L'idée de voyager un jour vers un autre système stellaire et de voir ce qui s'y trouve a fait rêver les gens bien avant que les premières fusées et astronautes ne soient envoyés dans l'espace. Mais malgré tous les progrès que nous avons accomplis depuis le début de l'ère spatiale, le voyage interstellaire reste juste cela - un rêve fiévreux. Alors que des concepts théoriques ont été proposés, les questions de coût, de temps de trajet et de carburant restent très problématiques.
Beaucoup d'espoirs reposent actuellement sur l'utilisation d'énergie dirigée et de voiles lumineux pour pousser de minuscules engins spatiaux à des vitesses relativistes. Mais que se passerait-il s'il existait un moyen de fabriquer des vaisseaux spatiaux plus gros assez rapidement pour effectuer des voyages interstellaires? Selon le professeur David Kipping - le chef du laboratoire Cool Worlds de l'Université de Columbia - les futurs vaisseaux spatiaux pourraient s'appuyer sur Halo Drive, qui utilise la force gravitationnelle d'un trou noir pour atteindre des vitesses incroyables.
Le professeur Kipping a décrit ce concept dans une étude récente publiée en ligne (la préimpression est également disponible sur le site Web de Cool Worlds). Dans ce document, Kipping a abordé les plus grands défis posés par l'exploration spatiale, qui est la quantité de temps et d'énergie qu'il faudrait pour envoyer un vaisseau spatial en mission pour explorer au-delà de notre système solaire.
Comme Kipping l'a dit à Space Magazine par e-mail:
«Le voyage interstellaire est l'un des exploits techniques les plus difficiles que nous puissions imaginer. Alors que nous pouvons envisager de dériver entre les étoiles sur des millions d'années - ce qui est légitimement un voyage interstellaire - pour réaliser des voyages à des échelles de siècles ou moins, il faut une propulsion relativiste. »
Comme le dit Kipping, la propulsion relativiste (ou l'accélération à une fraction de la vitesse de la lumière) coûte très cher en énergie. Les engins spatiaux existants n'ont tout simplement pas la capacité de carburant pour pouvoir atteindre ces types de vitesses, et à court de détonations nucléaires pour générer de la poussée - à la Project Orion (vidéo ci-dessus) - ou à construire un statoréacteur à fusion - à la Projet Daedalus - il n'y a pas beaucoup d'options disponibles.
Ces dernières années, l'attention s'est déplacée vers l'idée d'utiliser des voiles laser et des nanocraft pour mener des missions interstellaires. Un exemple bien connu de ceci est Percée de Starshot, une initiative qui vise à envoyer un vaisseau spatial de la taille d'un smartphone à Alpha Centauri au cours de notre vie. En utilisant un puissant réseau laser, la voile lumineuse serait accélérée à des vitesses allant jusqu'à 20% de la vitesse de la lumière - faisant ainsi le voyage en 20 ans.
"Mais même ici, vous parlez de plusieurs terra-joules d'énergie pour le vaisseau spatial le plus minimaliste (une masse gramme) imaginable", a déclaré Kipping. "C'est la production d'énergie cumulée des centrales nucléaires qui fonctionne pendant des semaines (ce qui d'ailleurs nous n'avons aucun moyen de stocker autant d'énergie non plus)! C'est pourquoi c'est difficile. "
Pour cela, Kipping suggère une version modifiée de ce qui est connu comme le "Dyson Slingshot", une idée a été proposée par le vénéré physicien théoricien Freeman Dyson (l'esprit derrière la sphère Dyson). Dans le livre de 1963, Communications interstellaires (Chapitre 12: «Machines gravitationnelles»), Dyson a décrit comment le vaisseau spatial pouvait lancer une fronde autour d'étoiles binaires compactes afin de recevoir une augmentation significative de la vitesse.
Comme Dyson l'a décrit, un navire qui serait envoyé dans un système binaire compact (deux étoiles à neutrons qui orbiteraient l'une autour de l'autre) où il effectuerait une manœuvre assistée par gravité. Cela consisterait à ce que le vaisseau spatial prenne de la vitesse à partir de la gravité intense du binaire - ajoutant l'équivalent de deux fois leur vitesse de rotation à la sienne - avant d'être jeté hors du système.
Alors que la perspective d'exploiter ce type d'énergie pour la propulsion était très théorique à l'époque de Dyson (et l'est toujours), Dyson a proposé deux raisons pour lesquelles les «machines gravitationnelles» méritaient d'être explorées:
«Premièrement, si notre espèce continue d'augmenter sa population et sa technologie à un rythme exponentiel, il peut arriver un moment dans un avenir lointain où l'ingénierie à l'échelle astronomique peut être à la fois réalisable et nécessaire. Deuxièmement, si nous recherchons des signes d'une vie technologiquement avancée qui existent déjà ailleurs dans l'univers, il est utile de considérer quel type de phénomènes observables une technologie vraiment avancée pourrait être capable de produire. »
En bref, les machines gravitationnelles méritent d'être étudiées au cas où elles deviendraient possibles un jour, et parce que cette étude pourrait nous permettre de repérer d'éventuelles intelligences extraterrestres (ETI) à travers les technosignatures que ces machines créeraient. S'étendant sur cela, Kipping considère comment les trous noirs - en particulier ceux trouvés dans les paires binaires - pourraient constituer des frondes gravitationnelles encore plus puissantes.
Cette proposition est basée en partie sur le succès récent de l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO), qui a capté plusieurs signaux d'ondes gravitationnelles depuis que le premier a été détecté en 2016. Selon des estimations récentes basées sur ces détections, il pourrait y avoir jusqu'à 100 millions de trous noirs dans la seule galaxie de la Voie lactée.
Lorsque des binaires se produisent, ils possèdent une quantité incroyable d'énergie de rotation, qui est le résultat de leur rotation et de la façon dont ils tournent rapidement en orbite. De plus, comme le note Kipping, les trous noirs peuvent également agir comme un miroir gravitationnel - où les photons dirigés au bord de l'horizon des événements se plieront et reviendront directement à la source. Comme l'a dit Kipping:
«Donc, le trou noir binaire est en réalité un couple de miroirs géants qui tournent les uns autour des autres à une vitesse potentiellement élevée. Le lecteur de halo exploite cela en faisant rebondir les photons sur le «miroir» à mesure que le miroir s'approche de vous, les photons rebondissent, vous poussant le long, mais aussi volent une partie de l'énergie du binaire du trou noir lui-même (pensez à la façon dont une balle de ping-pong est lancée contre un mur en mouvement reviendrait plus vite). En utilisant cette configuration, on peut récolter l'énergie du trou noir binaire pour la propulsion. »
Cette méthode de propulsion offre plusieurs avantages évidents. Pour commencer, il offre aux utilisateurs la possibilité de voyager à des vitesses relativistes sans avoir besoin de carburant, qui représente actuellement la majorité de la masse d'un lanceur. Il y a aussi les nombreux trous noirs qui existent à travers la Voie lactée, qui pourraient servir de réseau pour les voyages spatiaux relativistes.
De plus, les scientifiques ont déjà été témoins de la puissance de la fronde gravitationnelle grâce à la découverte des étoiles à hyper-vitesse. Selon des recherches du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), ces étoiles sont le résultat de fusions galactiques et d'interactions avec des trous noirs massifs, ce qui les fait expulser de leurs galaxies à un dixième à un tiers de la vitesse de lumière - ~ 30 000 à 100 000 km / s (18 600 à 62 000 mps).
Mais bien sûr, le concept comporte de nombreux défis et plus que quelques inconvénients. En plus de construire des vaisseaux spatiaux qui pourraient être projetés autour de l'horizon des événements d'un trou noir, il y a aussi une énorme quantité de précision nécessaire - sinon le navire et l'équipage (s'il en a un) pourraient finir par être séparés dans la gueule du trou noir. En plus de cela, il suffit simplement d'en atteindre un:
«[L] a chose a un énorme inconvénient pour nous, car nous devons d'abord nous rendre dans l'un de ces trous noirs. J'ai tendance à y penser comme un réseau routier interstellaire - vous devez payer un péage unique pour emprunter l'autoroute, mais une fois que vous êtes en route, vous pouvez traverser la galaxie autant que vous le souhaitez sans dépenser plus de carburant. »
Le défi de savoir comment l'humanité pourrait atteindre le trou noir approprié le plus proche sera le sujet du prochain article de Kipping, a-t-il indiqué. Et bien qu'une idée comme celle-ci soit aussi éloignée de nous que la construction d'une sphère Dyson ou l'utilisation de trous noirs pour alimenter des vaisseaux spatiaux, elle offre des possibilités très intéressantes pour l'avenir.
En bref, le concept d'une machine à gravité à trou noir présente à l'humanité un chemin plausible pour devenir une espèce interstellaire. En attendant, l'étude du concept fournira aux chercheurs du SETI une autre technosignature possible à rechercher. Donc, jusqu'à ce que le jour arrive où nous pourrions essayer quelque chose comme ça par nous-mêmes, nous serons en mesure de voir si d'autres espèces l'ont déjà essayé et l'ont fait fonctionner!
