Essa visualização mostra dois buracos negros que se fundem, cuja grande velocidade poderia impulsionar a luz do laser balançando ao seu redor.
(Imagem: © Goddard Space Flight Center da NASA)
Futuras naves espaciais poderiam usar buracos negros como plataformas de lançamento poderosas para explorar as estrelas.
Um novo estudo prevê o disparo de raios laser que se curvariam em torno de um buraco negro e retornariam com energia adicional para ajudar a impulsionar uma espaçonave a se aproximar da velocidade da luz. Os astrônomos podem procurar sinais de que as civilizações alienígenas estão usando um "halo drive", como o estudo diz, vendo se pares de buracos negros estão se fundindo com mais frequência do que o esperado.
O autor do estudo, David Kipping, astrofísico da Universidade de Columbia, em Nova York, teve a idéia do passeio de halo através do que ele chama de "a mentalidade do jogador".
"Às vezes, em um jogo de computador, você encontra uma 'exploração', um truque que permite que você faça algo dominado que, de outra forma, seria proibido pelas regras do jogo", disse Kipping ao Space.com. "Nesse caso, o jogo é o mundo físico, e tentei pensar em explorações que permitiriam que uma civilização conseguisse voar relativisticamente pela galáxia sem a vasta despesa de energia que alguém poderia assumir ingenuamente".
Um dos principais desafios do uso de foguetes para voar pelo espaço é que o propulsor que eles carregam com eles tem massa. Viagens longas precisam de muito propulsor, o que torna os foguetes pesados, o que, por sua vez, exige mais propulsor, tornando os foguetes ainda mais pesados e assim por diante. Esse problema piora exponencialmente quanto maior o foguete.
Em vez de transportar propulsor para propulsão, no entanto, naves espaciais equipadas com velas parecidas com espelhos poderiam contar com lasers para empurrá-los para fora. Os US $ 100 milhões Iniciativa inovadora Starshot, anunciado em 2016, planeja usar lasers poderosos para impulsionar enxames de naves espaciais para Alpha Centauri, o sistema estelar mais próximo do nosso, com até 20% da velocidade da luz.
As naves espaciais que a Breakthrough Starshot pretende lançar têm apenas o tamanho de um microchip. Para acelerar naves espaciais maiores a velocidades relativísticas - a uma fração significativa da velocidade da luz - Kipping buscou o auxílio da gravidade.
Atualmente, as naves espaciais usam "manobras de estilingue", nas quais a gravidade de um corpo, como um planeta ou a lua, arremessa os navios pelo espaço e aumenta sua velocidade. Em 1963, o famoso físico Freeman Dyson sugeriu que naves espaciais de qualquer tamanho poderiam confiar em manobras de estilingue em torno de pares compactos de anãs brancas ou estrelas de nêutrons para voar em velocidades relativísticas. (Dyson surgiu com a noção do que ficou conhecido como Esfera de Dyson, uma megaestrutura que encapsula uma estrela para capturar o máximo de sua energia possível para alimentar uma civilização avançada.)
No entanto, um "estilingue de Dyson" corre o risco de danificar uma nave espacial através de forças gravitacionais extremas e radiação perigosa desses pares de estrelas mortas. Em vez disso, Kipping sugere que a gravidade pode ajudar naves espaciais, aumentando a energia dos raios laser disparados nas bordas dos buracos negros.
Os buracos negros possuem campos gravitacionais tão poderosos que nada pode escapar deles quando se aproximar o suficiente, nem mesmo a luz. Seus campos gravitacionais também podem distorcer os caminhos dos fótons de luz que não caem nos buracos.
Em 1993, o físico Mark Stuckey sugeriu que um buraco negro poderia, em princípio, agir como um "espelho gravitacional", na medida em que a gravidade do buraco negro poderia atirar um fóton ao redor, para que ele voasse de volta à sua fonte. Kipping calculou que, se um buraco negro estivesse se movendo em direção à fonte de um fóton, o "fóton bumerangue" sugaria parte da energia do buraco negro.
Usando o que ele chamou de "unidade de halo" - nomeado para o anel de luz que criaria em torno de um buraco negro - Kipping descobriu que mesmo naves espaciais com a massa de Júpiter poderiam atingir velocidades relativísticas. "Uma civilização poderia explorar buracos negros como pontos de referência galácticos", escreveu ele em um estudo aceito pelo Journal of the British Interplanetary Society e detalhado on-line em 28 de fevereiro no servidor arXiv preprint.
Quanto mais rápido um buraco negro se move, mais energia um halo pode extrair dele. Como tal, Kipping se concentrou amplamente no uso de pares de buracos negros em espiral um antes do outro antes de uma fusão.
Os astrônomos podem procurar sinais de que civilizações alienígenas estão explorando pares de buracos negros para viajar com esse mecanismo. Por exemplo, drives de halo efetivamente roubam energia de tais sistemas binários de buraco negro, aumentando as taxas nas quais pares de buracos negros se fundem acima do que se esperaria ver naturalmente, disse Kipping.
Suas descobertas foram baseadas em impulsos de pares de buracos negros que orbitam um ao outro a velocidades relativísticas. Embora exista um número estimado de 10 milhões de pares de buracos negros na Via Láctea, Kipping observou que poucos deles provavelmente orbitam em velocidades relativísticas por muito tempo, uma vez que se fundem rapidamente.
Ainda assim, ele observou que buracos negros giratórios isolados também poderiam lançar unidades de halo em velocidades relativísticas ", e já conhecemos vários exemplos de buracos negros supermassivos giratórios e relativísticos".
A principal desvantagem de uma unidade de halo seria que "é preciso viajar até o buraco negro mais próximo", disse Kipping. "É como pagar uma taxa de pedágio única para rodar no sistema de rodovias. Você precisa pagar um pouco de energia para chegar ao ponto de acesso mais próximo, mas depois disso, você pode pedalar de graça pelo tempo que quiser".
A unidade de halo funciona apenas em estreita proximidade com um buraco negro, a uma distância de cerca de cinco a 50 vezes o diâmetro do buraco negro. "É por isso que você precisa viajar primeiro para o buraco negro mais próximo e [por que] não pode fazer isso através de anos-luz de espaço", disse Kipping. "Ainda precisamos primeiro de um meio de viajar para estrelas próximas para rodar no sistema de rodovias.
"Se queremos alcançar um vôo relativístico, são necessários imensos níveis de energia, independentemente do sistema de propulsão usado", acrescentou. "Uma maneira de contornar isso é usar objetos astronômicos como sua fonte de energia, pois eles possuem literalmente níveis astronômicos de energia no meio deles. Nesse caso, o binário do buraco negro é essencialmente uma bateria gigante esperando por nós para tocá-lo. A idéia é trabalhar com a natureza e não contra ela ".
Kipping está agora investigando maneiras de explorar outros sistemas astronômicos para o vôo relativístico. Tais técnicas "podem não ser tão eficientes ou rápidas quanto a abordagem do halo-drive, mas esses sistemas possuem as reservas profundas de energia necessárias para essas viagens", disse Kipping.
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