L'idea di viaggiare in un altro sistema stellare è stato il sogno delle persone molto prima che i primi razzi e astronauti fossero inviati nello spazio. Ma nonostante tutti i progressi che abbiamo fatto dall'inizio dell'era spaziale, il viaggio interstellare rimane proprio questo:un sogno. Mentre sono stati proposti concetti teorici, le questioni di costo, il tempo di viaggio e il carburante rimangono altamente problematici.

Molte speranze attualmente dipendono dall'uso dell'energia diretta e delle vele di luce per spingere minuscole astronavi a velocità relativistiche. Ma cosa accadrebbe se ci fosse un modo per rendere i veicoli spaziali più grandi abbastanza veloci da condurre viaggi interstellari? Secondo il prof. David Kipping, il capo del laboratorio Cool Worlds della Columbia University, la futura navicella spaziale potrebbe fare affidamento su un'unità Halo Drive, che sfrutta la forza gravitazionale di un buco nero per raggiungere velocità incredibili.

Il Prof. Kipping ha descritto questo concetto in un recente studio apparso online (il preprint è disponibile anche sul sito Cool Worlds). Dentro, Kipping ha affrontato una delle più grandi sfide poste dall'esplorazione dello spazio, che è l'enorme quantità di tempo ed energia che ci vorrebbe per inviare un veicolo spaziale in missione per esplorare oltre il nostro sistema solare.

Kipping ha dichiarato a Universe Today via e-mail:"Il viaggio interstellare è una delle imprese tecniche più impegnative che possiamo concepire. Mentre possiamo immaginare la deriva tra le stelle per milioni di anni - che è legittimamente un viaggio interstellare - per realizzare viaggi su scale temporali di secoli o meno richiede una propulsione relativistica."

Come ha detto Kipping, la propulsione relativistica (o l'accelerazione a una frazione della velocità della luce) è molto costosa in termini di energia. I veicoli spaziali esistenti semplicemente non hanno la capacità di carburante per raggiungere quel tipo di velocità, e a corto di bombe nucleari esplosive per generare una spinta à la Project Orion, o costruire una fusione ramjet à la Project Daedalus, non ci sono molte opzioni disponibili.

Negli ultimi anni, l'attenzione si è spostata verso l'idea di utilizzare vele di luce e nanoveicoli per condurre missioni interstellari. Un esempio ben noto è Breakthrough Starshot, un'iniziativa che mira a inviare una navicella spaziale delle dimensioni di uno smartphone ad Alpha Centauri entro la nostra vita. Utilizzando un potente array laser, la vela verrebbe accelerata a velocità fino al 20 percento della velocità della luce, compiendo così il viaggio in 20 anni.

"Ma anche qui, stai parlando di diverse terre-joule di energia per la navicella spaziale più minimalista (una grammo di massa) concepibile, " ha detto Kipping. "Questa è la produzione di energia cumulativa delle centrali nucleari in funzione per settimane... quindi è per questo che è difficile."

A questa, Kipping suggerisce una versione modificata della "Fionda Dyson, "un'idea proposta dal venerato fisico teorico Freeman Dyson, il teorico dietro la Sfera di Dyson. Nel libro del 1963 Comunicazioni interstellari (Capitolo 12:"Macchine gravitazionali"), Dyson ha descritto come la navicella spaziale potrebbe fiondarsi attorno a stelle binarie compatte per ricevere un significativo aumento della velocità.

Come ha descritto Dyson, una nave sarebbe stata inviata a un sistema binario compatto dove avrebbe eseguito una manovra assistita dalla gravità. Questo consisterebbe nell'astronave che prende velocità dall'intensa gravità del binario, aggiungendo l'equivalente del doppio della loro velocità di rotazione alla propria, e viene quindi espulso dal sistema.

Mentre la prospettiva di sfruttare questo tipo di energia per il bene della propulsione era altamente teorica ai tempi di Dyson (e lo è tuttora), Dyson ha offerto due ragioni per cui valeva la pena esplorare le "macchine gravitazionali":

"Primo, se la nostra specie continua ad espandere la sua popolazione e la sua tecnologia a un ritmo esponenziale, potrebbe arrivare un momento in un remoto futuro in cui l'ingegneria su scala astronomica potrebbe essere sia fattibile che necessaria. Secondo, se stiamo cercando segni di vita tecnologicamente avanzata già esistenti altrove nell'universo, è utile considerare che tipo di fenomeni osservabili una tecnologia davvero avanzata potrebbe essere in grado di produrre."

In breve, vale la pena studiare le macchine gravitazionali nel caso diventino possibili un giorno, e perché questo studio potrebbe permetterci di individuare possibili intelligenze extraterrestri (ETI) rilevando le tecnofirme che tali macchine creerebbero. Espandendosi su questo, Kipping considera come i buchi neri, specialmente quelli che si trovano nelle coppie binarie, potrebbero costituire fionde gravitazionali ancora più potenti.

Questa proposta si basa in parte sul recente successo del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che ha rilevato più segnali di onde gravitazionali dal 2016. Secondo recenti stime basate su questi rilevamenti, potrebbero esserci fino a 100 milioni di buchi neri nella sola galassia della Via Lattea.

Dove si verificano i binari, possiedono un'incredibile quantità di energia rotazionale, che è il risultato della loro rotazione e del modo in cui orbitano rapidamente l'uno sull'altro. Inoltre, come note di Kipping, i buchi neri possono anche fungere da specchio gravitazionale, dove i fotoni diretti al bordo dell'orizzonte degli eventi si piegheranno e torneranno direttamente alla fonte. Come ha detto Kipping:

"Quindi il buco nero binario è in realtà un paio di specchi giganti che girano l'uno intorno all'altro a velocità potenzialmente elevata. Il motore dell'alone lo sfrutta facendo rimbalzare i fotoni sullo "specchio" mentre lo specchio si avvicina a te, i fotoni rimbalzano, spingendoti avanti, ma anche rubare parte dell'energia dal binario del buco nero stesso (pensa a come una pallina da ping pong lanciata contro un muro in movimento torni indietro più velocemente). Usando questa configurazione, si può raccogliere l'energia binaria del buco nero per la propulsione".

Questo metodo di propulsione offre diversi vantaggi evidenti. Per i principianti, offre agli utenti la possibilità di viaggiare a velocità relativistiche senza bisogno di carburante, che attualmente rappresenta la maggior parte della massa di un veicolo di lancio. E ce ne sono molti, molti buchi neri che esistono in tutta la Via Lattea, che potrebbe fungere da rete per i viaggi spaziali relativistici.

Cosa c'è di più, gli scienziati hanno già assistito alla potenza delle fionde gravitazionali grazie alla scoperta delle stelle iperveloci. Secondo una ricerca dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), queste stelle sono il risultato di fusioni galattiche e interazioni con enormi buchi neri, che li cacciano fuori dalle loro galassie da un decimo a un terzo della velocità della luce - circa 30, da 000 a 100, 000 km/s (18, da 600 a 62, 000 mp).

Ma certo, il concetto presenta innumerevoli sfide e più di alcuni svantaggi. Oltre a costruire veicoli spaziali in grado di sopportare di essere lanciati intorno all'orizzonte degli eventi di un buco nero, è necessaria un'enorme quantità di precisione, altrimenti la nave e l'equipaggio (se ne ha uno) potrebbero essere fatti a pezzi nelle fauci del buco nero. Inoltre, c'è semplicemente la questione di raggiungerne uno:

"[L]a cosa ha un enorme svantaggio per noi in quanto dobbiamo prima raggiungere uno di questi buchi neri. Tendo a pensarlo come un sistema di autostrade interstellari:devi pagare un pedaggio una tantum per salire l'autostrada, ma una volta che sei su, puoi attraversare la galassia quanto vuoi senza spendere altro carburante."

La sfida di come l'umanità potrebbe fare per raggiungere il buco nero adatto più vicino sarà l'argomento del prossimo articolo di Kipping, ha indicato. E mentre un'idea come questa è remota per noi come costruire una Sfera di Dyson o usare buchi neri per alimentare astronavi, offre alcune possibilità piuttosto eccitanti per il futuro.

In breve, il concetto di una macchina gravitazionale a buco nero presenta all'umanità un percorso plausibile per diventare una specie interstellare. Intanto, lo studio del concetto fornirà ai ricercatori SETI un'altra possibile tecnofirma da cercare. Quindi fino al giorno in cui potremmo tentare questo noi stessi, potremo vedere se qualche altra specie l'ha già fatto funzionare.