Ενώ ακούγεται σαν η πλοκή ενός μυθιστορήματος του Άντι Γουίρ, αν ένας προηγμένος πολιτισμός ήθελε να αξιοποιήσει σχεδόν όλη τη δύναμη του άστρου του, θα μπορούσε να συγκεντρώσει ενέργεια τοποθετώντας μια γιγαντιαία συλλογή από δομές που συλλέγουν το φως γύρω από το άστρο και απλώς να συλλέγει απευθείας την ενέργεια.
H κλασσική ιδέα αλλάζει
Αυτή είναι η βάση της ιδέας της «σφαίρας Dyson» που έθεσε ο Freeman Dyson το 1960, αν και οι περισσότερες σύγχρονες εκδοχές φαντάζονται ένα σμήνος πολλών συλλεκτών αντί για ένα μόνο άκαμπτο κέλυφος.
Τώρα, μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε από τον φυσικό Amirnezam Amiri στο Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας επανεξετάζει αυτήν την κλασική ιδέα με ένα πρακτικό εργαλείο που οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν ήδη καθημερινά: Το διάγραμμα Hertzsprung-Russell, ή διάγραμμα H-R, που ταξινομεί τα αστέρια. Ένα διάγραμμα H-R απεικονίζει τα αστέρια με βάση τη θερμοκρασία και τη φωτεινότητά τους.
Το ερώτημα του Amiri είναι αν ένα αστέρι περιβαλλόταν από μια σφαίρα Dyson - ή, πιο ρεαλιστικά, ένα πυκνό σμήνος Dyson που μπλοκάρει το μεγαλύτερο μέρος του φωτός των αστεριών - πού θα προσγειωνόταν αυτό το σύστημα στο διάγραμμα H-R;
Δεν μπορείτε να κρύψετε την ενέργεια ενός αστεριού
Η βασική ιδέα της εργασίας είναι ότι ένα αστέρι διοχετεύει ενέργεια στο διάστημα. Αν κάτι συλλάβει αυτήν την ενέργεια, πρέπει τελικά να επιστρέψει, επειδή η φυσική δεν της επιτρέπει να εξαφανιστεί.
Ένα κανονικό αστέρι λάμπει στο ορατό φως επειδή η επιφάνειά του είναι εξαιρετικά ζεστή. Μια σφαίρα Dyson θα μπλοκάρει αυτήν την καυτή επιφάνεια από το οπτικό πεδίο. Αντ' αυτού, θα βλέπαμε την εξωτερική επιφάνεια της μεγαδομής, η οποία θα ήταν πολύ πιο δροσερή επειδή διαχέει την ενέργεια του αστεριού σε μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή. Οι ψυχρότερες επιφάνειες ακτινοβολούν κυρίως στο υπέρυθρο (θερμική ακτινοβολία), έτσι ώστε το φως του συστήματος να μετατοπίζεται από το ορατό στο υπέρυθρο.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο Dyson αρχικά χαρακτήρισε την αναζήτηση ως κυνήγι υπέρυθρων: Αναζητήστε αστρικά συστήματα που είναι φωτεινότερα από το αναμενόμενο επειδή ανακατευθύνουν την έξοδο ενός αστεριού σε θερμότητα.
Τα τυπικά αστέρια εμφανίζονται πάντα σε προβλέψιμα σημεία στο διάγραμμα H–R, επειδή οι νόμοι της φυσικής υπαγορεύουν ακριβώς πώς πρέπει να συμπεριφέρεται μια μπάλα αερίου. Ωστόσο, μια σφαίρα Dyson αλλάζει τους κανόνες κρύβοντας την πραγματική επιφάνεια του αστεριού. Αντί να βλέπουν το ίδιο το αστέρι, τα τηλεσκόπια ανιχνεύουν μόνο το φως και τη θερμότητα που ακτινοβολούν από την εξωγήινη μεγαδομή που το περιβάλλει.
Ο Amiri μοντελοποιεί τις σφαίρες Dyson γύρω από δύο πολλά υποσχόμενους τύπους ξενιστών - κόκκινους Μ-νάνους και λευκούς νάνους - και δείχνει ότι καθώς η μεγαδομή βρίσκεται πιο μακριά από το αστέρι, η εξωτερική της θερμοκρασία μειώνεται με προβλέψιμο τρόπο. Εν τω μεταξύ, εάν η δομή αναχαιτίσει ουσιαστικά όλο το φως των αστεριών, η συνολική φωτεινότητα που συνδέεται με την ισχύ του αστεριού παραμένει η ίδια. Απλώς ωθείται σε υπέρυθρα μήκη κύματος.
Το αποτέλεσμα είναι ένα αντικείμενο που, σε χαρτί, γλιστράει σε μια περιοχή του διαγράμματος H–R όπου δεν υπάρχουν κανονικά αστέρια. Αυτά σε εξαιρετικά χαμηλές φαινομενικές θερμοκρασίες σε συνδυασμό με μια φωτεινότητα συμβατή με ένα πραγματικό αστέρι από κάτω.
Γιατί νάνοι αστέρες;
Ο Amiri εστιάζει σε αστέρια χαμηλής φωτεινότητας για κάποιο λόγο. Οι κόκκινοι Μ-νάνοι είναι τα πιο συνηθισμένα αστέρια στον Γαλαξία και μπορούν να παραμείνουν σταθερά για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα (ακόμα και τρισεκατομμύρια χρόνια), καθιστώντας τα ελκυστικές μακροπρόθεσμες πηγές ενέργειας. Οι λευκοί νάνοι είναι συμπαγή αστρικά υπολείμματα μετά τον θάνατο ενός μεγάλου άστρου - μικρά, πυκνά και σταθερά ψυχόμενα - που μπορούν επίσης να ακτινοβολούν για δισεκατομμύρια χρόνια.
Στους υπολογισμούς του Amiri, οι σφαίρες Dyson γύρω από τους λευκούς νάνους τείνουν να παράγουν ψυχρότερη, πιο αμυδρή θερμική εκπομπή που κορυφώνεται στο εγγύς έως το μέσο υπέρυθρο, ενώ οι περιπτώσεις των νάνων M μπορούν να ακτινοβολούν πιο έντονα αλλά να μετατοπίζονται έντονα στο υπέρυθρο ανάλογα με το μέγεθος της δομής.
Τι θα έψαχνε λοιπόν στην πραγματικότητα ένας αστρονόμος;
Δεν είναι μια τέλεια σιλουέτα επιστημονικής φαντασίας, αλλά μάλλον απλώς ένα σημείο φωτός με ένα ύποπτο «χρωματικό προφίλ». Στην πράξη, αυτό σημαίνει κάτι που μοιάζει με αστέρι αλλά έχει μια υπέρυθρη υπογραφή που υποδηλώνει ότι είναι πολύ πιο κρύο από ό,τι θα έπρεπε να είναι οποιοδήποτε αστέρι. Η εργασία του Amiri είναι κυρίως ένα στρώμα μετάφρασης μεταξύ του νοητικού πειράματος και της στρατηγικής έρευνας: Δεδομένου ενός τύπου αστέρα φιλοξενίας, δείτε πώς θα πρέπει να συμπεριφέρεται η θερμοκρασία και η υπέρυθρη κορυφή της μεγαδομής καθώς αλλάζετε την ακτίνα της, και εδώ θα έπεφτε σε σχέση με τους κανονικούς αστρικούς πληθυσμούς.
Γι' αυτό έχουν σημασία οι υπέρυθρες έρευνες. Οι χάρτες υπέρυθρης ακτινοβολίας ευρέος πεδίου μπορούν να επισημάνουν περίεργες πηγές και στη συνέχεια πιο ικανές υπέρυθρεςα όργανα μπορούν να παρακολουθήσουν. Η εργασία παρουσιάζει τα αποτελέσματά της ως περιορισμούς για να καθοδηγήσει μελλοντικές αναζητήσεις τεχνο-υπογραφών που βασίζονται σε μετρήσεις υπέρυθρης ακτινοβολίας.
Υπάρχει όμως μια παγίδα. Το σύμπαν κάνει πειστικές πλαστογραφίες
Η «περίσσεια» υπέρυθρης ακτινοβολίας δεν είναι σπάνια. Σκονισμένοι δίσκοι, γαλαξίες υποβάθρου, μικτές πηγές και απλές συμπτώσεις οπτικής επαφής μπορούν να κάνουν ένα κατά τα άλλα συνηθισμένο αστέρι να μοιάζει σαν να έχει επιπλέον υπέρυθρη εκπομπή.
Το έργο του Amiri δεν λύνει το πρόβλημα της μόλυνσης, ωστόσο. Αυτό που παρέχει είναι ένας σαφέστερος χάρτης για το πώς θα πρέπει να μοιάζει η καθαρή, εξιδανικευμένη υπογραφή σε ένα τυπικό εργαλείο αστρικής ταξινόμησης. Αυτό βοηθά τους παρατηρητές να αποφασίσουν ποιες περίεργες υπέρυθρες πηγές αξίζουν την ακριβή παρακολούθηση που απαιτείται για να αποκλειστούν η σκόνη, οι γαλαξίες υποβάθρου και άλλες καθημερινές εξηγήσεις.
www.worldenergynews.gr
