Página Inicial » Ciência Avançada




|03|

Buraco negro artificial pode alimentar uma nave espacial

Um dos grandes problemas com a exploração espacial é o transporte de combustível. É uma grande bola de neve: para ir mais longe, é necessário mais combustível, que é pesado e requer muito espaço; assim, são necessárias naves maiores que, por seu tamanho e peso, precisarão de ainda mais combustível para se locomoverem. Justamente por ser um impedimento tão significativo, não falta gente tentando superar esse obstáculo.
 
De acordo com uma teoria, pode ser possível criar um avançado sistema de propulsão que aproveitaria a energia disponível em um buraco negro artificial, uma chamada unidade de Schwarzschild Kugelblitz.

Buraco negro artificial pode ser a solução para combustível no espaço

Realizar o voo interestelar certamente está entre os desafios mais assustadores já desejados pela civilização humana. As distâncias até mesmo a estrelas mais próximas são tão extraordinárias que a construção de um modelo em escala da distância interestelar é impraticável. Mesmo que a separação entre a Terra e o sol fosse de centímetros, a estrela mais próxima do nosso sistema solar, a Proxima Centauri, ainda estaria há quilômetros de distância.
 
O objeto mais rápido já construído pela espécie humana é a sonda espacial Voyager 1, que se desloca a uma velocidade de 18 quilômetros por segundo. Se estivesse indo em direção a Proxima Centauri (o que não está fazendo), a Voyager 1 chegaria ao nosso vizinho estelar em cerca de 80 mil anos.
 
Claramente, se a viagem interestelar precisa ser realizada em escalas de tempo humanas, alcançar velocidades muito maiores é uma obrigação. Com 10% da velocidade da luz (mil vezes mais rápido do que a Voyager 1, mas uma velocidade concebível para prováveis motores de fusão que podem chegar a nós em breve), a Proxima Centuri poderia ser alcançada em cerca de 45 anos.

No entanto, as energias necessárias para alcançar frações substanciais da velocidade da luz, reduzindo assim o tempo de viagem para as estrelas a menos de uma vida humana, são igualmente confusas.
 
Cada meio quilo de nave se movendo a 99,9% da velocidade da luz terá uma energia cinética mais do que três vezes maior do que a energia da maior arma nuclear já detonada. No entanto, pode haver uma maneira de fornecer um motor para tais energias prodigiosas.

Schwarzschild Kugelblitz

Em seu artigo “Geons”, de 1955, John Wheeler, um dos pioneiros da teoria dos buracos negros, cunhou o termo “Kugelblitz”, que pode ser traduzido para algo como “bola de raio”. Ele sugeriu que, se pura energia suficiente pudesse ser focada em uma região do espaço, essa energia iria formar um buraco negro microscópico, o que poderia ser descrito pelas equações de Karl Schwarzschild – um “Schwarzschild Kugelblitz” (ou SK).
 
Avançando 19 anos, encontramos o trabalho inovador de Stephen Hawking, que percebeu que os efeitos da mecânica quântica perto do horizonte de eventos de um buraco negro (o limite para além do qual nenhuma luz ou outra radiação pode escapar) daria origem à emissão de radiação, assim chamada “radiação Hawking”. Quanto menor for o buraco negro, maior sua potência irradiada e menor a sua massa, mas o seu tempo de vida é mais curto até que evapore completamente.
 
O postulado de Wheeler e a teoria da radiação de buraco negro de Hawking tornam concebível um tipo inteiramente novo de espaçonave interestelar, cuja propulsão e/ou sistemas de energia seriam alimentados por um Schwarzschild Kugelblitz.
 
Para ser útil, o SK teria de ser pequeno o suficiente para expulsar a energia necessária, leve o suficiente para ser razoavelmente acelerado, mas grande o suficiente para ter uma vida útil satisfatória. Tal Schwarzschild Kugelblitz seria extremamente pequeno, menor até mesmo do que um próton, que é um dos constituintes básicos de um átomo.
 
Apesar de ser tão minúsculo, Schwarzschild Kugelblitzes são incrivelmente pesados. Um SK típico pesa mais de dois edifícios Empire State e tem uma potência de cerca de 129 petawatts (1 Petawatt = 10 quatrilhões de watts).

A “Capa de Dyson”

Em 1960, o físico Freeman Dyson declarou que uma civilização extremamente avançada poderia orbitar uma estrela de modo a rodeá-la completamente, capturando toda ou maior parte de sua energia emitida, com uma esfera de um raio de uma unidade astronômica (a distância média entre a Terra e o sol). No entanto, algo como a “Esfera de Dyson”, também conhecida como “Concha de Dyson”, quase certamente irá permanecer tecnologicamente impossível para a nossa civilização em um futuro próximo.
 
Alternativamente, uma pequena “Capa de Dyson” (no original em inglês “Dyson Cap”), uma pequena seção de uma Esfera de Dyson com um raio muito menor do que 1 UA, é muito mais concebível. A Capa de Dyson pode ser posicionada além do arco da nave para qual iria absorver a energia irradiada do Schwarzschild Kugelblitz. Isto forneceria impulso para a nave. No entanto, os números não tornam esta opção favorável.
 
Considere uma Capa de Dyson construída a partir de, por exemplo, titânio. A energia absorvida de raios gama de uma SK derreteria tal Capa de Dyson a uma distância de cerca de 30 quilômetros. No entanto, a uma distância de, digamos, 33 quilômetros, a radiação do SK poderia ser captada pela Capa de Dyson sem o risco de derretimento.
A espessura e o diâmetro da Capa de Dyson precisariam ser otimizados para a aceleração máxima. Um grande diâmetro e uma grande espessura aumentariam a quantidade de radiação absorvida. No entanto, existe uma desvantagem aqui. Com muito material, a capa se torna excessivamente pesada e a aceleração da nave estelar é reduzida. Já com muito pouco material, a radiação absorvida é insuficiente para produzir uma aceleração apreciável.
 
A necessidade de colocar a capa tão longe do Schwarzschild Kugelblitz significa que ela vai receber muito pouca radiação e, consequentemente, proporcionar muito pouco impulso.
De fato, ao longo do tempo de vida de 5 anos do SK acima mencionado, uma nave espacial do tamanho de um edifício de escritórios de 100 andares iria aumentar a sua velocidade a apenas 4% da velocidade da luz no momento em que o SK evaporasse. Em contraste, os reatores de fusão postulados mostram a promessa de oferecer de 2 a 3 vezes esta velocidade máxima.
 
A Esfera de Dyson

Em alternativa, se a totalidade da energia acessível pudesse ser capturada e se uma fração significativa dela pudesse ser usada para a propulsão, o resultado mudaria substancialmente. Uma abordagem para realizar a captura total de energia é cercar o Schwarzschild Kugelblitz com uma pequena Esfera de Dyson. A energia da partícula absorvida é alimentada a um motor de calor, o qual impulsiona a nave.
 
Quando toda a energia disponível a partir de um SK típico é usada para alimentar um motor 100% eficaz, a nave vai atingir 72% da velocidade da luz no tempo de vida de 5 anos do SK. Esta velocidade formidável permitiria que a nave chegasse, dentro de uma vida humana, a um bom número de estrelas na vizinhança do sistema solar.

Alguns desafios para o Kugelblitz

Para construir um Esfera de Dyson (ou Capa), um material extremamente leve e muito absorvente seria necessário, porque se ela tivesse um raio de 33 quilômetros e um centímetro de espessura em titânio, teria uma massa de mais de 1.200 edifícios Empire State.
 
Além disso, um laser de raios gama é atualmente a única tecnologia concebível que poderia ser usada para fazer um Schwarzschild Kugelblitz. No entanto, a frequência de saída de tal laser precisaria ultrapassar a tecnologia atual em mais de um bilhão de vezes. A sua duração de pulso teria de ser cem bilhões de vezes mais curta do que a dos lasers de hoje. A energia total de um único pulso de laser teria de ser equivalente à energia que sol irradia em um décimo de segundo.
 
Embora seja verdade que os desafios técnicos tornam improvável que um SK irá abastecer uma nave interestelar em breve, é imperativo que nós abracemos uma ampla gama de pesquisa teórica. SKs pode produzir muitos petawatts de radiação utilizável, portanto, eles têm o potencial de ser uma fonte ideal de energia para naves interestelares. Com o tempo, Schwarzschild Kugelblitzes devem merecer uma posição de destaque no vasto arco tecnológico que poderia um dia nos levar para as estrelas. [io9]

 

 


Conheça os Cursos On-Line
Portal do Conhecimento