Quando se trata dos desafios impostos pelas viagens interestelares, Não há respostas fáceis. As distâncias são imensas, a quantidade de energia necessária para fazer a viagem é enorme, e as escalas de tempo envolvidas são (sem trocadilhos!) astronômicas. Mas e se houvesse uma maneira de viajar entre as estrelas usando navios que aproveitam os fenômenos naturais para atingir velocidades relativísticas (uma fração da velocidade da luz)?

Já, cientistas identificaram situações em que objetos no universo são capazes de fazer isso - incluindo estrelas de hipervelocidade e meteoros acelerados por explosões de supernovas. Investigando mais a fundo, Os professores de Harvard, Manasvi Lingam e Abraham Loeb, exploraram recentemente como as espaçonaves interestelares podem aproveitar as ondas produzidas por uma explosão de supernova da mesma forma que os veleiros aproveitam o vento.

O estudo que detalha sua pesquisa, "Propulsão de naves espaciais para velocidades relativísticas usando fontes astrofísicas naturais, "apareceu recentemente online e também foi o assunto de um artigo em Americano científico . Como eles explicam em seu estudo, é possível que uma civilização suficientemente avançada pudesse usar as explosões de energia liberadas por supernovas para acelerar espaçonaves a velocidades relativísticas.

Essas espaçonaves seriam capazes de aproveitar a força explosiva usando uma vela leve (também conhecida como vela solar) ou uma vela magnética, dois conceitos de propulsão que foram explorados longamente por astrofísicos. Esses conceitos contam com a radiação eletromagnética gerada pelo sol para criar pressão contra uma vela altamente reflexiva, gerando assim propulsão de uma forma que não requer motores ou propelente.

Uma vez que o propelente é um dos contribuintes mais significativos para a massa total de uma espaçonave, Os conceitos de vela leve / vela magnética têm o benefício de serem muito mais leves do que as espaçonaves convencionais - e, portanto, muito mais barato para lançar no espaço. Outra possibilidade é contar com energia direcionada (lasers) para acelerar este tipo de espaçonave, permitindo-lhe atingir velocidades muito mais altas do que seria possível com a radiação solar sozinha.

Prof. Loeb, que, além de ser o professor de ciências Frank D. Baird Jr. da Universidade de Harvard, também é presidente do Comitê Consultivo da Breakthrough Starshot. Como parte da organização sem fins lucrativos Breakthrough Initiatives, Starshot está trabalhando atualmente para a criação de uma vela leve que seria acelerada por lasers a uma velocidade de 20% da velocidade da luz, permitindo-lhe fazer a viagem para Alpha Centauri em apenas 20 anos.

Como Loeb disse à Universe Today por e-mail, foi enquanto contemplava como tal espaçonave poderia ser acelerada naturalmente que a ideia de usar uma supernova lhe ocorreu:

"Em dezembro de 2019, minha esposa e duas filhas estavam viajando e eu tive o luxo de ficar em casa sozinha por uma semana pensando em ciências. Enquanto toma banho, Pensei em como o sol não é eficaz em lançar velas leves em alta velocidade, mas uma fonte de luz mais brilhante pode ser. Eu segui este pensamento com cálculos detalhados sobre supernovas, que são bilhões de vezes mais brilhantes do que o sol por uma semana, e percebi que velas de luz com os parâmetros existentes podem atingir a velocidade da luz se forem colocadas estrategicamente com antecedência em torno da estrela massiva que está prestes a explodir. "

Originalmente, Loeb explicou essa ideia em um artigo publicado em Americano científico em 6 de fevereiro, 2020, intitulado "Surfing a Supernova". O artigo original também está disponível no site do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Como ele argumentou lá, uma supernova seria capaz de acelerar uma vela leve que pesa "menos de meio grama por metro quadrado para velocidades relativísticas, "mesmo que estivesse a milhões de quilômetros de distância.

Simplificando, a energia e o brilho gerados por uma supernova são equivalentes ao que um bilhão de sóis produziria em um mês médio. Considerando que o vento solar só seria capaz de empurrar uma vela leve até um milésimo da velocidade da luz (0,01% ou 0,001 c), uma supernova poderia facilmente acelerar uma vela a um décimo da velocidade da luz (0,1 c).

"Meu colaborador, Manasvi Lingam, vi meu comentário e sugeri que escrevêssemos um artigo científico completo sobre o assunto, explorando a viabilidade de lançar velas leves à velocidade da luz em torno de outras fontes brilhantes, também, como buracos negros ou pulsares, "disse Loeb." Eu compartilhei minhas anotações com ele e eles semearam nosso trabalho colaborativo. "

Para testar essa hipótese, Lingam e Loeb consideraram como uma vela leve poderia ser acelerada pela explosão de vários objetos astrofísicos. Isso inclui estrelas massivas, microquasares, supernovas, nebulosas de vento pulsante, e núcleos galácticos ativos. Como Lingam, quem foi o autor principal do artigo resultante, explicado para a Universe Today por e-mail:

“Desenvolvemos modelos matemáticos para determinar a velocidade máxima que pode ser atingida por velas leves e velas elétricas. As velocidades máximas variam de acordo com o sistema de propulsão utilizado, bem como os objetos astrofísicos em consideração. "

Para quem tem os meios, as vantagens dessa abordagem são óbvias. Em comparação com velas leves convencionais e velas magnéticas, uma vela que aproveita o impulso fornecido por uma estrela em explosão seria capaz de atingir velocidades relativísticas sem a necessidade de infraestrutura cara (ou seja, uma grande matriz de laser).

Claro, as desvantagens de tal método também são óbvias. Para iniciantes, há a questão do tempo. As supernovas não são apenas uma ocorrência rara; os cientistas são incapazes de prevê-los com precisão com outra coisa senão uma grande margem de erro - muitas vezes milhões de anos. Qualquer pessoa que deseje tirar proveito da explosão de estrelas precisará ser capaz de fazer estimativas mais precisas e estar disposto a esperar muito tempo.

Mas como Lingam e Loeb exploraram, as desvantagens vão além disso para incluir os riscos específicos criados pelas supernovas. Como Loeb indicou:

“Os principais desafios são o atrito com o gás ambiente, que pode ser denso na vizinhança de uma estrela massiva devido à perda de massa pelos ventos. Pode-se superar o desafio dobrando a vela ao longo da viagem, exceto durante o período de lançamento, quando a abertura da vela pode ser acionada pelo flash de luz da supernova. "

Além disso, existem desafios de engenharia e design que precisam ser resolvidos de antemão. Primeiro, as velas devem ser feitas de material altamente reflexivo para evitar a absorção de muito calor e queimar. Segundo, eles também precisariam ser colocados em uma configuração dobrada até que a estrela explodisse para evitar que fossem empurrados para longe de seu ponto de lançamento pela radiação solar.

Finalmente, o caminho de aceleração da vela deve ser cuidadosamente selecionado com antecedência para evitar quaisquer obstáculos e minimizar o risco de colisão com objetos grandes (como asteróides). Por último, a própria vela deve ter algum tipo de proteção ou configuração para protegê-la de gás e partículas sólidas no espaço interestelar. Dado que a vela estará viajando a uma velocidade incrivelmente alta, mesmo as menores partículas representariam um risco extremo de colisão.

Como Lingam explicou, seus resultados mostram que esses desafios são superáveis:

“Existem muitos desafios, como a estabilização da vela, mantendo alta refletância e evitando aquecimento, e evitar danos ao viajar no ambiente de origem, bem como no meio interestelar. A maioria desses problemas pode ser superada, pelo menos em princípio, utilizando velas elétricas em vez de velas leves. Alternativamente, se alguém decidir ficar com velas leves, então, será necessário dobrar a vela durante alguns estágios da viagem, escolha uma arquitetura de vela incomum, e dependem de estruturas nanofotônicas para melhorar a estabilidade. "

Resumidamente, seus resultados mostram que uma espécie suficientemente avançada seria capaz de posicionar velas leves / velas magnéticas ao redor de estrelas moribundas, de modo que pudessem ser aceleradas assim que a estrela explodisse. Estas velas podem servir como embarcações mensageiras, demonstrando a existência de civilizações avançadas, viajando para sistemas estelares habitados.

A este respeito, a viabilidade deste conceito interestelar pode ter implicações na contínua Busca por Inteligência Extraterrestre (SETI). Como Loeb e colegas argumentaram em estudos anteriores, a possibilidade de propulsão por energia direcionada significa que flashes errantes de atividade do laser podem ser interpretados como um sinal de atividade tecnológica (também conhecidas como tecnossignaturas).

"Este paradigma conceitual ecoa o espírito das esferas de Dyson, as megaestruturas hipotetizadas por Freeman Dyson para coletar a energia de estrelas que provavelmente não explodirão, "disse Loeb." Se tivermos sorte de ter muitas civilizações tecnológicas em nossa galáxia, pode haver enxames de velas de luz em torno de estrelas massivas, aguardando pacientemente suas explosões. "

"Em busca de tecnossignaturas, nosso trabalho sugere que se pode olhar nas proximidades de fontes astrofísicas de alta energia, como supernovas e quasares para sinais de rádio, etc, "acrescentou Lingam." Claro, a probabilidade de sucesso depende inteiramente da existência de tais espécies de tecnologias avançadas - esta é uma questão para a qual ainda não temos uma resposta. "

Por enquanto, parece que o Paradoxo de Fermi vai durar um pouco mais. Mas com mais coisas para procurar, e com telescópios de próxima geração entrando online muito em breve, estamos bem equipados para encontrar evidências de inteligência extraterrestre (se houver alguma para ser encontrada).