Jak zaawansowana cywilizacja może powstrzymać ciemną energię przed zapobieganiem ich przyszłej eksploracji

W latach trzydziestych astronomowie zdali sobie sprawę, że Wszechświat jest w stanie ekspansji. W latach 90. zdali sobie sprawę, że tempo jego ekspansji przyspiesza, co doprowadziło do teorii „ciemnej energii”. Z tego powodu szacuje się, że w ciągu następnych 100 miliardów lat wszystkie gwiazdy w Grupie Lokalnej - tej części Wszechświata, która obejmuje łącznie 54 galaktyki, w tym Drogę Mleczną - rozszerzą się poza horyzont kosmiczny.

W tym momencie gwiazdy te nie będą już widoczne, ale niedostępne - co oznacza, że ​​żadna zaawansowana cywilizacja nie będzie w stanie wykorzystać swojej energii. Zajmując się tym, dr Dan Hooper - astrofizyk z Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL) i University of Chicago - niedawno przeprowadził badanie wskazujące, w jaki sposób wystarczająco zaawansowana cywilizacja może być w stanie zebrać te gwiazdy i zapobiec ich ekspansji na zewnątrz.

Ze względu na swoje badania, które niedawno ukazały się w Internecie pod tytułem „Życie kontra ciemna energia: jak zaawansowana cywilizacja może się oprzeć przyśpieszającemu rozszerzaniu się wszechświata”, dr Dan Hooper zastanowił się, w jaki sposób cywilizacje mogą odwrócić proces kosmiczny ekspansja. Ponadto sugeruje sposoby, w jakie ludzkość może szukać oznak takiej cywilizacji.

Mówiąc prościej, teoria Ciemnej Energii jest taka, że ​​przestrzeń jest wypełniona tajemniczą niewidzialną siłą, która przeciwdziała grawitacji i powoduje, że Wszechświat rozszerza się w przyspieszającym tempie. Teoria wywodzi się ze stałej kosmologicznej Einsteina, terminu, który dodał do swojej teorii ogólnej teorii względności, aby wyjaśnić, jak Wszechświat może pozostać statyczny, a nie być w stanie rozszerzania się lub kurczenia.

Chociaż Einstein okazał się niesłuszny, dzięki obserwacjom pokazującym, że Wszechświat się rozszerza, naukowcy ponownie przeanalizowali tę koncepcję, aby wyjaśnić, jak przyspieszyła się ekspansja kosmiczna w ciągu ostatnich kilku miliardów lat. Jedynym problemem związanym z tą teorią, według badań dr Hoopera, jest to, że ciemna energia ostatecznie stanie się dominująca, a tempo ekspansji kosmicznej Wszechświat wzrośnie wykładniczo.

W rezultacie Wszechświat rozszerzy się do punktu, w którym wszystkie gwiazdy są tak daleko od siebie, że inteligentne gatunki nawet ich nie zobaczą, nie mówiąc już o ich eksploracji lub wykorzystaniu ich energii. Jak dr Hooper powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:

„Kosmolodzy nauczyli się przez ostatnie 20 lat, że nasz wszechświat rozwija się w przyspieszającym tempie. Oznacza to, że w ciągu około 100 miliardów lat większość gwiazd i galaktyk, które możemy teraz zobaczyć na niebie, zniknie na zawsze, wykraczając poza regiony kosmiczne, do których moglibyśmy dotrzeć, nawet w zasadzie. Ograniczy to zdolność dalekiej przyszłości zaawansowanej cywilizacji do gromadzenia energii, a tym samym ograniczy dowolną liczbę rzeczy, które chcieliby osiągnąć. ”

Oprócz bycia szefem teoretycznej grupy astrofizyki na FNAL, dr Hooper jest również profesorem nadzwyczajnym na Wydziale Astronomii i Astrofizyki na Uniwersytecie w Chicago. Jako taki jest dobrze zorientowany, jeśli chodzi o wielkie pytania dotyczące inteligencji pozaziemskiej (ETI) i tego, w jaki sposób kosmiczna ewolucja wpłynie na inteligentne gatunki.

Aby zmierzyć się z tym, jak zaawansowane cywilizacje mogłyby żyć w takim wszechświecie, dr Hooper zaczyna od założenia, że ​​przedmiotowe cywilizacje będą typem III w skali Kardasheva. Nazwana na cześć rosyjskiego astrofizyka Nikołaja Kardasheva cywilizacja typu III osiągnąłaby rozmiary galaktyczne i mogłaby kontrolować energię w skali galaktycznej. Jak wskazał Hooper:

„W mojej pracy sugeruję, że racjonalną reakcją na ten problem byłoby szybkie rozprzestrzenienie się cywilizacji na zewnątrz, przechwytywanie gwiazd i transportowanie ich do cywilizacji centralnej, gdzie można je wykorzystać. Te gwiazdy mogą być transportowane za pomocą wytwarzanej przez nich energii. ”

Jak przyznaje dr Hooper, wniosek ten opiera się na dwóch założeniach - po pierwsze, że wysoce zaawansowana cywilizacja będzie próbowała zmaksymalizować swój dostęp do użytecznej energii; a po drugie, że nasze obecne rozumienie ciemnej energii i przyszłej ekspansji naszego Wszechświata jest w przybliżeniu poprawne. Mając to na uwadze, dr Hooper próbował obliczyć, które gwiazdy można zebrać za pomocą kulek Dysona i innych megastruktur.

Według dr Hoopera zbiory te polegałyby na budowaniu niekonwencjonalnych Kul Dysona, które wykorzystywałyby energię zebraną od gwiazd do napędzania ich w kierunku centrum cywilizacji gatunku. Gwiazdy o dużej masie prawdopodobnie ewoluują poza główną sekwencją, zanim dotrą do miejsca docelowego cywilizacji centralnej, a gwiazdy o niskiej masie nie wygenerują wystarczającej ilości energii (a zatem przyspieszenia), aby uniknąć wypadnięcia poza horyzont.

Z tych powodów dr Hooper konkluduje, że gwiazdy o masach od 0,2 do 1 mas Słońca będą najbardziej atrakcyjnymi celami do zbioru. Innymi słowy, gwiazdy podobne do naszego Słońca (typu G lub żółty karzeł), pomarańczowe karły (typu K) i niektóre gwiazdy typu M (czerwony karzeł) byłyby odpowiednie do celów cywilizacji typu III. Hooper wskazuje, że należy wziąć pod uwagę czynniki ograniczające:

„Bardzo małe gwiazdy często nie wytwarzają wystarczającej ilości energii, aby sprowadzić je z powrotem do centralnej cywilizacji. Z drugiej strony bardzo duże gwiazdy są krótkotrwałe i zabraknie im paliwa jądrowego, zanim dotrą do miejsca przeznaczenia. Zatem najlepszymi celami tego rodzaju programu byłyby gwiazdy o podobnej wielkości (lub trochę mniejsze) niż Słońce. ”

Opierając się na założeniu, że taka cywilizacja mogłaby podróżować z prędkością 1–10% prędkości światła, dr Hooper szacuje, że byliby w stanie zbierać gwiazdy w promieniu w przybliżeniu 20 do 50 megaparseków (około 65,2 miliona na 163 miliony lat świetlnych). W zależności od wieku, od 1 do 5 miliardów lat, byliby w stanie zbierać gwiazdy w zakresie od 1 do 4 megaparseków (3260 do 13 046 lat świetlnych) lub nawet do kilkudziesięciu megaparseków.

Oprócz zapewnienia ram dla tego, jak wystarczająco zaawansowana cywilizacja mogłaby przetrwać kosmiczne przyspieszenie, praca dr Hoopera zapewnia także nowe możliwości w poszukiwaniu inteligencji pozaziemskiej (SETI). Choć jego studium dotyczy przede wszystkim możliwości pojawienia się takiej mega-cywilizacji w przyszłości (być może nawet naszej), przyznaje także, że taka istnienie może już istnieć.

W przeszłości naukowcy sugerowali poszukiwanie Kul Dysona i innych megastruktur we Wszechświecie, szukając sygnatur w pasmach podczerwieni lub sub-milimetrowych. Jednak megastruktury, które zostały zbudowane w celu całkowitego zebrania energii gwiazdy i wykorzystania jej do transportu ich w przestrzeni kosmicznej z relatywistycznymi prędkościami, emitowałyby zupełnie inne sygnatury.

Ponadto obecność takiej mega-cywilizacji można rozpoznać, przyglądając się innym galaktykom i regionom kosmosu, aby sprawdzić, czy proces zbierania i transportu już się rozpoczął (lub jest w zaawansowanym stadium). Podczas gdy dawni poszukiwacze Kul Dysona koncentrowali się na wykrywaniu obecności struktur wokół poszczególnych gwiazd w Drodze Mlecznej, tego rodzaju poszukiwania koncentrowałyby się na galaktykach lub grupach galaktyk, w których większość gwiazd byłaby otoczona kulami Dysona i usunięta.

„Daje nam to zupełnie inny sygnał do poszukiwania” - powiedział dr Hooper. „Zaawansowana cywilizacja, która jest w trakcie realizacji tego programu, zmieniłaby rozkład gwiazd w regionach o zasięgu dziesiątek milionów lat świetlnych i prawdopodobnie wytworzyłaby inne sygnały w wyniku napędu gwiazdowego”.