Quando si tratta delle sfide poste dai viaggi interstellari, Non ci sono risposte semplici. Le distanze sono immense, la quantità di energia necessaria per compiere il viaggio è tremenda, e le scale temporali coinvolte sono (nessun gioco di parole!) astronomiche. Ma cosa accadrebbe se ci fosse un modo per viaggiare tra le stelle usando navi che sfruttano i fenomeni naturali per raggiungere velocità relativistiche (una frazione della velocità della luce)?

Già, gli scienziati hanno identificato situazioni in cui gli oggetti nell'universo sono in grado di farlo, comprese le stelle iperveloci e le meteore accelerate dalle esplosioni di supernova. Approfondendo ulteriormente questo aspetto, I professori di Harvard Manasvi Lingam e Abraham Loeb hanno recentemente esplorato come i veicoli spaziali interstellari potrebbero sfruttare le onde prodotte dall'esplosione di una supernova nello stesso modo in cui i velieri sfruttano il vento.

Lo studio che dettaglia la loro ricerca, "Propulsione di veicoli spaziali a velocità relativistiche utilizzando fonti astrofisiche naturali, " recentemente apparso online ed è stato anche oggetto di un articolo su Scientifico americano . Come spiegano nel loro studio, è possibile che una civiltà sufficientemente avanzata possa utilizzare le esplosioni di energia rilasciate dalle supernovae per accelerare i veicoli spaziali a velocità relativistiche.

Questi veicoli spaziali sarebbero in grado di sfruttare la forza esplosiva usando una vela leggera (AKA una vela solare) o una vela magnetica, due concetti di propulsione che sono stati a lungo esplorati dagli astrofisici. Questi concetti si basano sulla radiazione elettromagnetica generata dal sole per creare pressione contro una vela altamente riflettente, generando così propulsione in un modo che non richiede motori o propellente.

Poiché il propellente è uno dei contributori più significativi alla massa complessiva di un veicolo spaziale, i concetti di vela leggera/vela magnetica hanno il vantaggio di essere molto più leggeri dei veicoli spaziali convenzionali e, quindi, molto più economico da lanciare nello spazio. Un'altra possibilità è fare affidamento sull'energia diretta (laser) per accelerare questo tipo di astronave, permettendogli di raggiungere velocità molto superiori a quelle che sarebbero possibili con la sola radiazione solare.

Prof. Loeb, che oltre ad essere il Frank D. Baird Jr. Professor of Science all'Università di Harvard, è anche il presidente del comitato consultivo di Breakthrough Starshot. Come parte dell'organizzazione no profit Breakthrough Initiatives, Starshot sta attualmente lavorando alla creazione di una vela leggera che sarebbe accelerata dai laser a una velocità del 20% della velocità della luce, consentendole di compiere il viaggio verso Alpha Centauri in soli 20 anni.

Come Loeb ha detto a Universe Today via e-mail, è stato mentre contemplava come un simile veicolo spaziale potesse essere accelerato naturalmente che gli è venuta in mente l'idea di usare la supernova:

"Nel dicembre 2019, mia moglie e le mie due figlie erano in viaggio e io ho avuto il lusso di stare a casa da solo per una settimana e pensare alla scienza. Mentre fai la doccia, Ho pensato a come il sole non sia efficace nel lanciare vele leggere ad alta velocità, ma potrebbe essere una fonte di luce più brillante. Ho seguito questo pensiero con calcoli dettagliati sulle supernovae, che sono miliardi di volte più luminose del sole per una settimana, e si rese conto che le vele luminose con parametri esistenti possono raggiungere la velocità della luce se vengono posizionate strategicamente in anticipo attorno alla stella massiccia che sta per esplodere".

Originariamente, Loeb ha spiegato questa idea in un articolo apparso su Scientifico americano il 6 febbraio, 2020, intitolato "Surfing a Supernova". L'articolo originale è disponibile anche sul sito web dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Come ha sostenuto lì, una supernova sarebbe in grado di accelerare una vela leggera che pesa "meno di mezzo grammo per metro quadrato a velocità relativistiche, "Anche se fosse a milioni di chilometri di distanza.

In poche parole, l'energia e la luminosità generate da una supernova sono equivalenti a quanto produrrebbe un miliardo di soli in un mese medio. Considerando che il vento solare sarebbe solo in grado di spingere una vela leggera fino a un millesimo della velocità della luce (0,01% o 0,001 c), una supernova potrebbe facilmente accelerare una vela a un decimo della velocità della luce (0,1 c).

"Mio collaboratore, Manasvi Lingam, ha visto il mio commento e ha suggerito di scrivere un articolo scientifico completo sull'argomento esplorando la fattibilità di lanciare vele leggere alla velocità della luce attorno ad altre fonti luminose, anche, come buchi neri o pulsar, " ha detto Loeb. "Ho condiviso i miei appunti con lui e hanno seminato il nostro documento collaborativo".

Per verificare questa ipotesi, Lingam e Loeb considerarono come una vela leggera potesse essere accelerata dall'esplosione di un certo numero di oggetti astrofisici. Questo includeva stelle massicce, microquasar, supernovae, nebulose pulsarwind, e nuclei galattici attivi. Come Lingam, chi era l'autore principale del documento risultante, spiegato a Universe Today via e-mail:

"Abbiamo sviluppato modelli matematici per determinare la velocità massima raggiungibile dalle vele leggere e dalle vele elettriche. Le velocità massime variavano a seconda del sistema di propulsione utilizzato, così come gli oggetti astrofisici in considerazione."

Per chi ha i mezzi, i vantaggi di questo approccio sono evidenti. Rispetto alle vele leggere convenzionali e alle vele magnetiche, una vela che sfrutta la spinta fornita da una stella che esplode sarebbe in grado di raggiungere velocità relativistiche senza la necessità di costose infrastrutture (es. una grande schiera di laser).

Certo, anche gli svantaggi di un tale metodo sono evidenti. Per i principianti, c'è il problema dei tempi. Non solo le supernovae sono un evento raro; gli scienziati non sono in grado di prevederli con precisione con qualcosa di diverso da un ampio margine di errore, spesso milioni di anni. Chiunque sperasse di trarre vantaggio dall'esplosione delle stelle dovrebbe essere in grado di fare stime più accurate ed essere disposto ad aspettare molto tempo.

Ma come Lingam e Loeb hanno esplorato, gli svantaggi vanno oltre questo per includere i particolari pericoli creati dalle supernove. Come ha indicato Loeb:

"Le sfide principali sono l'attrito con il gas ambientale, che può essere denso in prossimità di una stella massiccia a causa della perdita di massa da parte dei venti. Si può vincere la sfida piegando la vela durante il viaggio, tranne durante il periodo di lancio, quando l'apertura della vela può essere innescata dal lampo di luce della supernova".

Oltre a ciò, ci sono sfide ingegneristiche e di progettazione che dovrebbero essere affrontate in anticipo. Primo, le vele devono essere realizzate in materiale altamente riflettente per evitare di assorbire troppo calore e bruciarsi. Secondo, dovrebbero anche essere posizionati in una configurazione piegata fino a quando la stella esplode per evitare che vengano spinti via dal loro punto di lancio dalla radiazione solare.

Finalmente, il percorso di accelerazione della vela deve essere accuratamente selezionato in anticipo per evitare eventuali ostacoli e ridurre al minimo il rischio di collisione con oggetti di grandi dimensioni (come asteroidi). Infine, la vela stessa deve avere un qualche tipo di schermatura o configurazione per proteggerla da gas e particelle solide nello spazio interstellare. Dato che la vela viaggerà a una velocità incredibilmente elevata, anche le particelle più piccole rappresenterebbero un estremo rischio di collisione.

Come ha spiegato Lingam, i loro risultati mostrano che queste sfide sono superabili:

"Ci sono molte sfide come la stabilizzazione della vela, mantenendo un'elevata riflettanza e prevenendo il riscaldamento, ed evitare danni durante il viaggio nell'ambiente sorgente e nel mezzo interstellare. La maggior parte di questi problemi può essere superata, almeno in linea di principio, utilizzando vele elettriche invece di vele leggere. In alternativa, se uno decide di restare con vele leggere, poi si dovrà piegare la vela durante alcune tappe del viaggio, scegli un'architettura a vela insolita, e fare affidamento su strutture nanofotoniche per migliorare la stabilità".

In breve, i loro risultati mostrano che una specie sufficientemente avanzata sarebbe in grado di posizionare vele leggere/vele magnetiche attorno a stelle morenti in modo che possano essere accelerate una volta che la stella esplode. Queste vele potrebbero servire come navi da messaggero, dimostrando l'esistenza di civiltà avanzate viaggiando in sistemi stellari abitati.

Nel rispetto, la fattibilità di questo concetto interstellare potrebbe avere implicazioni nella ricerca in corso di intelligenza extraterrestre (SETI). Come Loeb e colleghi hanno sostenuto in studi precedenti, la possibilità di propulsione ad energia diretta significa che lampi erranti di attività laser potrebbero essere interpretati come un segno di attività tecnologica (AKA tecnofirme).

"Questo paradigma concettuale riecheggia lo spirito delle sfere Dyson, le megastrutture ipotizzate da Freeman Dyson per raccogliere l'energia di stelle che difficilmente esploderanno, " disse Loeb. "Se siamo fortunati ad avere molte civiltà tecnologiche nella nostra galassia, potrebbero esserci sciami di vele leggere attorno a stelle massicce, aspettando pazientemente le loro esplosioni."

"Nella ricerca di tecnofirme, il nostro lavoro suggerisce che si potrebbe cercare segnali radio nelle vicinanze di sorgenti astrofisiche ad alta energia come supernovae e quasar, eccetera, " aggiunse Lingam. "Certo, la probabilità di successo dipende interamente dall'esistenza di specie di tali tecnologie avanzate:questa è una domanda a cui non abbiamo ancora alcuna risposta".

Per ora, sembra che il paradosso di Fermi durerà ancora per un po'. Ma con più cose a cui prestare attenzione, e con i telescopi di nuova generazione che saranno presto online, siamo ben attrezzati per trovare prove di intelligenza extraterrestre (se ce ne sono da trovare).