Usando Buracos Negros para conquistar espaço: o halo drive

Caros Leitores,

A impressão do artista de fundir buracos negros binários. Crédito: LIGO / A. Simonnet

A ideia de viajar para outro Sistema Estelar tem sido o sonho de pessoas muito antes de os primeiros foguetes e astronautas serem enviados ao espaço. Mas, apesar de todo o progresso que fizemos desde o início da Era Espacial, as viagens interestelares continuam sendo apenas isso - um sonho. Embora conceitos teóricos tenham sido propostos, as questões de custo, tempo de viagem e combustível permanecem altamente problemáticas.

Muitas esperanças dependem atualmente do uso de energia direcionada e de velas de luz para empurrar minúsculas espaçonaves para velocidades relativísticas. Mas e se houvesse uma maneira de tornar a espaçonave mais rápida o suficiente para conduzir viagens interestelares? De acordo com o Prof. David Kipping, líder do laboratório Cool Worlds da Columbia University, a futura espaçonave poderia contar com um halo drive, que usa a “força gravitacional de um buraco negro para atingir velocidades incríveis”.

O Prof. Kipping descreveu este conceito em um estudo recente que apareceu online - https://arxiv.org/pdf/1903.03423.pdf ( o print também está disponível no site da Cool Worlds - http://coolworlds.astro.columbia.edu/   ) .

Nele, Kipping abordou um dos maiores desafios, impostos pela exploração espacial, que é a enorme quantidade de tempo e energia necessários para enviar uma espaçonave em uma missão para explorar além do nosso Sistema Solar.

Kipping disse ao Universe Today via e-mail: "As viagens interestelares são um dos desafios técnicos mais desafiadores que podemos conceber. Embora possamos prever a deriva entre as estrelas ao longo de milhões de anos - o que é legitimamente viagem interestelar - https://phys.org/tags/interstellar+travel/ - para realizar viagens em escalas de séculos ou menos requer propulsão relativista". 

                                                                                          

Vídeo:    https://youtu.be/K1QCL35iigY

Segundo Kipping, a propulsão relativística (ou acelerando a uma fração da velocidade da luz) é muito cara em termos de energia. As naves espaciais existentes simplesmente não têm a capacidade de combustível para atingir esses tipos de velocidade, e, além de detonar armas nucleares para gerar impulso a Project Orion, ou construir um ramjet à lajet do Project Daedalus, não há muitas opções disponíveis.

Nos últimos anos, a atenção mudou para a ideia de usar lightsails e nanocraft para conduzir missões interestelares. Um exemplo bem conhecido é o Breakthrough Starshot, uma iniciativa que visa enviar uma espaçonave do tamanho de um smartphone para a Alpha Centauri durante nossa vida. Usando um poderoso laser array, o lightsail seria acelerado a velocidades de até 20 por cento da velocidade da luz - fazendo assim a viagem em 20 anos.

"Mas mesmo aqui, você está falando sobre vários joules de energia para a mais minimalista (uma massa de grama) concebível", disse Kipping. "Essa é a produção acumulada de energia de usinas nucleares que funcionam durante semanas a fio ... então é por isso que é difícil."

Para isso, Kipping sugere uma versão modificada do "Dyson Slingshot", uma ideia proposta pelo venerado físico teórico Freeman Dyson, o teórico por trás da Esfera de Dyson. No livro de 1963, Interstellar Communications - https://www.questia.com/library/4500112/interstellar-communication-a-collection-of-reprints (Capítulo 12: "Máquinas Gravitacionais"), Dyson descreveu como a espaçonave poderia estilingar ao redor de estrelas binárias compactas para receber um aumento significativo na velocidade.

Vídeo:    https://youtu.be/xJmD_1kSa3I

Como Dyson descreveu, uma espaçonave seria despachada para um sistema binário compacto, onde realizaria uma manobra de assistência à gravidade. Isso consistiria na velocidade de aceleração da gravidade intensa do binário, adicionando o equivalente a duas vezes sua velocidade rotacional, e então é expulso do sistema.

Embora a perspectiva de aproveitar esse tipo de energia em prol da propulsão fosse altamente teórica no tempo de Dyson (e ainda é), Dyson ofereceu duas razões pelas quais "máquinas gravitacionais" mereciam ser exploradas:

"Primeiro, se a nossa espécie continua a expandir sua população e sua tecnologia a uma taxa exponencial pode chegar um tempo no futuro remoto onde a engenharia em escala astronômica pode ser viável e necessária. Segundo, se estamos procurando sinais de vida tecnologicamente avançada já existente em outras partes do Universo, é útil considerar que tipo de fenômeno observável uma tecnologia realmente avançada pode ser capaz de produzir ".

Em suma, vale a pena estudar as máquinas gravitacionais, caso elas se tornem possíveis algum dia, e porque esse estudo poderia nos permitir detectar possíveis inteligências extraterrestres (ETIs), detectando as identificações tecnológicas que tais máquinas criariam. Expandindo isso, Kipping considera como os buracos negros, especialmente aqueles encontrados em pares binários, podem constituir estilingues gravitacionais ainda mais poderosos.

Concepção do artista do horizonte de eventos de um buraco negro. Crédito: Victor de Schwanberg / Science Photo Library

Esta proposta é baseada em parte no sucesso recente do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO), que detectou múltiplos sinais de ondas gravitacionais desde 2016. De acordo com estimativas recentes baseadas nessas detecções, pode haver até 100 milhões de negros buracos apenas na galáxia Via Láctea.

Onde os binários ocorrem, eles possuem uma incrível quantidade de energia rotacional, que é o resultado de seu giro e a maneira como eles rapidamente orbitam um ao outro. Além disso, como Kipping, observa os buracos negros também podem atuar como um espelho gravitacional - onde os fótons direcionados para a borda do horizonte de eventos se curvarão e retornarão diretamente à fonte. Como Kipping, colocou:

"Então o buraco negro binário é realmente um par de espelhos gigantes circulando um ao outro a uma velocidade potencialmente alta. O halo drive explora isso tirando fótons do" espelho "quando o espelho se aproxima de você, os fótons se recuperam empurrando você, mas também roubar parte da energia do próprio binário do buraco negro (pense em como uma bola de pingue-pongue jogada contra uma parede móvel voltaria mais rápido). Usando essa configuração, pode-se colher a energia binária do buraco negro para propulsão.

Este método de propulsão oferece várias vantagens óbvias. Para começar, oferece aos usuários o potencial de viajar em velocidades relativísticas - https://phys.org/tags/relativistic+speeds/ sem a necessidade de combustível, que atualmente representa a maioria da massa de um veículo lançador. E há muitos, muitos buracos negros que existem em toda a Via Láctea, que poderiam atuar como uma rede para viagens espaciais relativistas.

Vídeo:    https://youtu.be/ENd8Sz0AFOk

Além disso, os cientistas já testemunharam o poder dos estilingues gravitacionais graças à descoberta de estrelas de alta velocidade. De acordo com a pesquisa do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA), essas estrelas são resultado de fusões galácticas e interação com buracos negros massivos, que os expulsa de suas galáxias a um décimo a um terço da velocidade da luz - em torno de 30.000 a 100.000 km / s (18.600 a 62.000 mps).

Mas, claro, o conceito vem com inúmeros desafios e mais do que algumas desvantagens. Além de construir naves espaciais que podem resistir ao horizonte de eventos de um buraco negro, uma enorme quantidade de precisão é necessária - caso contrário, a nave e a tripulação (se tiver um) podem ser separados na boca do buraco negro. Além disso, há simplesmente a questão de alcançar um:

"A coisa tem uma enorme desvantagem para nós, pois primeiro temos que chegar a um desses buracos negros. Eu costumo pensar nisso como um sistema de estradas interestelares - você tem que pagar um pedágio para seguir em frente." a estrada, mas uma vez que você está, você pode andar pela galáxia o quanto quiser sem gastar mais combustível".

O desafio de como a humanidade poderia chegar ao buraco negro adequado mais próximo será o tema do próximo artigo de Kipping, ele indicou. E enquanto uma ideia como esta é tão remota para nós como construir uma Esfera de Dyson ou usar buracos negros - https://phys.org/tags/black+holes/  para naves estelares, ela oferece algumas possibilidades bem excitantes para o futuro.

Em suma, o conceito de uma máquina gravitacional de buraco negro apresenta à humanidade um caminho plausível para se tornar uma espécie interestelar. Enquanto isso, o estudo do conceito fornecerá aos pesquisadores do SETI - https://www.seti.org/ - outra possível assinatura tecnológica. Então, até que chegue o dia em que poderemos tentar isso, poderemos ver se alguma outra espécie já fez isso funcionar.

 

Fonte: Phys.Org / 14 de março de 2019 por Matt Williamsmatt Williams, Universe Today

https://phys.org/news/2019-03-black-holes-conquer-space-halo.html

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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