A ideia de viajar para outro sistema estelar era o sonho das pessoas muito antes de os primeiros foguetes e astronautas serem enviados ao espaço. Mas, apesar de todo o progresso que fizemos desde o início da Era Espacial, a viagem interestelar continua sendo apenas isso - um sonho. Embora conceitos teóricos tenham sido propostos, as questões de custo, o tempo de viagem e o combustível continuam sendo altamente problemáticos.

Muitas esperanças atualmente dependem do uso de energia direcionada e velas de luz para empurrar pequenas espaçonaves a velocidades relativísticas. Mas e se houvesse uma maneira de fazer espaçonaves maiores rápidas o suficiente para conduzir viagens interestelares? De acordo com o Prof. David Kipping, o líder do laboratório Cool Worlds da Columbia University, futura espaçonave poderia contar com uma unidade de halo, que usa a força gravitacional de um buraco negro para atingir velocidades incríveis.

O Prof. Kipping descreveu esse conceito em um estudo recente que apareceu online (a pré-impressão também está disponível no site Cool Worlds). Iniciar, Kipping abordou um dos maiores desafios colocados pela exploração espacial, que é a quantidade absoluta de tempo e energia necessária para enviar uma espaçonave em uma missão para explorar além do nosso sistema solar.

Kipping disse à Universe Today por e-mail:"A viagem interestelar é um dos feitos técnicos mais desafiadores que podemos conceber. Embora possamos imaginar a deriva entre as estrelas ao longo de milhões de anos - o que é legitimamente uma viagem interestelar - para realizar viagens em escalas de tempo de séculos ou menos requer propulsão relativística. "

Como disse Kipping, a propulsão relativística (ou acelerando a uma fração da velocidade da luz) é muito cara em termos de energia. As espaçonaves existentes simplesmente não têm a capacidade de combustível para chegar a esses tipos de velocidades, e com falta de armas nucleares detonantes para gerar impulso à la Projeto Orion, ou construir um ramjet de fusão à la Project Daedalus, não há muitas opções disponíveis.

Nos últimos anos, a atenção mudou para a ideia de usar velas de luz e nanocraft para conduzir missões interestelares. Um exemplo bem conhecido é Breakthrough Starshot, uma iniciativa que visa enviar uma espaçonave do tamanho de um smartphone para Alpha Centauri ainda dentro de nossa vida. Usando uma poderosa matriz de laser, a vela de luz seria acelerada a velocidades de até 20 por cento da velocidade da luz - fazendo assim a viagem em 20 anos.

"Mas mesmo aqui, você está falando sobre vários terra-joules de energia para a espaçonave mais minimalista (uma grama de massa) concebível, "disse Kipping." Essa é a produção de energia cumulativa de usinas nucleares funcionando por semanas a fio ... então é por isso que é difícil. "

Para isso, Kipping sugere uma versão modificada do "Dyson Slingshot, "uma ideia proposta pelo venerado físico teórico Freeman Dyson, o teórico por trás da esfera de Dyson. No livro de 1963 Comunicações interestelares (Capítulo 12:"Máquinas Gravitacionais"), Dyson descreveu como a espaçonave poderia disparar ao redor de estrelas binárias compactas para receber um aumento significativo na velocidade.

Como Dyson descreveu, uma nave seria despachada para um sistema binário compacto, onde realizaria uma manobra com auxílio da gravidade. Isso consistiria na espaçonave ganhando velocidade com a intensa gravidade do binário, adicionando o equivalente a duas vezes sua velocidade de rotação à sua própria, e é então expulso do sistema.

Embora a perspectiva de aproveitar este tipo de energia para propulsão fosse altamente teórica na época de Dyson (e ainda é), Dyson ofereceu duas razões pelas quais valia a pena explorar as "máquinas gravitacionais":

"Primeiro, se nossa espécie continuar a expandir sua população e sua tecnologia a uma taxa exponencial, pode chegar um momento no futuro remoto em que a engenharia em escala astronômica seja viável e necessária. Segundo, se estivermos em busca de sinais de vida tecnologicamente avançada já existente em outras partes do universo, é útil considerar que tipo de fenômenos observáveis ​​uma tecnologia realmente avançada pode ser capaz de produzir. "

Resumidamente, máquinas gravitacionais valem a pena estudar, caso se tornem possíveis algum dia, e porque este estudo poderia nos permitir localizar possíveis inteligências extraterrestres (ETIs), detectando as tecnossinaturas que essas máquinas criariam. Expandindo isso, Kipping considera como os buracos negros, especialmente aqueles encontrados em pares binários, poderia constituir estilingues gravitacionais ainda mais poderosos.

Esta proposta é baseada em parte no sucesso recente do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO), que detectou vários sinais de ondas gravitacionais desde 2016. De acordo com estimativas recentes com base nessas detecções, pode haver até 100 milhões de buracos negros apenas na Via Láctea.

Onde os binários ocorrem, eles possuem uma quantidade incrível de energia rotacional, que é o resultado de seu giro e da maneira como eles orbitam rapidamente um ao outro. Além disso, como notas Kipping, os buracos negros também podem atuar como um espelho gravitacional - onde os fótons direcionados à borda do horizonte de eventos irão se curvar e voltar diretamente para a fonte. Como Kipping disse:

"Então, o buraco negro binário é na verdade um par de espelhos gigantes circulando um ao redor do outro em alta velocidade potencialmente alta. A unidade de halo explora isso lançando fótons para fora do" espelho "conforme o espelho se aproxima de você, os fótons voltam, empurrando você junto, mas também roubar parte da energia do próprio binário do buraco negro (pense em como uma bola de pingue-pongue atirada contra uma parede em movimento voltaria mais rápido). Usando esta configuração, pode-se colher a energia binária do buraco negro para a 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, que atualmente representa a maior parte da massa de um veículo de lançamento. E são muitos, muitos buracos negros que existem em toda a Via Láctea, que poderia atuar como uma rede para viagens espaciais relativísticas.

O que mais, os cientistas já testemunharam o poder dos estilingues gravitacionais graças à descoberta de estrelas de hipervelocidade. De acordo com pesquisas do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), essas estrelas são o resultado de fusões galácticas e interação com buracos negros massivos, que os expulsam de suas galáxias a um décimo a um terço da velocidade da luz - cerca de 30, 000 a 100, 000 km / s (18, 600 a 62, 000 mps).

Mas é claro, o conceito vem com inúmeros desafios e mais do que algumas desvantagens. Além de construir espaçonaves que podem resistir a serem lançadas em torno do horizonte de eventos de um buraco negro, uma quantidade enorme de precisão é necessária - caso contrário, o navio e a tripulação (se houver) podem ser separados na boca do buraco negro. Adicionalmente, há simplesmente a questão de chegar a um:

"A coisa tem uma grande desvantagem para nós, pois primeiro temos que chegar a um desses buracos negros. Tendo a pensar nisso como um sistema de rodovias interestelares - você tem que pagar um pedágio único para entrar a estrada, mas uma vez que você está ligado, você pode cavalgar pela 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 de Dyson ou usar buracos negros para fornecer energia a naves estelares, oferece possibilidades muito interessantes para o futuro.

Resumidamente, o conceito de uma 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 outra possível tecnossignatura para buscar. Então, até que chegue o dia em que possamos tentar fazer isso nós mesmos, poderemos ver se alguma outra espécie já o fez funcionar.