pongue jogada contra uma parede em movimento voltaria mais rápido). Usando essa configuração, pode-se coletar a energia binária do buraco negro para propulsão. ”
Este método de propulsão oferece várias vantagens óbvias. Para iniciantes, oferece aos usuários o potencial de viajar em velocidades relativísticas sem a necessidade de combustível, o que atualmente representa a maior parte da massa de um veículo lançador. Existem também muitos buracos negros existentes na Via Láctea, que poderiam funcionar como uma rede para viagens espaciais relativísticas.
Além disso, os cientistas já testemunharam o poder do estilingue gravitacional graças à descoberta de estrelas de alta velocidade. De acordo com uma pesquisa do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA), essas estrelas são o resultado de fusões galácticas e interação com enormes buracos negros, o que os leva a serem expulsos de suas galáxias entre um décimo e um terço da velocidade. de luz - ~ 30.000 a 100.000 km / s (18.600 a 62.000 mps).
Mas é claro que o conceito vem com inúmeros desafios e mais do que algumas desvantagens. Além de construir naves espaciais que seriam capazes de ser lançadas ao redor do horizonte de eventos de um buraco negro, também há uma quantidade enorme de precisão necessária - caso contrário, o navio e a tripulação (se houver) podem acabar sendo separados na boca do buraco negro. Além disso, existe a simples questão de chegar a um:
“[A] coisa tem uma enorme desvantagem para nós, pois precisamos primeiro chegar a um desses buracos negros. Costumo pensar nisso como um sistema de rodovias interestelares - você precisa pagar uma taxa única para entrar na rodovia, mas, uma vez instalado, você pode atravessar a galáxia o quanto quiser sem gastar mais combustível. ”
O desafio de como a humanidade pode chegar ao buraco negro adequado mais próximo será o assunto do próximo artigo de Kipping, ele indicou. E embora uma ideia como essa seja tão remota para nós quanto construir uma Esfera Dyson ou usar buracos negros para alimentar naves estelares, ela oferece algumas possibilidades bastante interessantes para o futuro.
Em suma, o conceito de máquina gravitacional de buraco negro apresenta à humanidade um caminho plausível para se tornar uma espécie interestelar. Enquanto isso, o estudo do conceito fornecerá aos pesquisadores do SETI uma outra possível assinatura tecnológica possível. Até que chegue o dia em que tentaremos algo assim por nós mesmos, poderemos ver se alguma outra espécie já deu uma facada nela e a fez funcionar!
