Ruimtevaartuigen die dicht bij de lichtsnelheid reizen, zouden met de huidige technologie zichtbaar moeten zijn, zeggen ingenieurs

Interstellaire reizen zijn misschien sciencefiction, maar het is eenvoudig te berekenen dat het mogelijk moet zijn gezien de mogelijkheid om met een aanzienlijk deel van de snelheid van het licht te reizen. Dit soort snelheden kan zelfs haalbaar zijn met nabije toekomstige technologieën en de belastingdollars om ze te laten werken.

Er zijn natuurlijk grote uitdagingen. En vandaag schetsen Ulvi Yurtsever en Steven Wilkinson van defensie-aannemer Raytheon in El Segundo, Californië een andere die tot nu toe over het hoofd leek te zijn gezien.

Deze jongens wijzen erop dat elk object dat met relativistische snelheden reist, zal interageren met fotonen in de kosmische microgolfachtergrond. Deze interactie zou een belemmering moeten creëren die specifieke limieten oplegt aan hoe snel ruimtevaartuigen kunnen reizen, zeggen ze.

Maar het zou ook een unieke signatuur van relativistische ruimtevluchten moeten opleveren die met de huidige technologie zichtbaar zou moeten zijn als er voertuigen van dit type door onze galactische buurt zouden razen.

De kosmische microgolfachtergrond is de echo van de oerknal. Dit is licht dat is overgebleven van de vroegste scheppingsmomenten en is uitgerekt naarmate het universum uitdijde. Dus hoewel het begon als straling met veel hogere energie en kortere golflengte, bevindt het zich nu in het microgolfgebied.

Deze straling vult het heelal. Elke kubieke centimeter van de kosmos bevat meer dan 400 kosmische microgolffotonen, dus een ruimtevaartuig dat de interstellaire ruimte doorkruist, zou elke seconde met duizenden miljarden in botsing komen.

Deze botsingen kunnen op microscopisch niveau worden gezien als elk foton dat met hoge energie een kern raakt. Deeltjesfysici weten heel goed dat als de energie in deze botsingen hoog genoeg is, ze elektron-positronparen zouden moeten creëren.

Yurtsever en Wilkinson wijzen erop dat in het rustframe van het ruimtevaartuig dat dicht bij de lichtsnelheid reist, deze fotonen zullen verschijnen als zeer energetische gammastralen. Als deze gammastralen een energie hebben die groter is dan de rustmassa van een elektron en een positron, dan zal door de botsing een elektron-positron-paar ontstaan.

Ze laten verder zien dat dit proces enorme hoeveelheden energie zal verdrijven. De vorming van elk elektron-positron-paar verdrijft 1,6 x 10^(-13) joule. Uitgaande van een effectieve dwarsdoorsnede van bijvoorbeeld 100 vierkante meter, is het dissipatieve effect ongeveer 2 miljoen joule per seconde, zeggen Yurtsever en Wilkinson.

In het rustframe van het ruimtevaartuig is de dissipatie nog hoger vanwege tijdsvertraging. Seconden duren in feite langer als je met hoge snelheid reist, dus de energiedissipatie is aanzienlijk hoger, in de orde van 10^14 joule per seconde.

Dat is een aanzienlijke belemmering voor de motoren van het ruimtevaartuig om te overwinnen, alleen maar om het op een constante snelheid te houden, zeggen Yurtsever en Wilkinson. Ze stellen dat dit een goede reden is om de snelheid van het ruimtevaartuig onder de drempel voor het maken van elektronen-positronen te houden en daardoor de luchtweerstand te verminderen tot een verwaarloosbaar niveau van slechts enkele joules per seconde. Deze drempel treedt op wanneer het ruimtevaartuig een snelheid bereikt die 1 – 3,3 x10^-(17) van de lichtsnelheid is.

De beweging van een relativistisch ruimtevaartuig zal een ander effect hebben. Het zou de kosmische microgolfachtergrond moeten verstrooien op een manier die een unieke signatuur produceert. Terwijl een baryonisch ruimtevaartuig met relativistische snelheden reist, zal het via verstrooiing interageren met de CMB om een ​​frequentieverschuiving te veroorzaken die met de huidige technologie op aarde detecteerbaar zou kunnen zijn, zeggen Yurtsever en Wilkinson.

Ze gaan verder met het berekenen van de eigenschappen van deze handtekening. Ze zeggen dat de verstrooiing straling moet genereren in de terahertz naar infrarode gebieden van het spectrum en dat dit signaal ten opzichte van de achtergrond moet bewegen. De meest opvallende kenmerken van het signaal zijn een snelle temperatuurdaling die gepaard gaat met een snelle stijging van de intensiteit, samen met de beweging van de bron ten opzichte van een referentiekader dat is bevestigd aan verre quasars, die waarneembaar zouden moeten zijn, zeggen Yurtsever en Wilkinson.

Met andere woorden, als relativistische ruimtevaartuigen door de interstellaire ruimte vliegen, zou dit soort handtekening zichtbaar moeten zijn met behulp van de huidige generatie astrofysische observatoria.

Dat is een interessant stuk werk dat de analyse van relativistische ruimtevaart naar een nieuw niveau tilt. Andere onderzoekers hebben de mogelijkheid onderzocht om relativistische ruimtevaartuigen te observeren met behulp van de optische emissies die hun motoren moeten genereren. Maar Yurtsever en Wilkinson gaan verder.

Natuurlijk doen ze een aantal aannames, niet in de laatste plaats dat relativistische ruimtevaart überhaupt mogelijk is. Als een of andere geavanceerde beschaving dit soort sprong in de kosmos zou maken, is de interactie met de kosmische fotonen waarschijnlijk het minste van hun problemen, aangezien een botsing met materie veel schadelijker zou zijn.

Yurtsever en Wilkinson geven enkele cijfers om dit in context te plaatsen. Voor een ruimtevaartuig dat dicht bij de lichtsnelheid reist, zou de impact met een enkele kosmische stofkorrel met een massa van 10^- (14) gram een ​​impactenergie hebben van bijna 10.000 megajoule.

De intergalactische ruimte is relatief vrij van puin, maar zelfs dan nog zou elk relativistisch ruimtevaartuig een manier nodig hebben om zijn pad vrij te maken.

Stof tot nadenken voor potentiële kosmonauten.

Referentie: arxiv.org/abs/1503.05845 : Grenzen en handtekeningen van relativistische ruimtevluchten

zich verstoppen