En ce qui concerne les défis posés par les voyages interstellaires, Il n'y a pas de réponses faciles. Les distances sont immenses, la quantité d'énergie nécessaire pour faire le voyage est énorme, et les échelles de temps impliquées sont (sans jeu de mots !) astronomiques. Mais et s'il existait un moyen de voyager entre les étoiles en utilisant des navires qui profitent des phénomènes naturels pour atteindre des vitesses relativistes (une fraction de la vitesse de la lumière) ?

Déjà, les scientifiques ont identifié des situations dans lesquelles les objets de l'univers sont capables de le faire, notamment des étoiles à hypervitesse et des météores accélérés par des explosions de supernovae. En approfondissant cela, Les professeurs de Harvard Manasvi Lingam et Abraham Loeb ont récemment exploré comment les vaisseaux spatiaux interstellaires pourraient exploiter les vagues produites par une explosion de supernova de la même manière que les voiliers exploitent le vent.

L'étude qui détaille leurs recherches, "Propulsion d'engins spatiaux à des vitesses relativistes à l'aide de sources astrophysiques naturelles, " est récemment apparu en ligne et a également fait l'objet d'un article sur Scientifique américain . Comme ils l'expliquent dans leur étude, il est possible qu'une civilisation suffisamment avancée puisse utiliser les explosions d'énergie libérées par les supernovae pour accélérer les vaisseaux spatiaux à des vitesses relativistes.

Ces engins spatiaux seraient capables d'exploiter la force explosive à l'aide d'une voile légère (AKA une voile solaire) ou d'une voile magnétique, deux concepts de propulsion qui ont été longuement explorés par les astrophysiciens. Ces concepts reposent sur le rayonnement électromagnétique généré par le soleil pour créer une pression contre une voile hautement réfléchissante, générant ainsi la propulsion d'une manière qui ne nécessite ni moteur ni ergol.

Étant donné que le propulseur est l'un des contributeurs les plus importants à la masse globale d'un engin spatial, les concepts de voile légère/voile magnétique ont l'avantage d'être beaucoup plus légers que les engins spatiaux conventionnels et, par conséquent, beaucoup moins cher à lancer dans l'espace. Une autre possibilité est de s'appuyer sur l'énergie dirigée (lasers) pour accélérer ce genre de vaisseau spatial, lui permettant d'atteindre des vitesses beaucoup plus élevées que ce qui serait possible avec le seul rayonnement solaire.

Pr Loeb, qui, en plus d'être professeur de sciences Frank D. Baird Jr. à l'Université de Harvard, est également président du comité consultatif de Breakthrough Starshot. Dans le cadre de l'association Breakthrough Initiatives, Starshot travaille actuellement à la création d'une voile légère qui serait accélérée par des lasers à une vitesse de 20% de la vitesse de la lumière, lui permettant de faire le voyage vers Alpha Centauri en seulement 20 ans.

Comme Loeb l'a dit à Universe Today par e-mail, c'est en contemplant comment un tel vaisseau spatial pourrait être accéléré naturellement que l'idée d'utiliser la supernova lui est venue :

"De retour en décembre 2019, ma femme et mes deux filles étaient en voyage et j'ai eu le luxe de rester seule à la maison pendant une semaine et de penser à la science. En prenant une douche, J'ai réfléchi au fait que le soleil n'est pas efficace pour lancer des voiles légères à grande vitesse, mais une source de lumière plus brillante pourrait être. J'ai suivi cette réflexion avec des calculs détaillés sur les supernovae, qui sont des milliards de fois plus lumineux que le soleil pendant une semaine, et s'est rendu compte que les voiles lumineuses avec des paramètres existants peuvent atteindre la vitesse de la lumière si elles sont stratégiquement placées à l'avance autour de l'étoile massive qui est sur le point d'exploser."

Initialement, Loeb a expliqué cette idée dans un article paru dans Scientifique américain le 6 février, 2020, intitulé « Surfer sur une supernova ». L'article original est également disponible sur le site Web du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Comme il l'a soutenu là-bas, une supernova serait capable d'accélérer une voile légère qui pèse "moins d'un demi-gramme par mètre carré à des vitesses relativistes, " même si c'était à des millions de kilomètres.

Tout simplement, l'énergie et la luminosité générées par une supernova sont équivalentes à ce qu'un milliard de soleils produirait en un mois moyen. Alors que le vent solaire ne serait capable de pousser une voile légère qu'à un millième de la vitesse de la lumière (0,01 % ou 0,001 c), une supernova pourrait facilement accélérer une voile à un dixième de la vitesse de la lumière (0,1 c).

« Mon collaborateur, Manasvi Lingam, vu mon commentaire et suggéré que nous écrivions un article scientifique à part entière sur le sujet explorant la faisabilité de lancer des voiles légères à la vitesse de la lumière autour d'autres sources lumineuses, également, comme les trous noirs ou les pulsars, " a déclaré Loeb. " J'ai partagé mes notes avec lui et ils ont semé notre document collaboratif. "

Pour tester cette hypothèse, Lingam et Loeb ont examiné comment une voile légère pouvait être accélérée par l'explosion d'un certain nombre d'objets astrophysiques. Cela comprenait des étoiles massives, microquasars, supernovae, nébuleuses pulsarwind, et les noyaux galactiques actifs. Comme Lingam, qui était l'auteur principal de l'article résultant, expliqué à Universe Today par e-mail :

« Nous avons développé des modèles mathématiques pour déterminer la vitesse maximale pouvant être atteinte par des voiles légères et des voiles électriques. Les vitesses maximales variaient en fonction du système de propulsion utilisé, ainsi que les objets astrophysiques en considération."

Pour tous ceux qui en ont les moyens, les avantages de cette approche sont évidents. Par rapport aux voiles légères conventionnelles et aux voiles magnétiques, une voile qui profite de l'impulsion fournie par une étoile qui explose serait capable d'atteindre des vitesses relativistes sans avoir besoin d'infrastructures coûteuses (c'est-à-dire, un grand réseau laser).

Bien sûr, les inconvénients d'une telle méthode sont également évidents. Pour commencer, il y a la question du timing. Non seulement les supernovae sont rares; les scientifiques sont incapables de les prévoir avec précision avec autre chose qu'une grande marge d'erreur, souvent des millions d'années. Quiconque espère profiter de l'explosion d'étoiles devrait être en mesure de faire des estimations plus précises et être prêt à attendre très longtemps.

Mais comme Lingam et Loeb l'ont exploré, les inconvénients vont au-delà pour inclure les dangers particuliers créés par les supernovae. Comme Loeb l'a indiqué :

« Les principaux défis sont les frottements avec le gaz ambiant, qui peut être dense au voisinage d'une étoile massive en raison de la perte de masse par les vents. On peut surmonter le défi en repliant la voile tout au long du voyage sauf pendant la période de lancement où l'ouverture de la voile peut être déclenchée par le flash de lumière de la supernova."

En plus de ça, il y a des défis d'ingénierie et de conception qui devraient être résolus au préalable. D'abord, les voiles doivent être en matériau hautement réfléchissant pour éviter d'absorber trop de chaleur et de brûler. Seconde, ils devraient également être placés dans une configuration pliée jusqu'à ce que l'étoile explose pour éviter qu'ils ne soient repoussés de leur point de lancement par le rayonnement solaire.

Finalement, la trajectoire d'accélération de la voile doit être soigneusement sélectionnée à l'avance pour éviter tout obstacle et minimiser le risque de collision avec de gros objets (comme les astéroïdes). Dernièrement, la voile elle-même doit avoir un certain type de blindage ou de configuration pour la protéger des gaz et des particules solides dans l'espace interstellaire. Étant donné que la voile se déplacera à une vitesse incroyablement élevée, même les plus petites particules poseraient un risque de collision extrême.

Comme Lingam l'a expliqué, leurs résultats montrent que ces défis sont surmontables :

« Les défis sont nombreux comme la stabilisation des voiles, maintenir une réflectance élevée et empêcher l'échauffement, et éviter les dommages en voyageant dans l'environnement source ainsi que dans le milieu interstellaire. La plupart de ces problèmes peuvent être surmontés, du moins en principe, en utilisant des voiles électriques au lieu de voiles légères. Alternativement, si l'on décide de s'en tenir aux voiles légères, alors il faudra replier la voile pendant certaines étapes du voyage, choisir une architecture de voile atypique, et s'appuyer sur des structures nanophotoniques pour améliorer la stabilité."

En bref, leurs résultats montrent qu'une espèce suffisamment avancée serait capable de positionner des voiles légères/voiles magnétiques autour des étoiles mourantes afin qu'elles puissent être accélérées une fois que l'étoile explose. Ces voiles pourraient servir d'embarcation de messager, démontrant l'existence de civilisations avancées en voyageant vers des systèmes stellaires habités.

A cet égard, la faisabilité de ce concept interstellaire pourrait avoir des implications dans la recherche en cours d'intelligence extraterrestre (SETI). Comme Loeb et ses collègues l'ont soutenu dans des études antérieures, la possibilité d'une propulsion à énergie dirigée signifie que des éclairs errants d'activité laser pourraient être interprétés comme un signe d'activité technologique (technologies AKA).

"Ce paradigme conceptuel fait écho à l'esprit des sphères Dyson, les mégastructures supposées par Freeman Dyson pour récolter l'énergie des étoiles qui ne sont pas susceptibles d'exploser, " a déclaré Loeb. " Si nous avons la chance d'avoir de nombreuses civilisations technologiques dans notre galaxie, il pourrait y avoir des essaims de voiles légères autour d'étoiles massives, attendant patiemment leurs explosions."

« Dans la recherche de technosignatures, notre travail suggère que l'on pourrait chercher à proximité de sources astrophysiques à haute énergie telles que les supernovae et les quasars pour les signaux radio, etc, " ajouta Lingam. " Bien sûr, la probabilité de succès dépend entièrement de l'existence ou non d'espèces de technologies avancées - c'est une question à laquelle nous n'avons pas encore de réponse."

Pour le moment, il semble que le Fermi Paradox va durer un peu plus longtemps. Mais avec plus de choses à surveiller, et avec les télescopes de nouvelle génération qui seront bientôt en ligne, nous sommes bien équipés pour trouver des preuves d'intelligence extraterrestre (s'il y en a).