CAF-Elhuyar 2019: Buscant les esferes de Dyson

Iñigo González de Arrieta Martínez

Fisika Aplikatuan doktoregaia

EHU

Iker González Cubiella

Fisikako ikaslea

EHU

Estem solos en l'univers? Probablement aquesta és una de les majors preocupacions de la humanitat al llarg dels segles. De fet, aquesta pregunta té una importància filosòfica i científica enorme, i els avanços tecnològics que ha suposat aquesta pregunta també són espectaculars. Des de la dècada dels 70, el projecte estatunidenc SETI ha buscat sense èxit comunicacions intergalácticas. Llavors sorgeixen altres preguntes: estem buscant bé? Sabem què busquem? Què busquem?

Se sap que tenint en compte la infinitat de l'univers, almenys la probabilitat que hi hagi vida en un planeta és molt alta. L'astrònom Frank Drake va posar aquesta reflexió a manera d'equació, en la qual es pot estimar la probabilitat de vida extraterrestre a partir de set paràmetres: taxa de generació d'estrelles, fracció d'estrelles amb planeta, probabilitat de generació de vida, etc. Aquesta equació, coneguda com a equació de Drake, s'ha convertit en un concepte influent en el camp de l'astrobiologia i problemàtic 1.

No obstant això, aquesta certesa probabilística contrasta amb la falta de proves de la vida alienígena. Aquesta contradicció es coneix com a paradoxa de Fermi i té diverses solucions. Destaquen dos corrents de pensament: uns diuen que la probabilitat estimada que hi hagi una vida intel·ligent és exagerada i uns altres afirmen que trobar aquesta vida és qüestió de temps i tecnologia. Actualment, una de les hipòtesis més acceptades és la proposta per Haq-Misra i Baume. Segons ells, l'esgotament dels recursos naturals marcaria fronteres en el desenvolupament de la civilització, la qual cosa dificultaria la seva detecció.

No obstant això, si acceptem l'existència de civilitzacions desenvolupades, com les podem trobar? Com saber si anem en la direcció correcta?

Buscant senyals

Figura . Radiotelescopi Arecibo. Ed. NAIC

En 1959, Cocconi i Morrison van publicar en la revista Nature un article en el qual s'indicava que el mitjà intergaláctico més probable podria estar al voltant de la freqüència d'emissió natural de l'hidrogen neutro3. Aquesta radiofreqüència, denominada línia de 21 centímetres per la seva longitud d'ona, té una gran importància en astronomia per l'abundància d'hidrogen existent en l'univers. Els instruments capaços de detectar aquesta freqüència permeten elaborar un mapa d'hidrogen de l'univers (i per tant de masses). Segons els autors, si una civilització és capaç d'explorar el cosmos, disposarà d'eines per a treballar en aquesta freqüència. És evident, per desgràcia, que encara no hem trobat res, a pesar que s'han inventat cada vegada més grans radiotelescopis (per exemple, el telescopi Arecibo de Puerto Rico, en la figura 1). Potser si existís una civilització plenament desenvolupada, la pregunta més adequada seria: què caldria buscar?

Figura . Un dels possibles dissenys de l'esfera de Dyson, format per una superfície compacta. Ed. Lucien leGrey / CC-BY-SA

Per a respondre a la pregunta que acabem de citar, en primer lloc, hem d'establir un criteri sobre el grau de desenvolupament tecnològic d'una civilització, en el qual en 1964 es va proposar l'escala de Kardasheven. En aquesta escala es distingeixen tres tipus de civilitzacions, I, II i III, en funció de la seva capacitat energètica. Com més gran sigui la seva capacitat energètica major serà la colonització de l'espai. En general, la civilització tipus I ha aconseguit dominar els recursos del seu planeta; la classe II, del seu sistema solar, i la classe III, de la galàxia sencera. Encara que les civilitzacions del tipus III semblen de ciència-ficció, no hi ha cap raó física que impedeixi dominar els recursos de tot el sistema solar, per exemple, aprofitant la mineria interplanetària o aprofitant tota l'energia solar.

Figura . Una altra proposta de les esferes de Dyson, envoltada de nombrosos satèl·lits que orbiten l'estrella. Ed. Vedexent/CC-BY-SA

Una manera d'aprofitar tota l'energia d'una estrella és cobrir-la amb les radiacions solars col·lectores. Aquest mètode es coneix com a esfera de Dyson i va ser proposat pel físic Freeman Dyson. Existeixen diverses propostes per a dur a terme aquest tipus de sistemes, com per exemple les de les figures 2 i 3.

El primer disseny és una superfície compacta (figura 2). Aquest era el disseny original proposat per Dyson: un ecosistema de superfície, ple de vida, de dos o tres metres de gruix. Dyson va estimar que tota la massa de Júpiter hauria de ser utilitzada per a realitzar aquest tipus de megaestructura, per la qual cosa no s'accepta totalment aquesta proposta. Les propostes més acceptades en l'actualitat són les esferes més parcials (com la de la Figura 3): és un sistema coordinat de satèl·lits en el qual cada col·lector de radiació orbita l'estrella sense dependència. Aquest tipus d'esferes no absorbeixen altres radiacions compactes, però es poden fer molt més fàcilment i amb menys recursos. La forma de l'esfera és important, ja que cada tipus es veurà de manera diferent. Però, com seran aquestes esferes?

Com trobar les esferes de Dyson?

Encara que la teoria sembli visionària, la hipòtesi de l'esfera de Dyson és més freqüent del que sembla entre els astrofísics. La raó principal és que pot predir paràmetres físics ben definits i que es poden buscar en un estat sistemàtic. A més, aquesta hipòtesi té un altre avantatge respecte al projecte SETI: no diu que els alienígenes tinguin intenció de comunicar-se.

Llavors, quines són les característiques a buscar? En primer lloc, una esfera de Dyson no destruiria l'efecte gravitatori de l'estrella que conté, i continuaria exercint influència gravitatòria sobre les masses que l'envolten. D'altra banda, cobriria la radiació visible de l'estrella, convertint-se en un cos massiu i gairebé invisible. Les esferes compactes o compostes tindrien diferent força de cobriment de l'estrella, per la qual cosa es veuria clarament el tipus d'esfera. Finalment, i potser la característica més important, reexpediria l'energia rebuda de l'estrella en el tram de l'infraroig. De fet, la temperatura de l'esfera serà molt de menor que la de l'estrella (és a dir, igual que la temperatura de la Terra) i els cossos freds emeten radiació infraroja, no llum visible.

Figura . (A) Un planeta cobreix poc la llum de la seva estrella. (B) L'esfera de Dyson cobreix la llum visible de l'estrella però emet llum infraroja. Ed. Iñigo González d'Arrieta i Iker González.

Aquesta última propietat és la forma més senzilla de buscar les esferes de Dyson, ja que és fàcil de mesurar i en l'univers no hi ha moltes fonts massives amb aquesta temperatura (la majoria són més calentes i més fredes). Dyson va indicar que la cerca havia de dirigir-se cap a estrelles binàries, però amb bessons invisibles. La prova més consistent per a comprovar la hipòtesi seria que els bessons emetessin radiació infraroja.

S'han realitzat nombroses cerques d'esferes de Dyson utilitzant les dades dels telescopis que treballen en infrarojos (principalment de la base de dades IRES)6. Les primeres recerques van trobar diversos candidats, però les revisions afirmen que la majoria eren falsos positius i només hi ha uns pocs candidats reals. No obstant això, cal tenir en compte que la majoria de les recerques han comprovat només una petita part del cel i que els investigadors encara no han perdut l'esperança.

I si ja ho hem trobat?

La cooperació internacional Planet Hunters, basada en l'anàlisi de dades astronòmiques de la població, va donar a conèixer en 2015 una estrella poc clara: KIC 8462852 estrella7. Les dades de lluminositat d'aquesta estrella, obtinguts a través del telescopi Kepler, mostraven l'existència d'un objecte massiu que cobria la llum de l'estrella.

Figura . Fluctuacions lluminoses irregulars de l'estrella de Tabby. Ed. Iñigo González d'Arrieta i Iker González (Font: Dades públiques del telescopi Kepler).

De moment no és possible explicar aquest fenomen, però l'estrella ha adquirit una fama immensa, tant en experts com en Internet (conegut com Tabby’s star en honor a la persona que ho va trobar). S'han proposat algunes teories per a explicar aquest fenomen, però encara ningú ha aconseguit explicar-lo completament. Per això, la hipòtesi de l'esfera de Dyson està emergint. No obstant això, les últimes observacions realitzades en l'infraroig encara no presenten cap font de radiació en les proximitats de l'estrella8.

Independentment del resultat final de les seves recerques sobre el KIC 8462852, la hipòtesi de l'esfera de Dyson mereix un lloc en la història de l'astronomia, gràcies a aquesta mescla de fantasia i dades empíriques, per la seva influència en la imaginació dels científics. Segurament la societat mai deixarà de buscar aquesta megaestructura alienígena.

Referències

[1] M.A. Burchell, W(h)ither the Drake equation?, International Journal of Astrobiology 5 (2006) 243-250.

[2] J. Haq-Misra i S. Baum, The Sustainability Solution to the Fermi Paradox, Journal of the British Interplanetary Society 62 (2009) 47-51.

[3] G. Cocconi i P. Morrison, Searching for Interstellar Communications, Nature 184 (1959) 844–846.

[4] N. Kardashev, Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations, Soviet Astronomy 8 (1964) 217.

[5] F.J. Dyson, Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation, Science 131 (1960) 1667-1668.

[6] R.A. Carrigan, Ires-based whole-sky upper limit on Dyson spheres, Astrophysical Journal, 698 (2009), 2075-2086.

[7] T. S. Boyajian, et al., Planet Hunters IX. KIC 8462852 – where’s the flux?, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 457 (2016) 3988–4004.

[8] M. Marengo, et al., KIC 8462852: The Infrared Flux, The Astrophysical Journal Letters 814 (2015) L15.

Gehitu iruzkin bat

Saioa hasi iruzkinak uzteko.

Babesleak
Eusko Jaurlaritzako Industria, Merkataritza eta Turismo Saila
MAIER Koop. Elk.
KIDE Koop. Elk.
ULMA Koop. Elk.
EIKA Koop. Elk.
LAGUN ARO Koop. Elk.
FAGOR ELECTRÓNICA Koop. Elk.