Catapulta gravitacional

El enfoque consiste en capturar la energía de un agujero negro y utilizarla para impulsar las velas solares de pequeñas naves del tamaño de un chip hasta alcanzar la velocidad relativista. Aunque la humanidad aún está lejos de lograrlo, una civilización más avanzada ya podría hacerlo hecho.

En 2016, el físico Stephen Hawking y el multimillonario Yuri Milner presentaron su plan para viajar a las estrellas. El llamado proyecto Breakthrough Starshot es un programa de casi 900 millones de euros para desarrollar y demostrar las tecnologías necesarias para visitar un sistema estelar cercano.

Entre los objetivos potenciales de visita estaba Proxima Centauri, a unos cuatro años luz de distancia y que cuenta con varios exoplanetas, uno de ellos similar a la Tierra y que orbita en la región habitable del sistema.

El plan de Hawking y Milner consistía en construir miles de naves espaciales del tamaño de un microchip y usar la luz para acelerarlas a una velocidad relativista, muy cercana a la velocidad de la luz. Cuantas más naves hubiera, mayor sería la posibilidad de que alguna llegara a su destino. Cada "chip espacial" incorporaría una vela solar del tamaño de una cancha de bádminton y sería disparado con un láser terrestre enormemente potente.

La propulsión láser tiene varias ventajas. Lа principal es que la nave no necesita transportar combustible, lo que reduce y mucho su masa. También debería ser capaz de acelerar las velas solares a una velocidad de hasta un 20 % de la velocidad de la luz. A ese ritmo, un chip espacial podría llegar a Proxima Centauri en menos de 30 años.

Desarrollar esos láseres fantásticamente poderosos requeridos para este tipo de misión será especialmente difícil y costoso. Y eso plantea una preguntaobvia: ¿hay alguna otra manera de alcanzar una velocidad relativista?

Ahora tenemos una especie de respuesta gracias al trabajo del astrónomo de la Universidad de Columbia en Nueva York (EE.UU.) David Kipping con su nueva catapulta gravitacional. El dispositivo se basa en la asistencia gravitatoria, la misma técnica que la NASA usó, por ejemplo, para enviar la nave espacial Galileo hasta Júpiter. La idea consiste en acelerar una nave espacial enviándola por encima de un objeto masivo como un planeta. De esta manera, la nave espacial roba cierta velocidad de su campo gravitatorio que le ayuda a impulsar su viaje.

Las catapultas gravitacionales funcionan mejor con cuerpos muy masivos. En la década de 1960, el físico Freeman Dyson calculó que un agujero negro podría acelerar una nave espacial a velocidades relativistas. Pero la fuerza que ejercería sobre la nave espacial a medida que esta se acercara probablemente acabarían destruyéndola.

Así que Kipping ha ideado una alternativa inteligente. Su idea consiste en enviar fotones alrededor de un agujero negro y luego usar la energía que obtienen para acelerar la vela solar. "La energía cinética del agujero negro se transfiere al haz de la luz en forma de cambio de color al azul y, al regresar, los fotones reciclados no solo aceleran, sino que también añaden energía a la nave", explica Kipping.

El proceso depende del enormemente poderoso campo gravitatorio que se forma alrededor de un agujero negro. Como los fotones en reposo tienen una masa 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 desde una nave espacial alrededor del agujero negro y de vuelta a la nave espacial, una especie de órbita bumerán. Durante este viaje, los fotones ganan la energía cinética del movimiento del agujero negro.

Es esta energía la que aceleraría una nave espacial equipada con una vela solar adecuada. Kipping lo denomina como "halo drive", o impulso de halo. El impulso de halo transfiere la energía cinética del agujero negro en movimiento a la nave espacial por medio de una asistencia gravitacional", afirma Kipping, y señala que la nave no utiliza ningún combustible propio en el proceso.

Como el impulso de halo aprovecha el movimiento del agujero negro, se aplica mejor a los sistemas binarios en los que un agujero negro orbita en torno a otro objeto. Por eso, los fotones obtienen energía del movimiento del agujero negro en los puntos apropiados de su órbita.

El enfoque debería funcionar para cualquier masa significativamente más pequeña que el agujero negro. Kipping sostiene que esto podría permitir vehículos de tamaño planetario. Así que una civilización suficientemente avanzada podría viajar a velocidad relativista de una parte de la galaxia a otra saltando de un sistema binario de agujero negro a otro. "Una civilización avanzada podría utilizar el concepto de navegación ligera para llevar a cabo una propulsión relativista y extremadamente eficiente", detalla el autor.

El mismo mecanismo también sirve para desacelerar las naves espaciales. Entonces, esta civilización avanzada probablemente buscaría los pares de sistemas binarios de agujero negro para que actuaran como aceleradores y desaceleradores.

La Vía Láctea contiene alrededor de 10.000 millones de sistemas binarios de agujero negro. Pero Kipping señala que es probable que solo haya un número limitado de trayectorias adecuadas, por lo que estas autopistas interestelares probablemente serían zonas muy valiosas.

Por supuesto, la tecnología para explotar este concepto está más allá de las capacidades actuales de la humanidad. Pero los astrónomos deberían poder averiguar dónde se encuentran las mejores autopistas interestelares para buscar en ellas posibles huellas tecnológicas de civilizaciones que podrían estar explotándolas. Todo eso suena divertido, pero los críticos podrían argumentar que es poco más que un atractivo para los fanáticos de la ciencia ficción. Quizás.

Pero el concepto de chip espacial se ha discutido durante décadas, generalmente en los límites de la ciencia. A raíz del comunicado de Hawking y Milner, el proyecto ha ganado bastante impulso. De hecho, las primeras tecnologías de chip espacial ya se han probado en órbita terrestre baja y la primera misión está planteada para alrededor del año 2036, a un coste de entre 4.000 y 9.000 millones de euros.

Se trata de un objetivo ambicioso, pero incluso si se suman los diversos retrasos, es probable que el primer viaje interestelar sea posible dentro de los 100 años siguientes a las primeras incursiones de la humanidad en el espacio. Se trata de un avance increíblemente rápido. Y sugiere que cualquier civilización un poco más adelantada que nosotros podría haber logrado avances significativamente mayores.

Ref: arxiv.org/abs/1903.03423: The Halo Drive: Fuel-Free Relativistic Propulsion of Large Masses Via Recycled Boomerang Photons