Un alone drive potrebbe accelerare la navicella interstellare per avvicinarsi alla velocità della luce

Raggi X: NASA/CXC/Università di Amsterdam/N.Rea et al; Ottico: DSS

Nel 2016, il fisico Stephen Hawking e il miliardario Yuri Milner hanno svelato un piano per viaggiare verso le stelle. Il cosiddetto progetto Breakthrough Starshot è un programma da 100 milioni di dollari per sviluppare e dimostrare le tecnologie necessarie per visitare un sistema stellare vicino. I potenziali bersagli includono Proxima Centauri, un sistema distante circa quattro anni luce con diversi esopianeti, incluso un corpo simile alla Terra in orbita nella zona abitabile.

Il piano di Hawking e Milner era quello di costruire migliaia di minuscole navicelle spaziali delle dimensioni di un microchip e utilizzare la luce per accelerarle a una velocità relativistica, una velocità così vicina a quella della luce. Il gran numero aumenta le possibilità che almeno uno arrivi sano e salvo. Ogni amido sarebbe stato attaccato a una vela leggera delle dimensioni di un campo da badminton e quindi colpito da potenti laser a terra.

La propulsione laser ha diversi vantaggi. Il più significativo è che il veicolo spaziale non ha bisogno di trasportare carburante, riducendo notevolmente la loro massa. Dovrebbe anche essere in grado di accelerare le vele leggere a una velocità fino al 20% della velocità della luce. A quel ritmo, un amido sarebbe arrivato a Proxima Centauri in meno di 30 anni.

I laser straordinariamente potenti richiesti per tale missione saranno particolarmente difficili e costosi da sviluppare. E questo solleva una domanda ovvia: c'è un altro modo per raggiungere velocità relativistiche?

Oggi, riceviamo una sorta di risposta grazie al lavoro di David Kipping, astronomo della Columbia University di New York. Kipping ha ideato una nuova forma di fionda gravitazionale, la stessa tecnica che la NASA ha utilizzato, ad esempio, per inviare la navicella spaziale Galileo su Giove. L'idea è quella di accelerare un veicolo spaziale facendolo scorrere oltre un oggetto enorme come un pianeta. In questo modo, l'astronave sottrae una certa velocità al movimento del pianeta, spingendolo nel suo viaggio.

Le fionde gravitazionali funzionano meglio intorno a corpi estremamente massicci. Negli anni '60, il fisico Freeman Dyson calcolò che un buco nero poteva accelerare un veicolo spaziale a velocità relativistiche. Ma è probabile che le forze sulla navicella spaziale mentre si avvicinasse a un oggetto del genere lo distruggerebbero.

Quindi Kipping ha escogitato un'alternativa intelligente. La sua idea è di inviare fotoni attorno a un buco nero e quindi utilizzare l'energia extra che guadagnano per accelerare una vela leggera. L'energia cinetica del buco nero viene trasferita al raggio di luce come spostamento verso il blu e al ritorno i fotoni riciclati non solo accelerano, ma aggiungono anche energia al veicolo spaziale, afferma Kipping.

Il processo dipende dal campo gravitazionale estremamente potente attorno a un buco nero. Poiché i fotoni hanno una massa a riposo piccola ma misurabile, questo campo può intrappolare la luce in un'orbita circolare.

Il lavoro di Kipping si basa su un'orbita leggermente diversa che guida un fotone emesso da un veicolo spaziale attorno al buco nero e torna al veicolo spaziale, una specie di orbita boomerang. Durante questo viaggio, i fotoni boomerang ottengono energia cinetica dal movimento del buco nero.

È questa energia che può accelerare un veicolo spaziale dotato di una vela leggera appropriata. Kipping lo chiama un alone drive. Il motore dell'alone trasferisce l'energia cinetica dal buco nero in movimento al veicolo spaziale per mezzo di un aiuto gravitazionale, afferma Kipping, sottolineando che il veicolo spaziale non consuma carburante proprio nel processo.

Poiché l'alone drive sfrutta il movimento di un buco nero, è meglio applicato a sistemi binari in cui un buco nero orbita attorno a un altro oggetto. I fotoni ottengono quindi energia dal movimento del buco nero in punti appropriati della sua orbita.

E l'unità dovrebbe funzionare per qualsiasi massa significativamente più piccola del buco nero. Kipping dice che questo potrebbe consentire veicoli di dimensioni planetarie. Quindi una civiltà sufficientemente avanzata potrebbe viaggiare a velocità relativistiche da una parte all'altra della galassia saltando da un sistema binario di buchi neri all'altro. Una civiltà avanzata potrebbe utilizzare il concetto di navigazione leggera per condurre una propulsione relativistica ed estremamente efficiente, dice.

Lo stesso meccanismo può anche decelerare il veicolo spaziale. Quindi questa civiltà avanzata cercherebbe probabilmente coppie di sistemi binari di buchi neri che agiscano da acceleratori e deceleratori.

La Via Lattea contiene circa 10 miliardi di sistemi binari di buchi neri. Ma Kipping sottolinea che è probabile che ci sia solo un numero limitato di traiettorie che le collegano insieme, quindi è probabile che queste autostrade interstellari siano regioni preziose.

Naturalmente, la tecnologia per sfruttare questo concetto è ben al di là delle capacità dell'umanità al momento. Ma gli astronomi dovrebbero essere in grado di capire dove si trovano le migliori autostrade interstellari e quindi cercare le firme tecnologiche delle civiltà che potrebbero sfruttarle.

Tutto ciò suona come un bel divertimento, e i critici potrebbero obiettare che è poco più che foraggio per gli appassionati di fantascienza. Forse.

Ma il concetto di amido è stato discusso per decenni, di solito ai margini della scienza. Sulla scia dell'annuncio di Hawking e Milner, il progetto ha improvvisamente guadagnato gambe. In effetti, le prime tecnologie di amido sono già state testate in orbita terrestre bassa e la prima missione prevista intorno al 2036, con un costo compreso tra $ 5 e $ 10 miliardi.

Questo è un obiettivo ambizioso, ma anche tenendo conto di vari ritardi, è probabile che i viaggi interstellari saranno possibili entro cento anni dalle prime incursioni dell'umanità nello spazio. Questo è un rapido progresso. E suggerisce che qualsiasi civiltà con anche un piccolo vantaggio su di noi avrebbe potuto fare progressi significativamente più grandi.

Rif: arxiv.org/abs/1903.03423 : The Halo Drive: Propulsione relativistica senza carburante di grandi masse tramite fotoni Boomerang riciclati

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