L'idée de voyager vers un autre système stellaire était le rêve des 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, les voyages interstellaires ne restent que cela – un rêve. Alors que des concepts théoriques ont été proposés, les problèmes de coût, le temps de trajet et le carburant restent très problématiques.

Beaucoup d'espoirs reposent actuellement sur l'utilisation d'énergie dirigée et de voiles lumineuses pour pousser de minuscules vaisseaux spatiaux à des vitesses relativistes. Mais et 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 Columbia, le futur vaisseau spatial pourrait s'appuyer sur un lecteur de halo, 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 parue en ligne (la préimpression est également disponible sur le site Web de Cool Worlds). Dedans, Kipping a abordé l'un des plus grands défis posés par l'exploration spatiale, c'est le temps et l'énergie qu'il faudrait pour envoyer un vaisseau spatial en mission d'exploration au-delà de notre système solaire.

Kipping a déclaré à Universe Today par e-mail:"Le voyage interstellaire est l'un des exploits techniques les plus difficiles que nous puissions concevoir. 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 sur des échelles de temps de plusieurs siècles ou moins nécessite une propulsion relativiste.

Comme Kipping l'a dit, la propulsion relativiste (ou accélérant à une fraction de la vitesse de la lumière) est très coûteuse en énergie. Les vaisseaux spatiaux existants n'ont tout simplement pas la capacité de carburant pour atteindre ces types de vitesses, et à court d'armes nucléaires pour générer une poussée à la Project Orion, ou construire un statoréacteur à fusion à la Project Daedalus, il n'y a pas beaucoup d'options disponibles.

Dans les années récentes, l'attention s'est déplacée vers l'idée d'utiliser des voiles lumineuses et des nanocrafts pour mener des missions interstellaires. Un exemple bien connu est Breakthrough Starshot, une initiative qui vise à envoyer un vaisseau spatial de la taille d'un smartphone à Alpha Centauri au cours de notre vie. À l'aide d'un puissant réseau laser, la voile lumineuse serait accélérée à des vitesses allant jusqu'à 20 pour cent 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 (un gramme-masse) concevable, ", a déclaré Kipping. "C'est la production d'énergie cumulée des centrales nucléaires fonctionnant pendant des semaines... c'est pourquoi c'est difficile."

Pour ça, Kipping suggère une version modifiée du "Dyson Slingshot, " une idée proposée par le physicien théoricien vénéré Freeman Dyson, le théoricien derrière la sphère de Dyson. Dans le livre de 1963 Communications interstellaires (Chapitre 12 : « Machines gravitationnelles »), Dyson a décrit comment les engins spatiaux pouvaient lancer une fronde autour d'étoiles binaires compactes afin de recevoir une augmentation significative de la vitesse.

Comme Dyson l'a décrit, un navire serait envoyé vers un système binaire compact où il effectuerait une manœuvre d'assistance par gravité. Cela consisterait en un vaisseau spatial prenant de la vitesse à partir de la gravité intense du binaire, en ajoutant l'équivalent de deux fois leur vitesse de rotation à la sienne, et est ensuite 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 » valaient la peine d'être explorées :

"D'abord, 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 faisable et nécessaire. Seconde, si nous recherchons des signes de vie technologiquement avancée existant déjà ailleurs dans l'univers, il est utile de considérer quel genre de phénomènes observables une technologie vraiment avancée pourrait être capable de produire. »

En bref, les machines gravitationnelles valent la peine 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) en détectant les technosignatures que de telles machines créeraient. En développant 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 récent succès du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), qui a détecté plusieurs signaux d'ondes gravitationnelles depuis 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 l'un autour de l'autre. En outre, comme note Kipping, les trous noirs peuvent également agir comme un miroir gravitationnel - où les photons dirigés au bord de l'horizon des événements se courberont et reviendront directement à la source. Comme le dit Kipping :

« Donc, le trou noir binaire est en fait un couple de miroirs géants qui tournent l'un autour de l'autre à une vitesse potentiellement élevée. Le lecteur halo exploite cela en faisant rebondir des photons sur le « miroir » lorsque le miroir s'approche de vous, les photons rebondissent, te pousser, mais aussi voler une partie de l'énergie du binaire du trou noir lui-même (pensez à la façon dont une balle de ping-pong lancée contre un mur en mouvement reviendrait plus rapidement). En utilisant cette configuration, on peut récolter l'énergie binaire du trou noir pour la propulsion."

Ce mode 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. Et il y en a beaucoup, de nombreux trous noirs qui existent tout au long de la Voie lactée, qui pourrait agir comme un réseau pour les voyages spatiaux relativistes.

Quoi de plus, les scientifiques ont déjà été témoins de la puissance des frondes gravitationnelles grâce à la découverte d'étoiles à hyper-vitesse. Selon les recherches du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), ces étoiles sont le résultat de fusions galactiques et d'interactions avec des trous noirs massifs, qui les expulsent de leurs galaxies à un dixième à un tiers de la vitesse de la lumière - environ 30, 000 à 100, 000 km/s (18, 600 à 62, 000 mps).

Mais bien sûr, le concept comporte d'innombrables défis et plus que quelques inconvénients. En plus de construire des vaisseaux spatiaux qui peuvent supporter d'être projetés autour de l'horizon des événements d'un trou noir, une énorme précision est requise - sinon, le navire et l'équipage (s'il en a un) pourraient être séparés dans la gueule du trou noir. En outre, il s'agit simplement d'en atteindre un :

"[L]a chose a un énorme inconvénient pour nous dans la mesure où nous devons d'abord nous rendre dans l'un de ces trous noirs. J'ai tendance à le considérer comme un système d'autoroute interstellaire - vous devez payer un péage unique pour y accéder. l'autoroute, mais une fois que vous êtes sur, vous pouvez parcourir la galaxie autant que vous le souhaitez sans dépenser plus de carburant."

Le défi de savoir comment l'humanité pourrait s'y prendre pour atteindre le trou noir le plus proche sera le sujet du prochain article de Kipping, a-t-il indiqué. Et bien qu'une idée comme celle-ci nous soit à peu près aussi éloignée que la construction d'une sphère Dyson ou l'utilisation de trous noirs pour alimenter des vaisseaux spatiaux, il offre des possibilités assez excitantes pour l'avenir.

En bref, le concept d'une machine à gravité 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. Alors jusqu'au jour où nous pourrions tenter cela nous-mêmes, nous pourrons voir si d'autres espèces l'ont déjà fait fonctionner.