Un impulsor de halo podría acelerar naves espaciales interestelares a una velocidad cercana a la de la luz

Rayos X: NASA/CXC/Universidad de Amsterdam/N.Rea et al; Óptica: DSS

Allá por 2016, el físico Stephen Hawking y el multimillonario Yuri Milner dieron a conocer un plan para viajar a las estrellas. El llamado proyecto Breakthrough Starshot es un programa de $100 millones para desarrollar y demostrar las tecnologías necesarias para visitar un sistema estelar cercano. Los objetivos potenciales incluyen Proxima Centauri, un sistema a unos cuatro años luz de distancia con varios exoplanetas, incluido un cuerpo similar a la Tierra que orbita en la zona habitable.

El plan de Hawking y Milner era construir miles de diminutas naves espaciales del tamaño de microchips y usar la luz para acelerarlas a una velocidad relativista, una tan cercana a la velocidad de la luz. El gran número aumenta las posibilidades de que al menos uno llegue a salvo. Cada chip de estrella se uniría a una vela ligera del tamaño de una cancha de bádminton y luego se dispararía con láseres terrestres muy poderosos.

La propulsión láser tiene varias ventajas. El más significativo es que la nave espacial no necesita llevar combustible, lo que reduce enormemente su masa. También debería ser capaz de acelerar las velas ligeras a una velocidad de hasta un 20% de la velocidad de la luz. A ese ritmo, un chip estelar llegaría a Próxima Centauri en menos de 30 años.

Los láseres fantásticamente poderosos necesarios para tal misión serán particularmente difíciles y costosos de desarrollar. Y eso plantea una pregunta obvia: ¿hay alguna otra forma de alcanzar velocidades relativistas?

Hoy recibimos una especie de respuesta gracias al trabajo de David Kipping, astrónomo de la Universidad de Columbia en Nueva York. Kipping ha ideado una forma novedosa de tirachinas gravitacional, la misma técnica que la NASA ha utilizado, por ejemplo, para enviar la nave espacial Galileo a Júpiter. La idea es acelerar una nave espacial enviándola rozando un objeto masivo como un planeta. De esta manera, la nave espacial roba algo de velocidad al movimiento del planeta, impulsándolo en su viaje.

Las hondas gravitacionales funcionan mejor alrededor de cuerpos enormemente masivos. En la década de 1960, el físico Freeman Dyson calculó que un agujero negro podría acelerar una nave espacial a velocidades relativistas. Pero es probable que las fuerzas sobre la nave espacial a medida que se acerca a un objeto así lo destruyan.

Así que Kipping ha ideado una alternativa inteligente. Su idea es enviar fotones alrededor de un agujero negro y luego usar la energía adicional que obtienen para acelerar una vela ligera. La energía cinética del agujero negro se transfiere al haz de luz como un desplazamiento hacia el azul y, al regresar, los fotones reciclados no solo aceleran, sino que también agregan energía a la nave espacial, dice Kipping.

El proceso depende del campo gravitacional enormemente poderoso alrededor de un agujero negro. Debido a que los fotones tienen una masa en reposo pequeña pero medible, este campo puede atrapar la luz en una órbita circular.

El trabajo de Kipping se basa en una órbita ligeramente diferente que dirige un fotón emitido por una nave espacial alrededor del agujero negro y de regreso a la nave espacial, una especie de órbita de boomerang. Durante este viaje, los fotones del boomerang obtienen energía cinética del movimiento del agujero negro.

Es esta energía la que puede acelerar una nave espacial equipada con una vela ligera apropiada. Kipping llama a esto un impulso de halo. El impulso de halo transfiere energía cinética del agujero negro en movimiento a la nave espacial por medio de una asistencia gravitatoria, dice Kipping, señalando que la nave espacial no utiliza ningún combustible propio en el proceso.

Dado que el impulso de halo explota el movimiento de un agujero negro, se aplica mejor a los sistemas binarios en los que un agujero negro orbita alrededor de otro objeto. Luego, los fotones obtienen energía del movimiento del agujero negro en los puntos apropiados de su órbita.

Y la unidad debería funcionar para cualquier masa que sea significativamente más pequeña que el agujero negro. Kipping dice que esto podría permitir vehículos del tamaño de un planeta. Entonces, una civilización lo suficientemente avanzada podría viajar a velocidades relativistas de una parte de la galaxia a otra saltando de un sistema binario de agujeros negros a otro. Una civilización avanzada podría utilizar el concepto de vela ligera para llevar a cabo una propulsión relativista y extremadamente eficiente, dice.

El mismo mecanismo también puede desacelerar naves espaciales. Entonces, esta civilización avanzada probablemente buscaría pares de sistemas binarios de agujeros negros para actuar como aceleradores y desaceleradores.

La Vía Láctea contiene alrededor de 10 mil millones de sistemas binarios de agujeros negros. Pero Kipping señala que es probable que solo haya un número limitado de trayectorias que las unan, por lo que es probable que estas autopistas interestelares sean regiones valiosas.

Por supuesto, la tecnología para explotar este concepto está mucho más allá de la capacidad de la humanidad en este momento. Pero los astrónomos deberían poder determinar dónde se encuentran las mejores autopistas interestelares y luego buscar las firmas tecnológicas de las civilizaciones que podrían estar explotándolas.

Todo eso suena muy divertido, y los críticos podrían argumentar que es poco más que forraje para los fanáticos de la ciencia ficción. Quizás.

Pero el concepto de chip de estrella se ha discutido durante décadas, generalmente al margen de la ciencia. A raíz del anuncio de Hawking y Milner, el proyecto de repente ha cobrado fuerza. De hecho, las primeras tecnologías de chips estelares ya se han probado en órbita terrestre baja y la primera misión está prevista para alrededor de 2036, a un costo de $ 5 a $ 10 mil millones.

Ese es un objetivo ambicioso, pero incluso teniendo en cuenta varios retrasos, es probable que el viaje interestelar sea posible dentro de los cien años posteriores a las primeras incursiones de la humanidad en el espacio. Eso es un progreso rápido. Y sugiere que cualquier civilización con incluso una pequeña ventaja sobre nosotros podría haber hecho avances significativamente mayores.

Ref: arxiv.org/abs/1903.03423 : The Halo Drive: propulsión relativista sin combustible de grandes masas a través de fotones Boomerang reciclados

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