Стабильные сферы Дайсона могли бы усилить поиски внеземной жизни

Фото из открытых источников

Новое исследование показало, что сферы Дайсона — огромные структуры, построенные для того, чтобы окружать звезду и улавливать ее энергию, — не всегда должны расходиться или коллапсировать в сторону своего солнца. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Этот результат меняет подход к поиску внеземной жизни, уточняя, какие крупномасштабные искусственные сигналы могут сохраняться достаточно долго, чтобы их можно было наблюдать в космическом пространстве.

В новом исследовании различие простое: однородные структуры смещаются, а структуры, находящиеся под весом или в тесноте, могут возвращаться в исходное положение. Прослеживая движение гравитации и звездного света на огромных отражающих поверхностях, Колин Р. МакИннес из Университета Глазго показал, почему этот вывод был неполным.

МакИннес обнаружил, что звездный двигатель с большим количеством колец может оставаться стабильным, в то время как плотный пузырь Дайсона может стабилизироваться сам по себе. Этот результат не упрощает строительство мегасооружений, но он возобновляет поиски, которые многие уже списали со счетов.

Спасением для этих проектов послужил не новый материал, а то, как свет и гравитация ослабевают вблизи очень больших конструкций. Звездный свет не просто освещает; он оказывает радиационное давление – крошечный толчок, когда свет попадает на объект.

Вблизи звезды это воздействие и притяжение звезды перестают быть идеально синхронными, поэтому геометрия начинает иметь значение. Как только кривые сил расходятся, инженеры могут переставлять массовые или кучевые отражатели до тех пор, пока случайный дрейф не вернет систему в исходное положение.

Один из предложенных вариантов звездного двигателя, гигантское зеркало, предназначенное для перемещения звезды, выходит из строя, если ее масса распределена равномерно. Нагрузка на обод, а не на центр, позволяет силе тяжести оттянуть смещенный отражатель назад, создавая пассивную устойчивость — коррекцию без управления двигателем.

В модели МакИннеса наиболее благоприятная стабильная версия могла бы использовать примерно одну треть исходящей энергии и импульса звезды. Этот верхний предел имеет значение, поскольку более яркий и труднопропускаемый сигнал будет получен от конструкции, которая с наибольшей вероятностью выживет.

Пузырь Дайсона — облако светоотражающих объектов, сбалансированных по яркости, — ведёт себя иначе, чем быстро движущийся рой, постоянно вращающийся вокруг звезды. По мере того, как внутренние части облака перехватывают свет звёзд, всё меньше этого света достигает внешнего облака, поэтому сила, направленная наружу, уменьшается с расстоянием.

В результате этого изменения давление света ослабевает быстрее, чем сила тяжести, на больших расстояниях, поэтому дрейф наружу может быть компенсирован обратным течением. Плотные облака также уменьшат количество столкновений, поскольку статические отражатели не будут постоянно пересекаться друг с другом.

Астрономы называют такие признаки техносигнатурами — наблюдаемыми признаками того, что технологии изменили звезду, ее свет или находящееся рядом вещество. Статический пузырь должен изменять спектр звезды и выделять дополнительное инфракрасное тепло, выходящее за рамки обычного звездного света.

Роевой массив, вращающийся вокруг звезды, будет выглядеть менее устойчивым, поскольку отражатели, пересекающие звезду, могут создавать мерцание вместо плавного затемнения. Кольцеобразные звездные двигатели будут добавлять отраженный свет, что позволит исследователям сузить круг поиска по сравнению с тем, что допускали прежние предположения.

В своей статье Фримен Дайсон охарактеризовал эту охоту как поиск поводов для накала страстей, а не для передачи каких-либо посланий.

«Следует ожидать, что в течение нескольких тысяч лет после перехода планеты на стадию промышленного развития любой разумный вид будет обнаружен в искусственной биосфере, полностью окружающей её родительскую звезду», — писал Дайсон, физик из Института перспективных исследований.

Это старое предсказание по-прежнему лежит в основе современных исследований, включая один поиск, который выявил семь кандидатов среди пяти миллионов близлежащих источников. Ни один из этих объектов не подтвержден, но новые исследования стабильности позволяют астрономам определить, какие странные сигналы заслуживают серьезного внимания.

Звезды не остаются абсолютно неизменными, поэтому любая структура, поддерживаемая светом, должна адаптироваться к изменяющемуся воздействию. МакИннес показал, что более плотный пузырь или кольцевой двигатель может постепенно смещаться наружу по мере того, как звезда медленно становится ярче.

Благодаря этому эти конструкции более надежны, чем старые идеализированные проекты, которые выходили из строя, как только точка равновесия начинала смещаться. Долговечность имеет значение для поиска, поскольку самовосстанавливающаяся реликвия может оставаться видимой еще долго после того, как ее создатели исчезнут.

Вряд ли что-то пойдет не так, поскольку в статье эти конструкции рассматриваются как идеальные отражатели с упрощенной формой и уравновешенными силами. В реальных условиях материалы деформировались бы, нагревались и испытывали бы неравномерное напряжение на огромных поверхностях, особенно вблизи краёв, обращенных к звезде.

Для сохранения отражающих свойств и предотвращения разрушения некоторых конструкций могут потребоваться вращающиеся детали, перфорированные пленки или другие уловки. Таким образом, в результате удалось сузить круг одного из главных возражений, но это не превратило умозрительную идею в готовый план.

На протяжении десятилетий так называемые сферы Дайсона и связанные с ними мегаструктуры рассматривались как одноразовые фантазии, поскольку даже малейшие отклонения казались фатальными. Такой общий взгляд теперь кажется слишком упрощенным, поскольку стабильность зависит от того, где находится масса и как свет проникает сквозь материю.

Поисковые группы могут использовать эти ограничения, чтобы отдавать предпочтение сигналам от плотных облаков, двигателей, расположенных вблизи краев облаков, и более спокойных систем, а не от резких разрывов. Это менее заметное изменение, чем обнаружение внеземной жизни, но именно такая коррекция делает поиск более эффективным.

Расчеты МакИннеса превратили известную невозможность в более узкую инженерную задачу, предполагающую создание конструкций, которые либо быстро выходят из строя, либо остаются целыми. Более четкая картина предоставляет астрономам лучшие места для наблюдений и оставляет открытой возможность того, что старые, прочные структуры все еще могут сохраняться.