CAF-Elhuyar 2019: Buscando las esferas de Dyson

Iñigo González de Arrieta Martínez

Fisika Aplikatuan doktoregaia

EHU

Iker González Cubiella

Fisikako ikaslea

EHU

¿Estamos solos en el universo? Probablemente esta es una de las mayores preocupaciones de la humanidad a lo largo de los siglos. De hecho, esta pregunta tiene una importancia filosófica y científica enorme, y los avances tecnológicos que ha supuesto esta pregunta también son espectaculares. Desde la década de los 70, el proyecto estadounidense SETI ha buscado sin éxito comunicaciones intergalácticas. Entonces surgen otras preguntas: ¿estamos buscando bien? ¿Sabemos qué buscamos? ¿Qué buscamos?

Se sabe que teniendo en cuenta la infinidad del universo, al menos la probabilidad de que haya vida en un planeta es muy alta. El astrónomo Frank Drake puso esta reflexión a modo de ecuación, en la que se puede estimar la probabilidad de vida extraterrestre a partir de siete parámetros: tasa de generación de estrellas, fracción de estrellas con planeta, probabilidad de generación de vida, etc. Esta ecuación, conocida como ecuación de Drake, se ha convertido en un concepto influyente en el campo de la astrobiología y problemático 1.

Sin embargo, esta certeza probabilística contrasta con la falta de pruebas de la vida alienígena. Esta contradicción se conoce como paradoja de Fermi y tiene varias soluciones. Destacan dos corrientes de pensamiento: unos dicen que la probabilidad estimada de que haya una vida inteligente es exagerada y otros afirman que encontrar esa vida es cuestión de tiempo y tecnología. Actualmente, una de las hipótesis más aceptadas es la propuesta por Haq-Misra y Baume. Según ellos, el agotamiento de los recursos naturales marcaría fronteras en el desarrollo de la civilización, lo que dificultaría su detección.

Sin embargo, si aceptamos la existencia de civilizaciones desarrolladas, ¿cómo las podemos encontrar? ¿Cómo saber si vamos en la dirección correcta?

Buscando señales

Figura . Radiotelescopio Arecibo. Ed. NAIC

En 1959, Cocconi y Morrison publicaron en la revista Nature un artículo en el que se indicaba que el medio intergaláctico más probable podría estar alrededor de la frecuencia de emisión natural del hidrógeno neutro3. Esta radiofrecuencia, denominada línea de 21 centímetros por su longitud de onda, tiene una gran importancia en astronomía por la abundancia de hidrógeno existente en el universo. Los instrumentos capaces de detectar esta frecuencia permiten elaborar un mapa de hidrógeno del universo (y por tanto de masas). Según los autores, si una civilización es capaz de explorar el cosmos, dispondrá de herramientas para trabajar en esa frecuencia. Es evidente, por desgracia, que todavía no hemos encontrado nada, a pesar de que se han inventado cada vez más grandes radiotelescopios (por ejemplo, el telescopio Arecibo de Puerto Rico, en la figura 1). Quizás si existiera una civilización plenamente desarrollada, la pregunta más adecuada sería: ¿qué habría que buscar?

Figura . Uno de los posibles diseños de la esfera de Dyson, formado por una superficie compacta. Ed. Lucien leGrey / CC-BY-SA

Para responder a la pregunta que acabamos de citar, en primer lugar, debemos establecer un criterio sobre el grado de desarrollo tecnológico de una civilización, en el que en 1964 se propuso la escala de Kardasheven. En esta escala se distinguen tres tipos de civilizaciones, I, II y III, en función de su capacidad energética. Cuanto mayor sea su capacidad energética mayor será la colonización del espacio. En general, la civilización tipo I ha conseguido dominar los recursos de su planeta; la clase II, de su sistema solar, y la clase III, de la galaxia entera. Aunque las civilizaciones del tipo III parecen de ciencia ficción, no hay ninguna razón física que impida dominar los recursos de todo el sistema solar, por ejemplo, aprovechando la minería interplanetaria o aprovechando toda la energía solar.

Figura . Otra propuesta de las esferas de Dyson, rodeada de numerosos satélites que orbitan la estrella. Ed. Vedexent/CC-BY-SA

Una forma de aprovechar toda la energía de una estrella es cubrirla con las radiaciones solares colectoras. Este método se conoce como esfera de Dyson y fue propuesto por el físico Freeman Dyson. Existen varias propuestas para llevar a cabo este tipo de sistemas, como por ejemplo las de las figuras 2 y 3.

El primer diseño es una superficie compacta (figura 2). Ese era el diseño original propuesto por Dyson: un ecosistema de superficie, lleno de vida, de dos o tres metros de espesor. Dyson estimó que toda la masa de Júpiter debería ser utilizada para realizar este tipo de megaestructura, por lo que no se acepta totalmente esta propuesta. Las propuestas más aceptadas en la actualidad son las esferas más parciales (como la de la Figura 3): es un sistema coordinado de satélites en el que cada colector de radiación orbita la estrella sin dependencia. Este tipo de esferas no absorben otras radiaciones compactas, pero se pueden hacer mucho más fácilmente y con menos recursos. La forma de la esfera es importante, ya que cada tipo se verá de forma diferente. Pero, ¿cómo serán esas esferas?

¿Cómo encontrar las esferas de Dyson?

Aunque la teoría parezca visionaria, la hipótesis de la esfera de Dyson es más frecuente de lo que parece entre los astrofísicos. La razón principal es que puede predecir parámetros físicos bien definidos y que se pueden buscar en un estado sistemático. Además, esta hipótesis tiene otra ventaja respecto al proyecto SETI: no dice que los alienígenas tengan intención de comunicarse.

Entonces, ¿cuáles son las características a buscar? En primer lugar, una esfera de Dyson no destruiría el efecto gravitatorio de la estrella que contiene, y seguiría ejerciendo influencia gravitatoria sobre las masas que la rodean. Por otra parte, cubriría la radiación visible de la estrella, convirtiéndose en un cuerpo masivo y casi invisible. Las esferas compactas o compuestas tendrían distinta fuerza de cubrición de la estrella, por lo que se vería claramente el tipo de esfera. Por último, y quizás la característica más importante, reenviaría la energía recibida de la estrella en el tramo del infrarrojo. De hecho, la temperatura de la esfera será mucho menor que la de la estrella (es decir, igual que la temperatura de la Tierra) y los cuerpos fríos emiten radiación infrarroja, no luz visible.

Figura . (A) Un planeta cubre poco la luz de su estrella. (B) La esfera de Dyson cubre la luz visible de la estrella pero emite luz infrarroja. Ed. Iñigo González de Arrieta e Iker González.

Esta última propiedad es la forma más sencilla de buscar las esferas de Dyson, ya que es fácil de medir y en el universo no hay muchas fuentes masivas con esta temperatura (la mayoría son más calientes y más frías). Dyson indicó que la búsqueda debía dirigirse hacia estrellas binarias, pero con gemelos invisibles. La prueba más consistente para comprobar la hipótesis sería que los gemelos emitieran radiación infrarroja.

Se han realizado numerosas búsquedas de esferas de Dyson utilizando los datos de los telescopios que trabajan en infrarrojos (principalmente de la base de datos IRAS)6. Las primeras investigaciones encontraron varios candidatos, pero las revisiones afirman que la mayoría eran falsos positivos y sólo hay unos pocos candidatos reales. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la mayoría de las investigaciones han comprobado sólo una pequeña parte del cielo y que los investigadores todavía no han perdido la esperanza.

¿Y si ya lo hemos encontrado?

La cooperación internacional Planet Hunters, basada en el análisis de datos astronómicos de la población, dio a conocer en 2015 una estrella poco clara: KIC 8462852 estrella7. Los datos de luminosidad de esta estrella, obtenidos a través del telescopio Kepler, mostraban la existencia de un objeto masivo que cubría la luz de la estrella.

Figura . Fluctuaciones luminosas irregulares de la estrella de Tabby. Ed. Iñigo González de Arrieta e Iker González (Fuente: Datos públicos del telescopio Kepler).

De momento no es posible explicar este fenómeno, pero la estrella ha adquirido una fama inmensa, tanto en expertos como en Internet (conocido como Tabby’s star en honor a la persona que lo encontró). Se han propuesto algunas teorías para explicar este fenómeno, pero todavía nadie ha conseguido explicarlo completamente. Por ello, la hipótesis de la esfera de Dyson está emergiendo. Sin embargo, las últimas observaciones realizadas en el infrarrojo todavía no presentan ninguna fuente de radiación en las proximidades de la estrella8.

Independientemente del resultado final de sus investigaciones sobre el KIC 8462852, la hipótesis de la esfera de Dyson merece un lugar en la historia de la astronomía, gracias a esta mezcla de fantasía y datos empíricos, por su influencia en la imaginación de los científicos. Seguramente la sociedad nunca dejará de buscar esta megaestructura alienígena.

Referencias

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

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

[3] G. Cocconi y 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, Iras-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.

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