Deberíamos buscar esferas Dyson pequeñas y calientes, sostiene un nuevo artículo

En 1960, el legendario físico Freeman Dyson publicó su artículo fundamental “Búsqueda de fuentes estelares artificiales de radiación infrarroja”, en el que proponía que podría haber civilizaciones extraterrestres tan avanzadas que podrían construir megaestructuras lo suficientemente grandes como para encerrar a su estrella madre.

También indicó que estas “esferas Dyson”, como se las conoció, podían detectarse en función del “calor residual” que emitían en longitudes de onda del infrarrojo medio. Hasta el día de hoy, las firmas infrarrojas se consideran una tecnofirma viable en la Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI).

Hasta ahora, los esfuerzos para detectar esferas Dyson (y sus variaciones) por sus firmas de “calor residual” han fracasado, lo que ha llevado a algunos científicos a recomendar ajustar los parámetros de búsqueda. En un nuevo artículo publicado en el servidor de preimpresión arXiv, el profesor de astronomía y astrofísica Jason T. Wright del Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables y el Centro de Inteligencia Extraterrestre de Penn State (PSTI) recomienda que los investigadores de SETI refinen la búsqueda buscando indicaciones de actividad. . En otras palabras, recomienda buscar esferas Dyson en función de para qué podrían usarse, en lugar de solo firmas de calor.

La clave del estudio de Wright es el límite de Landsberg, un concepto en termodinámica que representa el límite teórico de eficiencia para captar la radiación solar. Esto es vital ya que la propuesta original de Dyson se basó en gran medida en la idea de que toda la vida explota gradientes de energía libre, como las formas de vida fotosintéticas que dependen de él para producir oxígeno gaseoso y nutrientes orgánicos. Sostuvo además que la vida tecnológicamente avanzada podría crecer para aprovechar y explotar mayores cantidades de esta energía. Sin embargo, esta capacidad tiene un límite absoluto: la energía total liberada por una estrella (luz visible, infrarroja, ultravioleta, etc.).

Dado que la energía debe conservarse, Freeman Dyson razonó que parte de esta energía debe expulsarse de la estructura Dyson como calor residual. Aprovechando los avances en la astronomía infrarroja, un campo floreciente en la época de Dyson, los astrónomos podrían teóricamente medir la energía utilizada por una civilización avanzada buscando este calor. Hasta la fecha, sólo se han realizado tres estudios de infrarrojo medio de todo el cielo, incluido el satélite astronómico infrarrojo (IRAS), el explorador de estudios infrarrojos de campo amplio (WISE) y AKARI.

“Tradicionalmente, buscamos la emisión infrarroja de las estrellas para ver si tienen material orbital caliente debido a la luz estelar”, dijo Wright a Universe Today por correo electrónico. “Si no es el tipo de estrella que normalmente tiene material orbitando alrededor de ella, entonces podemos mirar más de cerca para ver si el material parece polvo o algo más”. Sin embargo, todas las búsquedas que se han intentado hasta la fecha se han visto algo obstaculizadas por el hecho de que no existe una teoría subyacente sobre cómo sería el calor residual, ya que las propiedades de los materiales de una esfera Dyson siguen siendo desconocidas.

Los astrofísicos (incluido el propio Wright) han propuesto varios modelos teóricos sobre cómo podrían verse sus firmas térmicas, pero han sido bastante simples y se han basado en numerosas suposiciones. Estos incluyen la simetría esférica de la capa y su distancia orbital de la estrella, sin poder predecir temperaturas típicas, interacciones radiativas o profundidades ópticas del material. Esto plantea otro concepto vital que consideró Wright, que tiene que ver con el propósito de la estructura Dyson (¿qué “trabajo” realiza?), a partir del cual se pueden hacer inferencias sobre sus propiedades materiales.

Dyson reconoció que capturar la energía de una estrella era simplemente una posible motivación para construir tal megaestructura. Por ejemplo, varios investigadores de SETI han propuesto que una estructura Dyson podría usarse como motor estelar que podría mover estrellas (un propulsor Shkadov) o como una supercomputadora masiva (un cerebro Matrioshka). Al igual que su homónimo, el cerebro Matrioshka tiene una estructura anidada, donde la capa interna absorbe la luz solar directa y las capas externas explotan el calor residual de la capa interna para optimizar la eficiencia computacional.

Además, Wright abordó los desafíos de ingeniería que plantea la construcción de una estructura de este tipo. Mientras Dyson se centró en las leyes de la física como única base para la existencia de megaestructuras, Wright también consideró los aspectos prácticos de ingeniería involucrados. A partir de esto, aventuró que la civilización podría verse motivada a construir gradualmente secciones de una esfera para aumentar gradualmente su volumen habitable alrededor de una estrella. Con todo esto en mente, Wright aplicó la termodinámica de la radiación a las esferas de Dyson como máquinas de cálculo y cuáles serían las consecuencias observables.

Concluyó que hay poca o ninguna ventaja en la creación de conchas anidadas y que el uso óptimo de la masa favorecería esferas Dyson más pequeñas y calientes. Además, indicó que habría diferencias observables entre las esferas Dyson “completas” (completamente ensambladas alrededor de una estrella) y las que aún están en progreso. Como explicó Wright:

“Contrariamente a las expectativas de algunos autores de que las esferas Dyson serían extremadamente grandes y frías para maximizar su eficiencia, encuentro que para un presupuesto de masa fijo, la configuración óptima es en realidad para esferas muy pequeñas y calientes que capturan la mayoría, pero no toda, la luz que se escapa. Podríamos ampliar nuestros parámetros de búsqueda a temperaturas muy por encima de 300 K (un poco más calientes que la Tierra) porque la extracción de trabajo de la luz de las estrellas es más eficiente más cerca de la estrella, donde las cosas están más calientes”.

Estos hallazgos podrían ayudar a informar futuras búsquedas de estructuras Dyson, que lamentablemente son limitadas en este momento. Una excepción notable es el trabajo del doctorado en astrofísica. estudiante Mathias Suazo (Universidad de Upsalla) y sus colegas del Proyecto Hephaistos. Suazo presentó su trabajo en junio como parte del segundo Simposio SETI anual de Penn State, donde explicó cómo los científicos del proyecto combinaron datos del Observatorio Gaia de la ESA, Two Micron All Sky Survey (2MASS) y el Explorador de sondeo infrarrojo de campo amplio de la NASA. (WISE) para limitar la búsqueda de firmas térmicas que podrían indicar la presencia de megaestructuras.

Los datos combinados revelaron aproximadamente 5 millones de posibles candidatos dentro de un volumen que mide ~1.000 años luz de diámetro. Después de crear un modelo de “mejor ajuste” basado en perfiles de temperatura y luminosidad que eliminaba posibles fuentes naturales, Suazo y su equipo redujeron la lista a 20 candidatos viables. Es probable que estas fuentes estén sujetas a observaciones de seguimiento mediante telescopios de próxima generación en un futuro próximo. Mientras tanto, la búsqueda continúa y, si bien no ha producido evidencia definitiva de megaestructuras, la posibilidad persiste.

Como dijo Dyson al abordar las posibles motivaciones para dicha ingeniería. “Mi regla es que no hay nada tan grande ni tan loco que una sociedad tecnológica entre un millón no se sienta obligada a hacer, siempre que sea físicamente posible”. Si sólo un puñado de civilizaciones avanzadas se han comprometido con megaproyectos de ingeniería en nuestra galaxia, tarde o temprano los detectaremos.

Con información de arXiv