Esta visualización muestra dos agujeros negros fusionados, cuya gran velocidad podría proporcionar un impulso a la luz láser que oscila a su alrededor.
(Imagen: © Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA)
Las futuras naves espaciales podrían usar agujeros negros como poderosas plataformas de lanzamiento para explorar las estrellas.
Un nuevo estudio prevé disparar rayos láser que se curvarían alrededor de un agujero negro y regresarían con energía adicional para ayudar a impulsar una nave espacial a cerca de la velocidad de la luz. Los astrónomos podrían buscar señales de que las civilizaciones extraterrestres están utilizando un "disco de halo", como lo llama el estudio, al ver si los pares de agujeros negros se fusionan con más frecuencia de lo esperado.
Al autor del estudio, David Kipping, astrofísico de la Universidad de Columbia en Nueva York, se le ocurrió la idea del halo drive a través de lo que él llama "la mentalidad del jugador".
"A veces, en un juego de computadora encuentras un 'exploit', un truco que te permite hacer algo dominado que de otra manera estaría prohibido por las reglas del juego", dijo Kipping a Space.com. "En este caso, el juego es el mundo físico, y traté de pensar en las hazañas que permitirían a una civilización lograr un vuelo relativista de ida y vuelta a través de la galaxia sin el gran gasto de energía que uno podría asumir ingenuamente".
Un desafío clave para usar cohetes para volar por el espacio es que el propulsor que llevan con ellos tiene masa Los viajes largos necesitan mucho propulsor, lo que hace que los cohetes sean pesados, lo que a su vez requiere más propulsor, lo que hace que los cohetes sean aún más pesados, y así sucesivamente. Ese problema empeora exponencialmente cuanto más grande se vuelve el cohete.
Sin embargo, en lugar de llevar propulsores para propulsión, las naves espaciales equipadas con velas en forma de espejo podrían confiar en los láseres para empujarlos hacia afuera. Los $ 100 millones Iniciativa revolucionaria de Starshot, anunciado en 2016, planea usar láseres potentes para impulsar enjambres de naves espaciales a Alpha Centauri, el sistema estelar más cercano al nuestro, a hasta un 20 por ciento de la velocidad de la luz.
Las naves espaciales que Breakthrough Starshot pretende lanzar son cada una del tamaño de un microchip. Para acelerar naves espaciales más grandes a velocidades relativistas, a una fracción significativa de la velocidad de la luz, Kipping buscó la ayuda de la gravedad.
Las naves espaciales ahora usan regularmente "maniobras de tirachinas", en las cuales la gravedad de un cuerpo, como un planeta o la luna, arroja las naves a través del espacio y aumenta su velocidad. En 1963, el famoso físico Freeman Dyson sugirió que las naves espaciales de cualquier tamaño podrían depender de maniobras de honda alrededor de pares compactos de enanas blancas o estrellas de neutrones para volar a velocidades relativistas. (A Dyson se le ocurrió la noción de lo que se conoció como Esfera Dyson, una megaestructura que encapsula una estrella para capturar la mayor cantidad de energía posible para impulsar una civilización avanzada).
Sin embargo, un "tirachinas Dyson" corre el riesgo de dañar una nave espacial a través de fuerzas gravitacionales extremas y radiación peligrosa de esos pares de estrellas muertas. En cambio, Kipping sugiere que la gravedad podría ayudar a las naves espaciales al aumentar la energía de los rayos láser disparados en los bordes de los agujeros negros.
Los agujeros negros poseen campos gravitacionales tan poderosos que nada puede escapar de ellos una vez que se acerca lo suficiente, ni siquiera la luz. Sus campos gravitacionales también pueden distorsionar los caminos de los fotones de luz que no caen en los agujeros.
En 1993, el físico Mark Stuckey sugirió que un agujero negro podría, en principio, actuar como un "espejo gravitacional", en el sentido de que la gravedad del agujero negro podría arrojar un fotón alrededor para que volviera a su origen. Kipping calculó que si un agujero negro se movía hacia la fuente de un fotón, el "fotón boomerang" absorbería parte de la energía del agujero negro.
Usando lo que llamó un "disco de halo", llamado así por el anillo de luz que crearía alrededor de un agujero negro, Kipping descubrió que incluso las naves espaciales con la masa de Júpiter podían alcanzar velocidades relativistas. "Una civilización podría explotar los agujeros negros como puntos de paso galácticos", escribió en un estudio aceptado por el Journal of the British Interplanetary Society y detallado en línea el 28 de febrero en el servidor de preimpresión arXiv.
Cuanto más rápido se mueva un agujero negro, más energía podría extraer un disco de halo. Como tal, Kipping se centró en gran medida en usar pares de agujeros negros en espiral uno hacia el otro antes de una fusión.
Los astrónomos podrían buscar señales de que las civilizaciones extraterrestres están explotando pares de agujeros negros para viajar con ese motor. Por ejemplo, las unidades de halo robarían efectivamente la energía de tales sistemas binarios de agujeros negros, aumentando las tasas a las cuales pares de agujeros negros se fusionan por encima de lo que uno esperaría ver naturalmente, dijo Kipping.
Sus hallazgos se basaron en aumentos de pares de agujeros negros que orbitan entre sí a velocidades relativistas. Aunque se estima que hay 10 millones de pares de agujeros negros en la Vía Láctea, Kipping señaló que pocos de ellos probablemente orbitaron a velocidades relativistas por mucho tiempo, ya que se fusionarían bastante rápido.
Aún así, señaló que los agujeros negros giratorios y aislados también podrían lanzar unidades de halo a velocidades relativistas, "y ya conocemos numerosos ejemplos de agujeros negros supermasivos giratorios y relativistas".
El principal inconveniente de un disco de halo sería que "uno tiene que viajar al agujero negro más cercano", dijo Kipping. "Es similar a pagar una tarifa de peaje única para viajar en el sistema de autopistas. Tienes que pagar algo de energía para llegar al punto de acceso más cercano, pero después de eso, puedes viajar gratis todo el tiempo que quieras".
El disco de halo funciona solo cerca de un agujero negro, a una distancia de aproximadamente cinco a 50 veces el diámetro del agujero negro. "Es por eso que primero tienes que viajar al agujero negro más cercano y [por qué] no puedes simplemente hacer esto a través de años luz de espacio", dijo Kipping. "Todavía necesitamos primero un medio para viajar a las estrellas cercanas para circular por el sistema de carreteras.
"Si queremos lograr un vuelo relativista, se requieren inmensos niveles de energía sin importar qué sistema de propulsión uses", agregó. "Una forma de evitar esto es usar objetos astronómicos como su fuente de energía, ya que poseen literalmente niveles astronómicos de energía dentro de ellas. En este caso, el binario de agujero negro es esencialmente una batería gigante que espera que lo toquemos. La idea es trabajar con la naturaleza y no en contra de ella ".
Kipping ahora está investigando formas de explotar otros sistemas astronómicos para el vuelo relativista. Dichas técnicas "pueden no ser tan eficientes o rápidas como el enfoque de halo-drive, pero estos sistemas poseen las reservas de energía profunda necesarias para estos viajes", dijo Kipping.
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