Les engins spatiaux voyageant près de la vitesse de la lumière devraient être visibles avec la technologie actuelle, déclarent les ingénieurs

Les voyages interstellaires relèvent peut-être de la science-fiction, mais il est simple de calculer que cela devrait être possible compte tenu de la capacité de voyager à une fraction significative de la vitesse de la lumière. Ces types de vitesses peuvent même être réalisables avec des technologies du futur proche et l'argent des contribuables pour les faire fonctionner.

Il y a des défis importants, bien sûr. Et aujourd'hui, Ulvi Yurtsever et Steven Wilkinson de l'entrepreneur de défense Raytheon à El Segundo, en Californie, en décrivent un autre qui semble avoir été négligé jusqu'à présent.

Ces gars soulignent que tout objet voyageant à des vitesses relativistes interagira avec les photons dans le fond cosmique des micro-ondes. Cette interaction devrait créer une traînée qui impose des limites spécifiques à la vitesse à laquelle les engins spatiaux peuvent voyager, disent-ils.

Mais cela devrait également produire une signature unique de vol spatial relativiste qui devrait être visible avec la technologie d'aujourd'hui si des véhicules de ce type traversaient notre voisinage galactique.

Le fond diffus cosmologique est l'écho du Big Bang. C'est la lumière qui reste des premiers instants de la création et qui s'est étirée au fur et à mesure que l'univers s'étendait. Ainsi, bien qu'il ait commencé comme un rayonnement d'énergie beaucoup plus élevée et de longueur d'onde plus courte, il se situe maintenant dans la région des micro-ondes.

Ce rayonnement remplit l'univers. Chaque centimètre cube du cosmos contient plus de 400 photons micro-ondes cosmiques, de sorte qu'un vaisseau spatial traversant l'espace interstellaire entrerait en collision avec des milliers de milliards d'entre eux chaque seconde.

Ces collisions peuvent être considérées au niveau microscopique comme chaque photon frappant un noyau à haute énergie. Les physiciens des particules savent bien que si l'énergie de ces collisions est suffisamment élevée, elles devraient créer des paires électron-positon.

Yurtsever et Wilkinson soulignent que dans le cadre de repos du vaisseau spatial voyageant à une vitesse proche de la lumière, ces photons apparaîtront comme des rayons gamma hautement énergétiques. Si ces rayons gamma ont une énergie supérieure à la masse au repos d'un électron et d'un positon, alors la collision créera une paire électron-positon.

Ils montrent ensuite que ce processus dissipera d'énormes quantités d'énergie. La création de chaque paire électron-positon dissipe 1,6 x 10^(-13) Joules. En supposant une surface de section efficace de, disons, 100 mètres carrés, l'effet dissipatif est d'environ 2 millions de joules par seconde, disons Yurtsever et Wilkinson.

Dans le cadre de repos du vaisseau spatial, la dissipation est encore plus élevée en raison de la dilatation du temps. Les secondes durent effectivement plus longtemps lorsqu'elles se déplacent à grande vitesse, de sorte que la dissipation d'énergie est nettement plus élevée, de l'ordre de 10 ^ 14 Joules par seconde.

C'est une traînée importante pour les moteurs du vaisseau spatial à surmonter, juste pour le maintenir à une vitesse constante, disent Yurtsever et Wilkinson. Ils soutiennent que c'est une bonne raison de maintenir la vitesse du vaisseau spatial en dessous du seuil de création de paires électron-positon et de réduire ainsi la traînée à un niveau négligeable de quelques joules par seconde. Ce seuil se produit lorsque le vaisseau spatial atteint une vitesse qui est de 1 à 3,3 x10^-(17) de la vitesse de la lumière.

Le mouvement d'un vaisseau spatial relativiste aura un autre effet. Il devrait disperser le fond cosmique des micro-ondes d'une manière qui produit une signature unique. Comme un vaisseau spatial baryonique se déplace à des vitesses relativistes, il interagira avec le CMB par diffusion pour provoquer un décalage de fréquence qui pourrait être détectable sur Terre avec la technologie actuelle, disent Yurtsever et Wilkinson.

Ils procèdent ensuite au calcul des propriétés de cette signature. Ils disent que la diffusion devrait générer un rayonnement dans les térahertz vers les régions infrarouges du spectre et que ce signal devrait se déplacer par rapport à l'arrière-plan. Les principales caractéristiques du signal sont une chute rapide de la température accompagnée d'une augmentation rapide de l'intensité, ainsi que le mouvement de la source par rapport à un cadre de référence fixé à des quasars distants, qui devraient être observables, disent Yurtsever et Wilkinson.

En d'autres termes, si des engins spatiaux relativistes traversent l'espace interstellaire, ce type de signature devrait être visible à l'aide de la génération actuelle d'observatoires astrophysiques.

C'est un travail intéressant qui porte l'analyse des voyages spatiaux relativistes à un nouveau niveau. D'autres chercheurs ont exploré la possibilité d'observer des engins spatiaux relativistes en utilisant les émissions optiques que leurs moteurs doivent générer. Mais Yurtsever et Wilkinson vont plus loin.

Bien sûr, ils font un certain nombre d'hypothèses, dont la moindre est que le voyage spatial relativiste est tout à fait possible. En effet, si une civilisation avancée faisait ce genre de saut dans le cosmos, l'interaction avec les photons cosmiques serait probablement le moindre de leurs problèmes puisqu'une collision avec la matière serait beaucoup plus dommageable.

Yurtsever et Wilkinson fournissent quelques chiffres pour mettre cela en contexte. Pour un engin spatial voyageant à une vitesse proche de la lumière, l'impact avec un seul grain de poussière cosmique d'une masse de 10^-(14) grammes aurait une énergie d'impact proche de 10 000 mégajoules.

L'espace intergalactique est relativement exempt de débris, mais même encore, tout vaisseau spatial relativiste aurait besoin d'un moyen de se frayer un chemin.

Matière à réflexion pour les cosmonautes potentiels.

Réf : arxiv.org/abs/1503.05845 : Limites et signatures du vol spatial relativiste

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