I veicoli spaziali che viaggiano vicino alla velocità della luce dovrebbero essere visibili con la tecnologia attuale, affermano gli ingegneri

I viaggi interstellari possono essere roba da fantascienza, ma è semplice calcolare che dovrebbe essere possibile data la possibilità di viaggiare a una frazione significativa della velocità della luce. Questi tipi di velocità possono essere raggiunti anche con le tecnologie del prossimo futuro e i soldi delle tasse per farle funzionare.

Ci sono sfide significative, ovviamente. E oggi, Ulvi Yurtsever e Steven Wilkinson dell'appaltatore della difesa Raytheon a El Segundo, in California, ne delineano un altro che sembra essere stato trascurato fino ad ora.

Questi ragazzi sottolineano che qualsiasi oggetto che viaggia a velocità relativistiche interagirà con i fotoni nello sfondo cosmico a microonde. Questa interazione dovrebbe creare una resistenza che imponga limiti specifici alla velocità con cui i veicoli spaziali possono viaggiare, dicono.

Ma dovrebbe anche produrre una firma unica del volo spaziale relativistico che dovrebbe essere visibile con la tecnologia odierna se qualsiasi veicolo di questo tipo dovesse sfrecciare attraverso il nostro quartiere galattico.

Lo sfondo cosmico a microonde è l'eco del Big Bang. Questa è la luce rimasta dai primi momenti della creazione che è stata allungata con l'espansione dell'universo. Quindi, anche se ha iniziato come radiazione a lunghezza d'onda molto più elevata e più corta, ora si trova nella regione delle microonde.

Questa radiazione riempie l'universo. Ogni centimetro cubo del cosmo contiene oltre 400 fotoni cosmici a microonde, quindi un veicolo spaziale che attraversa lo spazio interstellare si scontrerebbe con migliaia di miliardi di fotoni al secondo.

Queste collisioni possono essere pensate a livello microscopico quando ogni fotone colpisce un nucleo ad alta energia. I fisici delle particelle sanno bene che se l'energia in queste collisioni è sufficientemente alta, dovrebbero creare coppie elettrone-positrone.

Yurtsever e Wilkinson sottolineano che nel frame di riposo della navicella spaziale che viaggia vicino alla velocità della luce, questi fotoni appariranno come raggi gamma altamente energetici. Se questi raggi gamma hanno un'energia maggiore della massa a riposo di un elettrone e di un positrone, la collisione creerà una coppia elettrone-positrone.

Continuano a dimostrare che questo processo dissiperà enormi quantità di energia. La creazione di ciascuna coppia elettrone-positrone dissipa 1,6 x 10^(-13) Joule. Supponendo un'area della sezione trasversale effettiva di diciamo 100 metri quadrati, l'effetto dissipativo è di circa 2 milioni di Joule al secondo, affermano Yurtsever e Wilkinson.

Nel telaio di riposo del veicolo spaziale, la dissipazione è ancora maggiore a causa della dilatazione del tempo. I secondi durano effettivamente più a lungo quando si viaggia ad alta velocità, quindi la dissipazione di energia è significativamente maggiore, dell'ordine di 10^14 Joule al secondo.

Questo è un ostacolo significativo da superare per i motori del veicolo spaziale, solo per mantenerlo a una velocità costante, affermano Yurtsever e Wilkinson. Sostengono che questa è una buona ragione per mantenere la velocità del veicolo spaziale al di sotto della soglia per la creazione della coppia elettrone-positrone e quindi ridurre la resistenza a un livello trascurabile di pochi joule al secondo. Questa soglia si verifica quando il veicolo spaziale raggiunge una velocità che è 1 – 3,3 x10^-(17) della velocità della luce.

Il movimento di un veicolo spaziale relativistico avrà un altro effetto. Dovrebbe disperdere lo sfondo cosmico a microonde in un modo che produca una firma unica. Mentre un veicolo spaziale barionico viaggia a velocità relativistiche, interagirà con la CMB attraverso lo scattering per causare uno spostamento di frequenza che potrebbe essere rilevabile sulla Terra con la tecnologia attuale, affermano Yurtsever e Wilkinson.

Continuano a calcolare le proprietà di questa firma. Dicono che lo scattering dovrebbe generare radiazioni nelle regioni dello spettro da terahertz a infrarossi e che questo segnale dovrebbe spostarsi rispetto allo sfondo. Le caratteristiche salienti del segnale sono un rapido calo della temperatura accompagnato da un rapido aumento dell'intensità, insieme al movimento della sorgente rispetto a un sistema di riferimento fissato a quasar distanti, che dovrebbe essere osservabile, dicono Yurtsever e Wilkinson.

In altre parole, se i veicoli spaziali relativistici stanno sfrecciando nello spazio interstellare, questo tipo di firma dovrebbe essere visibile utilizzando l'attuale generazione di osservatori astrofisici.

Questo è un lavoro interessante che porta l'analisi dei viaggi spaziali relativistici a un nuovo livello. Altri ricercatori hanno esplorato la possibilità di osservare i veicoli spaziali relativistici utilizzando le emissioni ottiche che i loro motori devono generare. Ma Yurtsever e Wilkinson vanno oltre.

Naturalmente, fanno una serie di presupposti, non ultimo dei quali è che il viaggio nello spazio relativistico sia possibile. In effetti, se qualche civiltà avanzata facesse questo tipo di salto nel cosmo, è probabile che l'interazione con i fotoni cosmici sia l'ultimo dei loro problemi poiché una collisione con la materia sarebbe molto più dannosa.

Yurtsever e Wilkinson forniscono alcuni numeri per contestualizzare questo. Per un veicolo spaziale che viaggia vicino alla velocità della luce, l'impatto con un singolo granello di polvere cosmica con una massa di 10^-(14) grammi avrebbe un'energia d'impatto vicina a 10.000 megajoule.

Lo spazio intergalattico è relativamente privo di detriti ma, nonostante ciò, qualsiasi veicolo spaziale relativista avrebbe bisogno di un modo per liberarsi il percorso.

Spunti di riflessione per potenziali cosmonauti.

Rif: arxiv.org/abs/1503.05845 : Limiti e firme del volo spaziale relativistico

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