Un entraînement de halo pourrait accélérer les engins spatiaux interstellaires à une vitesse proche de la vitesse de la lumière

Rayons X : NASA/CXC/Université d'Amsterdam/N.Rea et al ; Optique : DSS

En 2016, le physicien Stephen Hawking et le milliardaire Yuri Milner ont dévoilé un plan pour voyager vers les étoiles. Le soi-disant projet Breakthrough Starshot est un programme de 100 millions de dollars pour développer et démontrer les technologies nécessaires pour visiter un système stellaire à proximité. Les cibles potentielles incluent Proxima Centauri, un système à environ quatre années-lumière avec plusieurs exoplanètes, dont un corps semblable à la Terre en orbite dans la zone habitable.

Le plan de Hawking et Milner était de construire des milliers de minuscules engins spatiaux de la taille de puces électroniques et d'utiliser la lumière pour les accélérer à une vitesse relativiste, proche de la vitesse de la lumière. Le grand nombre augmente les chances qu'au moins un arrive en toute sécurité. Chaque amidon serait attaché à une voile légère de la taille d'un terrain de badminton, puis zappé avec des lasers au sol extrêmement puissants.

La propulsion laser présente divers avantages. Le plus important est que le vaisseau spatial n'a pas besoin de transporter de carburant, ce qui réduit considérablement sa masse. Il devrait également être capable d'accélérer les voiles légères à une vitesse allant jusqu'à 20% de la vitesse de la lumière. À ce rythme, un féculent arriverait à Proxima Centauri dans moins de 30 ans.

Les lasers incroyablement puissants requis pour une telle mission seront particulièrement difficiles et coûteux à développer. Et cela soulève une question évidente : existe-t-il un autre moyen d'atteindre des vitesses relativistes ?

Aujourd'hui, nous obtenons une sorte de réponse grâce aux travaux de David Kipping, astronome à l'Université de Columbia à New York. Kipping a mis au point une nouvelle forme de fronde gravitationnelle, la même technique que la NASA a utilisée, par exemple, pour envoyer le vaisseau spatial Galileo à Jupiter. L'idée est d'accélérer un vaisseau spatial en l'envoyant survoler un objet massif tel qu'une planète. De cette façon, le vaisseau spatial vole une certaine vitesse du mouvement de la planète, la propulsant sur son voyage.

Les lance-pierres gravitationnels fonctionnent mieux autour de corps extrêmement 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 exercées sur le vaisseau spatial à l'approche d'un tel objet seraient susceptibles de le détruire.

Kipping a donc trouvé une alternative astucieuse. Son idée est d'envoyer des photons autour d'un trou noir, puis d'utiliser l'énergie supplémentaire qu'ils gagnent pour accélérer une voile légère. L'énergie cinétique du trou noir est transférée au faisceau de lumière sous forme de décalage vers le bleu et lors du retour, les photons recyclés non seulement accélèrent, mais ajoutent également de l'énergie au vaisseau spatial, explique Kipping.

Le processus dépend du champ gravitationnel extrêmement puissant autour d'un trou noir. Parce que les photons ont une masse au repos petite mais mesurable, ce champ peut piéger la lumière sur une orbite circulaire.

Le travail de Kipping est basé sur une orbite légèrement différente qui dirige un photon émis par un vaisseau spatial autour du trou noir et le ramène au vaisseau spatial - une sorte d'orbite boomerang. Au cours de ce voyage, les photons boomerang gagnent de l'énergie cinétique grâce au mouvement du trou noir.

C'est cette énergie qui peut accélérer un engin spatial équipé d'une voile légère appropriée. Kipping appelle cela un lecteur de halo. Le halo drive transfère l'énergie cinétique du trou noir en mouvement au vaisseau spatial par le biais d'une assistance gravitationnelle, explique Kipping, soulignant que le vaisseau spatial n'utilise pas de carburant propre dans le processus.

Étant donné que le lecteur de halo exploite le mouvement d'un trou noir, il est préférable de l'appliquer aux systèmes binaires dans lesquels un trou noir orbite autour d'un autre objet. Les photons gagnent alors de l'énergie à partir du mouvement du trou noir aux points appropriés de son orbite.

Et le lecteur devrait fonctionner pour toute masse nettement plus petite que le trou noir. Kipping dit que cela pourrait permettre des véhicules de la taille d'une planète. Ainsi, une civilisation suffisamment avancée pourrait voyager à des vitesses relativistes d'une partie de la galaxie à une autre en sautant d'un système binaire à trou noir à un autre. Une civilisation avancée pourrait utiliser le concept de voile légère pour effectuer une propulsion relativiste et extrêmement efficace, dit-il.

Le même mécanisme peut également ralentir les engins spatiaux. Ainsi, cette civilisation avancée chercherait probablement des paires de systèmes de trous noirs binaires pour agir comme accélérateurs et décélérateurs.

La Voie lactée contient environ 10 milliards de systèmes de trous noirs binaires. Mais Kipping souligne qu'il n'y a probablement qu'un nombre limité de trajectoires qui les relient, de sorte que ces autoroutes interstellaires sont susceptibles d'être des régions précieuses.

Bien sûr, la technologie pour exploiter ce concept est bien au-delà des capacités de l'humanité pour le moment. Mais les astronomes devraient être en mesure de déterminer où se trouvent les meilleures autoroutes interstellaires, puis de rechercher les techno-signatures des civilisations qui pourraient les exploiter.

Tout cela semble très amusant, et les critiques pourraient dire que ce n'est guère plus que du fourrage pour les fans de science-fiction. Peut-être.

Mais le concept d'amidon a été discuté pendant des décennies, généralement en marge de la science. À la suite de l'annonce de Hawking et Milner, le projet a soudainement pris de l'ampleur. En effet, les premières technologies d'amidon ont déjà été testées en orbite terrestre basse et la première mission prévue vers 2036, pour un coût de 5 à 10 milliards de dollars.

C'est un objectif ambitieux, mais même en tenant compte de divers retards, le voyage interstellaire sera probablement possible dans les cent ans suivant les premières incursions de l'humanité dans l'espace. C'est un progrès rapide. Et cela suggère que toute civilisation avec même une petite longueur d'avance sur nous aurait pu faire des progrès beaucoup plus importants.

Réf : arxiv.org/abs/1903.03423 : Le Halo Drive : Propulsion Relativiste Sans Carburant de Grandes Masses Via des Photons Boomerang Recyclés

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