Las naves espaciales que viajan cerca de la velocidad de la luz deberían ser visibles con la tecnología actual, dicen los ingenieros

El viaje interestelar puede ser material de ciencia ficción, pero es sencillo calcular que debería ser posible dada la capacidad de viajar a una fracción significativa de la velocidad de la luz. Este tipo de velocidades pueden incluso lograrse con tecnologías de futuro cercano y el dinero de los impuestos para que funcionen.

Hay desafíos importantes, por supuesto. Y hoy, Ulvi Yurtsever y Steven Wilkinson del contratista de defensa Raytheon en El Segundo, California, describen otro que parece haber sido pasado por alto hasta ahora.

Estos chicos señalan que cualquier objeto que viaje a velocidades relativistas interactuará con fotones en el fondo cósmico de microondas. Esta interacción debería crear una resistencia que imponga límites específicos sobre la velocidad a la que pueden viajar las naves espaciales, dicen.

Pero también debería producir una firma única de vuelo espacial relativista que debería ser visible con la tecnología actual en caso de que algún vehículo de este tipo pase por nuestro vecindario galáctico.

El fondo cósmico de microondas es el eco del Big Bang. Esta es la luz sobrante de los primeros momentos de la creación que se ha estirado a medida que se expandía el universo. Entonces, aunque comenzó como una energía mucho más alta y una radiación de longitud de onda más corta, ahora se encuentra en la región de las microondas.

Esta radiación llena el universo. Cada centímetro cúbico del cosmos contiene más de 400 fotones cósmicos de microondas, por lo que una nave espacial que cruza el espacio interestelar chocaría con miles de miles de millones de ellos cada segundo.

Estas colisiones se pueden considerar a nivel microscópico como cada fotón golpeando un núcleo a alta energía. Los físicos de partículas saben muy bien que si la energía en estas colisiones es lo suficientemente alta, deberían crear pares de electrones y positrones.

Yurtsever y Wilkinson señalan que en el marco de reposo de la nave espacial que viaja cerca de la velocidad de la luz, estos fotones aparecerán como rayos gamma de alta energía. Si estos rayos gamma tienen una energía mayor que la masa en reposo de un electrón y un positrón, entonces la colisión creará un par electrón-positrón.

Continúan demostrando que este proceso disipará enormes cantidades de energía. La creación de cada par electrón-positrón disipa 1,6 x 10^(-13) julios. Suponiendo un área transversal efectiva de, digamos, 100 metros cuadrados, el efecto disipativo es de aproximadamente 2 millones de julios por segundo, dicen Yurtsever y Wilkinson.

En el marco de reposo de la nave espacial, la disipación es aún mayor debido a la dilatación del tiempo. Los segundos efectivamente duran más cuando se viaja a alta velocidad, por lo que la disipación de energía es significativamente mayor, del orden de 10^14 julios por segundo.

Eso es un lastre significativo para que los motores de la nave espacial lo superen, solo para mantenerlo a una velocidad constante, dicen Yurtsever y Wilkinson. Argumentan que esta es una buena razón para mantener la velocidad de la nave espacial por debajo del umbral para la creación de pares electrón-positrón y, por lo tanto, reducir la resistencia a un nivel insignificante de solo unos pocos julios por segundo. Este umbral se produce cuando la nave espacial alcanza una velocidad de 1 – 3,3 x10^-(17) de la velocidad de la luz.

El movimiento de una nave espacial relativista tendrá otro efecto. Debería dispersar el fondo cósmico de microondas de una manera que produzca una firma única. A medida que una nave espacial bariónica viaja a velocidades relativistas, interactuará con el CMB a través de la dispersión para causar un cambio de frecuencia que podría detectarse en la Tierra con la tecnología actual, dicen Yurtsever y Wilkinson.

Continúan calculando las propiedades de esta firma. Dicen que la dispersión debería generar radiación en las regiones de terahercios e infrarrojos del espectro y que esta señal debería moverse en relación con el fondo. Las características sobresalientes de la señal son una rápida caída de la temperatura acompañada de un rápido aumento de la intensidad, junto con el movimiento de la fuente con respecto a un marco de referencia fijado en cuásares distantes, que debería ser observable, dicen Yurtsever y Wilkinson.

En otras palabras, si las naves espaciales relativistas se deslizan por el espacio interestelar, este tipo de firma debería ser visible utilizando la generación actual de observatorios astrofísicos.

Es un trabajo interesante que lleva el análisis del viaje espacial relativista a un nuevo nivel. Otros investigadores han explorado la posibilidad de observar naves espaciales relativistas utilizando las emisiones ópticas que deben generar sus motores. Pero Yurtsever y Wilkinson van más allá.

Por supuesto, hacen una serie de suposiciones, una de las cuales es que el viaje espacial relativista es posible. De hecho, si alguna civilización avanzada hiciera este tipo de salto al cosmos, es probable que la interacción con los fotones cósmicos sea el menor de sus problemas, ya que una colisión con la materia sería mucho más dañina.

Yurtsever y Wilkinson proporcionan algunos números para poner esto en contexto. Para una nave espacial que viaja cerca de la velocidad de la luz, el impacto con un solo grano de polvo cósmico con una masa de 10^-(14) gramos tendría una energía de impacto cercana a los 10.000 megajulios.

El espacio intergaláctico está relativamente libre de escombros, pero aun así, cualquier nave espacial relativista necesitaría una forma de despejar su camino.

Alimento para el pensamiento de los cosmonautas potenciales.

Ref: arxiv.org/abs/1503.05845 : Límites y firmas del vuelo espacial relativista

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