En 2016, le physicien Stephen Hawking et le milliardaire Yuri Milner ont révélé un plan pour voyager vers les étoiles. Le soi-disant projet Breakthrough Starshot est un programme de 100 millions de dollars visant à développer et à démontrer la technologie nécessaire pour visiter un système d'étoiles à proximité. Les cibles potentielles incluent Proxima Centauri, un système à environ quatre années-lumière, avec plusieurs exoplanètes, dont l'une est similaire à la Terre.
Projet révolutionnaire Starshot
Le plan de Hawking et Milner était de construire des milliers de minuscules vaisseaux spatiaux de la taille d'une micropuce et d'utiliser la lumière pour les accélérer à des vitesses relativistes - c'est-à-dire proches de la vitesse de la lumière. Une grande flotte augmente les chances qu'au moins l'un d'entre eux arrive en toute sécurité. Chaque "star chip" est attaché à une voile légère de la taille d'un terrain de badminton puis irradié avec des lasers au sol extrêmement puissants.
Le mouvement laser présente de nombreux avantages. Le plus important est que les vaisseaux spatiaux n'ont pas besoin de carburant, ce qui signifie qu'ils ne doivent pas emporter de cargaison supplémentaire avec eux. De plus, en accélérant la voile légère, vous pouvez accélérer le bateau à 20% de la vitesse de la lumière. Dans ce scénario, la flotte arrivera à Proxima Centauri dans moins de 30 ans.
Les lasers incroyablement puissants requis pour une telle mission seraient particulièrement difficiles et coûteux à développer. Une question évidente se pose: existe-t-il un autre moyen d'atteindre des vitesses relativistes?
Aujourd'hui, nous avons une sorte de réponse, grâce au travail de David Kipping, astronome à l'Université Columbia à New York. Kipping a mis au point une nouvelle forme de fronde gravitationnelle, la même technique que la NASA a utilisée pour envoyer, par exemple, le vaisseau spatial Galileo à Jupiter. L'idée est d'accélérer le vaisseau spatial en le pointant près d'un objet énorme comme une planète. Ainsi, le vaisseau spatial emportera une partie de la vitesse de la planète et accélérera avec son aide.
Les frondes gravitationnelles fonctionnent très bien sur les corps massifs. Dans les années 1960, le physicien Freeman Dyson a calculé qu'un trou noir pouvait accélérer un vaisseau spatial à des vitesses relativistes. Mais les forces sur un vaisseau spatial s'approchant d'un tel objet sont susceptibles de le détruire.
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Kipping a donc proposé une alternative intelligente. Son idée est d'envoyer des photons autour du trou noir, puis d'utiliser l'énergie supplémentaire qu'ils reçoivent pour accélérer la voile de lumière. «L'énergie cinétique du trou noir est transférée au faisceau de lumière sous la forme d'un décalage vers le bleu, et au retour, les photons non seulement accélèrent le vaisseau spatial, mais lui ajoutent également de l'énergie», explique Kipping.
Ce processus dépend du champ gravitationnel extrêmement puissant autour du trou noir. Étant donné que les photons ont une petite masse, mais toujours au repos, ce champ est capable de piéger la lumière sur une orbite circulaire.
Le travail de Kipping est basé sur une orbite légèrement différente, dirigeant les photons émis par le vaisseau spatial autour du trou noir et inversement - une sorte d'orbite boomerang. En voyageant, les photons sur le boomerang recevront l'énergie cinétique du mouvement du trou noir.
C'est cette énergie qui peut accélérer un engin spatial équipé d'une voile légère appropriée. Kipping appelle son idée un "moteur halo". Le moteur halo transfère l'énergie cinétique d'un trou noir en mouvement à l'engin spatial en utilisant la gravité. De plus, le vaisseau spatial ne consomme aucun de son propre carburant dans ce processus.
Étant donné que le moteur halo utilise le mouvement d'un trou noir, il est préférable de l'appliquer aux binaires dans lesquels un trou noir tourne autour d'un autre objet. Les photons reçoivent ensuite l'énergie du mouvement du trou noir aux points appropriés de son orbite.
Et un tel moteur doit fonctionner avec toute masse nettement inférieure à la masse du trou noir. Kipping dit que des mécanismes de la taille d'une planète sont possibles avec lui. Ainsi, une civilisation suffisamment avancée peut voyager à des vitesses relativistes d'une partie de la galaxie à une autre, sautant d'un système binaire de trous noirs à un autre. «Une civilisation avancée pourrait utiliser le concept de voile légère pour atteindre des vitesses relativistes et des mouvements extrêmement efficaces», dit-il.
Le même mécanisme peut également ralentir le vaisseau spatial. Cette civilisation avancée est donc susceptible de rechercher des paires de systèmes binaires avec des trous noirs qui agiront comme accélérateurs et modérateurs.
La Voie lactée contient environ 10 milliards de systèmes de trous noirs binaires. Mais Kipping note qu'il n'y aura probablement qu'un nombre limité de trajectoires qui les relient, de sorte que ces autoroutes interstellaires seront probablement très précieuses.
Bien entendu, la technologie nécessaire pour exploiter ce concept est actuellement hors de la portée de l'humanité. Mais les astronomes devraient être en mesure de déterminer où se trouvent les meilleures autoroutes stellaires, ainsi que de rechercher des technosignatures de civilisations capables de les exploiter.
Ilya Khel