CAF-Elhuyar 2019: Buscando as esferas de Dyson

Iñigo González de Arrieta Martínez

Fisika Aplikatuan doktoregaia

EHU

Iker González Cubiella

Fisikako ikaslea

EHU

Estamos sós no universo? Probablemente esta é una das maiores preocupacións da humanidade ao longo dos séculos. De feito, esta pregunta ten una importancia filosófica e científica enorme, e os avances tecnolóxicos que supuxo esta pregunta tamén son espectaculares. Desde a década dos 70, o proxecto estadounidense SETI buscou sen éxito comunicacións intergalácticas. Entón xorden outras preguntas: estamos a buscar ben? Sabemos que buscamos? Que buscamos?

Sábese que tendo en conta a infinidade do universo, polo menos a probabilidade de que haxa vida nun planeta é moi alta. O astrónomo Frank Drake puxo esta reflexión a modo de ecuación, na que se pode estimar a probabilidade de vida extraterrestre a partir de sete parámetros: taxa de xeración de estrelas, fracción de estrelas con planeta, probabilidade de xeración de vida, etc. Esta ecuación, coñecida como ecuación de Drake, converteuse nun concepto influente no campo da astrobiología e problemático 1.

Con todo, esta certeza probabilística contrasta coa falta de probas da vida alieníxena. Esta contradición coñécese como paradoxo de Fermi e ten varias solucións. Destacan dúas correntes de pensamento: uns din que a probabilidade estimada de que haxa una vida intelixente é esaxerada e outros afirman que atopar esa vida é cuestión de tempo e tecnoloxía. Actualmente, una das hipóteses máis aceptadas é a proposta por Haq-Misra e Baume. Segundo eles, o esgotamento dos recursos naturais marcaría fronteiras no desenvolvemento da civilización, o que dificultaría a súa detección.

Con todo, si aceptamos a existencia de civilizacións desenvolvidas, como as podemos atopar? Como saber si imos na dirección correcta?

Buscando sinais

Figura . Radiotelescopio Arecibo. Ed. NAIC

En 1959, Cocconi e Morrison publicaron na revista Nature un artigo no que se indicaba que o medio intergaláctico máis probable podería estar ao redor da frecuencia de emisión natural do hidróxeno neutro3. Esta radiofrecuencia, denominada liña de 21 centímetros pola súa lonxitude de onda, ten una gran importancia en astronomía pola abundancia de hidróxeno existente no universo. Os instrumentos capaces de detectar esta frecuencia permiten elaborar un mapa de hidróxeno do universo (e por tanto de masas). Segundo os autores, si una civilización é capaz de explorar o cosmos, disporá de ferramentas paira traballar nesa frecuencia. É evidente, por desgraza, que aínda non atopamos nada, a pesar de que se inventaron cada vez máis grandes radiotelescopios (por exemplo, o telescopio Arecibo de Porto Rico, na figura 1). Quizais si existise una civilización plenamente desenvolvida, a pregunta máis adecuada sería: que habería que buscar?

Figura . Un dos posibles deseños da esfera de Dyson, formado por unha superficie compacta. Ed. Lucien leGrey / CC-BY-SA

Paira responder á pregunta que acabamos de citar, en primeiro lugar, debemos establecer un criterio sobre o grao de desenvolvemento tecnolóxico dunha civilización, no que en 1964 propúxose a escala de Kardasheven. Nesta escala distínguense tres tipos de civilizacións, I, II e III, en función da súa capacidade enerxética. Canto maior sexa a súa capacidade enerxética maior será a colonización do espazo. En xeral, a civilización tipo I conseguiu dominar os recursos do seu planeta; a clase II, do seu sistema solar, e a clase III, da galaxia enteira. Aínda que as civilizacións do tipo III parecen de ciencia ficción, non hai ningunha razón física que impida dominar os recursos de todo o sistema solar, por exemplo, aproveitando a minería interplanetaria ou aproveitando toda a enerxía solar.

Figura . Outra proposta das esferas de Dyson, rodeada de numerosos satélites que orbitan a estrela. Ed. Vedexent/CC-BY-SA

Una forma de aproveitar toda a enerxía dunha estrela é cubrila coas radiacións solares colectoras. Este método coñécese como esfera de Dyson e foi proposto polo físico Freeman Dyson. Existen varias propostas paira levar a cabo este tipo de sistemas, por exemplo as das figuras 2 e 3.

O primeiro deseño é una superficie compacta (figura 2). Ese era o deseño orixinal proposto por Dyson: un ecosistema de superficie, cheo de vida, de dúas ou tres metros de espesor. Dyson estimou que toda a masa de Júpiter debería ser utilizada paira realizar este tipo de megaestructura, polo que non se acepta totalmente esta proposta. As propostas máis aceptadas na actualidade son as esferas máis parciais (como a da Figura 3): é un sistema coordinado de satélites no que cada colector de radiación orbita a estrela sen dependencia. Este tipo de esferas non absorben outras radiacións compactas, pero se poden facer moito máis facilmente e con menos recursos. A forma da esfera é importante, xa que cada tipo verase de forma diferente. Pero, como serán esas esferas?

Como atopar as esferas de Dyson?

Aínda que a teoría pareza visionaria, a hipótese da esfera de Dyson é máis frecuente do que parece entre os astrofísicos. A razón principal é que pode predicir parámetros físicos ben definidos e que se poden buscar nun estado sistemático. Ademais, esta hipótese ten outra vantaxe respecto ao proxecto SETI: non di que os alieníxenas teñan intención de comunicarse.

Entón, cales son as características a buscar? En primeiro lugar, una esfera de Dyson non destruiría o efecto gravitatorio da estrela que contén, e seguiría exercendo influencia gravitatoria sobre as masas que a rodean. Por outra banda, cubriría a radiación visible da estrela, converténdose nun corpo masivo e case invisible. As esferas compactas ou compostas terían distinta forza de cubrición da estrela, polo que se vería claramente o tipo de esfera. Por último, e quizais a característica máis importante, reenviaría a enerxía recibida da estrela no tramo do infravermello. De feito, a temperatura da esfera será moito menor que a da estrela (é dicir, igual que a temperatura da Terra) e os corpos fríos emiten radiación infravermella, non luz visible.

Figura . (A) Un planeta cobre pouco a luz da súa estrela. (B) A esfera de Dyson cobre a luz visible da estrela pero emite luz infravermella. Ed. Iñigo González de Arrieta e Iker González.

Esta última propiedade é a forma máis sinxela de buscar as esferas de Dyson, xa que é fácil de medir e no universo non hai moitas fontes masivas con esta temperatura (a maioría son máis quentes e máis frías). Dyson indicou que a procura debía dirixirse cara a estrelas binarias, pero con xemelgos invisibles. A proba máis consistente paira comprobar a hipótese sería que os xemelgos emitisen radiación infravermella.

Realizáronse numerosas procuras de esferas de Dyson utilizando os datos dos telescopios que traballan en infravermellos (principalmente da base de datos IRAS)6. As primeiras investigacións atoparon varios candidatos, pero as revisións afirman que a maioría eran falsos positivos e só hai uns poucos candidatos reais. Con todo, hai que ter en conta que a maioría das investigacións comprobaron só una pequena parte do ceo e que os investigadores aínda non perderon a esperanza.

E si xa o atopamos?

A cooperación internacional Planet Hunters, baseada na análise de datos astronómicos da poboación, deu a coñecer en 2015 una estrela pouco clara: KIC 8462852 estrella7. Os datos de luminosidade desta estrela, obtidos a través do telescopio Kepler, mostraban a existencia dun obxecto masivo que cubría a luz da estrela.

Figura . Fluctuaciones luminosas irregulares da estrela de Tabby. Ed. Iñigo González de Arrieta e Iker González (Fonte: Datos públicos do telescopio Kepler).

De momento non é posible explicar este fenómeno, pero a estrela adquiriu una fama inmensa, tanto en expertos como en Internet (coñecido como Tabby’s star en honra á persoa que o atopou). Propuxéronse algunhas teorías paira explicar este fenómeno, pero aínda ninguén conseguiu explicalo completamente. Por iso, a hipótese da esfera de Dyson está a emerxer. Con todo, as últimas observacións realizadas no infravermello aínda non presentan ningunha fonte de radiación nas proximidades da estrella8.

Independentemente do resultado final das súas investigacións sobre o KIC 8462852, a hipótese da esfera de Dyson merece un lugar na historia da astronomía, grazas a esta mestura de fantasía e datos empíricos, pola súa influencia na imaxinación dos científicos. Seguramente a sociedade nunca deixará de buscar esta megaestructura alieníxena.

Referencias

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

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

[3] G. Cocconi e 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 ao., Planet Hunters IX. KIC 8462852 – where’s the flux?, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 457 (2016) 3988–4004.

[8] M. Marengo, et ao., 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.