As esferas de Dyson

As esferas de Dyson são megasestruturas artificiais hipotéticas construídas ao redor de uma estrela para coletar toda a sua energia radiante.

♦   As esferas de Dyson são megasestruturas artificiais hipotéticas construídas em torno de uma estrela para coletar toda a sua energia radiante.

Em teoria, a detecção de uma esfera de Dyson poderia ser uma maneira de encontrar uma civilização alienígena tecnologicamente avançada que não desejasse se comunicar.

No entanto, existem muitos desafios para construir e encontrar essas esferas de Dyson, também chamadas de enxames de Dyson.

🔹  QUAL É A TEORIA DE UMA ESFERA DYSON?

A ideia por trás de uma esfera de Dyson é coletar o máximo possível de energia de uma estrela. Na Terra, a quantidade total de energia que recebemos do sol - um valor conhecido como irradiância solar total - é de 1.361 watts por metro quadrado, conforme medido pelo Experimento de Radiação Solar e Clima da NASA. No entanto, essa é apenas uma pequena proporção da produção total de energia do sol irradiada em todas as direções, que é de 380 bilhões de quatrilhões (3,86 x 1026) de watts a cada segundo, de acordo com o Australian Space Weather Forecasting Centre. Como a Terra é muito pequena em comparação, recebemos apenas uma pequena proporção dessa energia.

Suponha, porém, que uma civilização tecnológica empreendedora quisesse usar toda a energia de sua estrela que, de outra forma, se deslocaria para o espaço na velocidade da luz. Se ela tivesse tecnologia suficientemente avançada, poderia construir uma esfera de Dyson - um enxame esférico de coletores de energia solar que encapsularia completamente sua estrela e coletaria toda a sua energia.

Cientistas que estudam a busca por inteligência extraterrestre (SETI) classificam uma civilização com uma esfera de Dyson como sendo do Tipo II na escala de Kardashev, o que significa que ela é capaz de utilizar toda a energia de uma estrela, na ordem de 1.026 watts por segundo. (Esse valor varia de estrela para estrela, pois algumas estrelas são mais ou menos luminosas que o Sol). Uma civilização do Tipo I utiliza toda a energia disponível em um único planeta - combustíveis fósseis, fontes de energia renováveis e energia nuclear - que é calculada em cerca de 1.016 watts por segundo. E uma civilização do Tipo III utiliza toda a energia de uma galáxia inteira, construindo esferas de Dyson ao redor de cada estrela e obtendo energia do buraco negro supermassivo central, e atinge 1.036 watts por segundo.

Se você está se perguntando qual é a nossa posição nessa escala, atualmente somos uma civilização do tipo Kardashev 0,7449 - nem sequer fazemos uso total de toda a energia disponível na Terra.

🔹 FAQS SOBRE ESFERAS DE DYSON

 👁️ O que é uma esfera de Dyson? 

-- Em 1960, o físico Freeman Dyson sugeriu que civilizações extraterrestres tecnológicas poderiam construir uma nuvem de coletores de energia solar que circundaria completamente sua estrela e que seria detectável a partir de seu calor residual.

👁️ Uma esfera de Dyson é possível? 

-- Em teoria, sim, uma esfera de Dyson é possível. Entretanto, os recursos necessários, a habilidade de engenharia e o tempo que levaria para construí-la podem torná-la uma ambição insuperável.

👁️ Quanto custaria uma esfera de Dyson? 

-- Supondo que pudéssemos construir uma esfera de Dyson, teríamos que desmontar um planeta inteiro para obter as matérias-primas. Não é possível estabelecer um custo para isso, mas, em teoria, uma esfera de Dyson deveria ser capaz de recuperar seu dinheiro e muito, muito mais na quantidade de energia que gera.

🔹 QUEM INVENTOU A IDEIA DA ESFERA DE DYSON?

Como o nome sugere, o conceito de esferas de Dyson foi inventado pelo grande físico e polímata Freeman Dyson. Mas sua ideia, publicada na revista Science em 1960, foi inspirada por várias outras fontes, incluindo o romance de ficção científica "Star Maker", de Olaf Stapledon, de 1937, de acordo com uma entrevista que Dyson conduziu com estudantes da Universidade de Edimburgo. Na mesma entrevista, Dyson, que faleceu em fevereiro de 2020, descreveu como o conceito da esfera de Dyson surgiu da pergunta: "Como poderíamos detectar uma civilização [tecnologicamente] avançada que não deseja se comunicar?" Dyson imaginou que procurar sinais de imensas megaestruturas artificiais era a maneira de fazer isso.

Dyson teve uma carreira variada e empolgante. Nascido na Inglaterra, ele estudou na Universidade de Cambridge, mudou-se para a Universidade de Cornell no início da década de 1950 e depois foi transferido para a Universidade de Princeton, onde permaneceu até o fim de sua carreira. A pesquisa de Dyson foi variada, abrangendo tópicos como eletrodinâmica quântica, naves espaciais movidas a energia nuclear (Projeto Orion), a origem da vida, física da matéria condensada e vários problemas matemáticos.

🔹 HAVIA UMA ESFERA DYSON EM "JORNADA NAS ESTRELAS"?

Embora as esferas de Dyson e megasestruturas semelhantes tenham aparecido na ficção científica antes e depois do artigo de Dyson de 1960 sobre o assunto, possivelmente a representação mais famosa é encontrada em um episódio de 1992 de "Star Trek: The Next Generation" chamado "Relics". Nele, a tripulação da Enterprise-D descobre uma nave estelar da Federação acidentada na superfície externa de uma esfera de Dyson e, preservado nos amortecedores de transporte da nave, está ninguém menos que Montgomery Scott - o Scotty do "Star Trek" original. À medida que a Enterprise explora a esfera de Dyson, ela fica presa em seu interior, e Scotty e Geordi La Forge precisam resgatá-la.

O episódio comete a gafe comum de representar uma esfera de Dyson como uma enorme e sólida concha de metal. Na realidade, uma concha sólida seria mecânica e dinamicamente instável e vulnerável a impactos que poderiam rompê-la. Qualquer perturbação gravitacional também poderia empurrá-la contra a estrela que a circunda, destruindo-a assim.

Em vez disso, Dyson esclareceu seu artigo original dizendo que um enxame de pequenos coletores de energia solar ao redor de uma estrela seria mais viável do que uma esfera gigante e sólida, pois, mesmo que uma parte do enxame fosse danificada, o restante ficaria bem e as seções individuais poderiam ter propulsores para manter suas posições. Portanto, uma esfera de Dyson é, mais propriamente, um enxame de Dyson.

🔹 COMO PODERIA SER CONSTRUÍDO UM ENXAME DE DYSON?

 Em seu artigo original de 1960, Dyson fez um cálculo de ordem de magnitude e considerou que uma civilização teria que desmantelar um planeta do tamanho de Júpiter para ter matéria-prima suficiente para construir um enxame de Dyson. No entanto, se quiséssemos construir um enxame de Dyson em nosso sistema solar, Júpiter estaria muito longe do sol.

Em vez disso, em uma palestra na Universidade de Oxford, o astrônomo Stuart Armstrong propôs que o desmantelamento do planeta mais interno, Mercúrio, poderia funcionar bem e que ele contém material útil suficiente para produzir um enxame esférico de coletores solares na órbita de Mercúrio, com cada coletor tendo 245 gramas por metro quadrado (0,54 libras por 3,2 pés quadrados).

O processo poderia ser inicializado: Começando pequeno, a energia gerada por uma matriz solar relativamente pequena poderia gerar energia suficiente para alimentar a mineração de asteroides para construir mais matrizes solares que forneceriam energia suficiente para iniciar a mineração e o desmantelamento de Mercúrio. Dessa forma, embora um enxame de Dyson pareça inviável, a construção começaria pequena e cresceria organicamente. Armstrong descreveu como cada nova fase de construção, impulsionada pelo crescimento de cada novo ciclo de mineração e coleta de energia solar, se tornaria exponencial.

🔹 COMO PODEMOS DETECTAR ENXAMES DE DISON?

Lembre-se da intenção original de Dyson: criar uma maneira de detectar sociedades extraterrestres tecnologicamente sofisticadas que ainda não estejam tentando se comunicar conosco. Mas como podemos detectar um enxame de Dyson se eles bloquearam e absorveram toda a luz de sua estrela?

É aí que entra a segunda lei da termodinâmica: Ela descreve como o calor sempre fluirá de um objeto mais quente para uma região mais fria. Quando os coletores solares em um enxame de Dyson absorvem a radiação da estrela que os cerca, eles se tornam muito mais quentes do que o espaço ao seu redor. A segunda lei da termodinâmica descreve como esses coletores solares quentes emitirão energia térmica - "calor residual", conforme descrito pelo astrônomo da Penn State e cientista do SETI Jason Wright - para o espaço mais frio ao seu redor. Em termos práticos, isso evitará que os coletores solares superaqueçam e derretam.

O resultado é que um enxame de Dyson deve irradiar no infravermelho térmico. Para descobrir um, então, os astrônomos devem detectar um objeto no espaço profundo que esteja emitindo quantidades anômalas de radiação infravermelha. O problema é que os objetos naturais - por exemplo, estrelas vermelhas evoluídas que produzem poeira, nebulosas planetárias ou galáxias empoeiradas distantes - podem imitar a assinatura de uma esfera de Dyson no céu noturno. Isso significa que os caçadores de enxames de Dyson devem primeiro descartar todas as explicações naturais possíveis antes de afirmar que encontraram uma megaestrutura alienígena.

🔹 ENCONTRAMOS ALGUMAS MEGASTRUTURAS ALIENÍGENAS? 

As primeiras buscas por enxames de Dyson foram realizadas na década de 1980 com dados do Infrared Astronomical Satellite (IRAS). Em 2009, Richard Carrigan, astrônomo do Fermi National Accelerator Laboratory, retomou a pesquisa, revisando e reanalisando os dados do IRAS. Carrigan identificou 16 fontes de infravermelho que, segundo ele, mereciam uma investigação mais aprofundada, acrescentando a ressalva de que provavelmente são fenômenos naturais.

Mais recentemente, um programa de busca de enxames de Dyson chamado Projeto Hephaistos, auxiliado por aprendizado de máquina, analisou 5 milhões de objetos nos bancos de dados do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA, da missão astrométrica Gaia da Agência Espacial Europeia e do Two Micron All-Sky Survey. Ele revelou sete enxames de Dyson candidatos que exibiam excesso de emissão infravermelha. Esses enxames, se reais, seriam enxames parciais que circundam apenas parte de sua estrela.

Entretanto, esses sete candidatos foram refutados por outro grupo, que mostrou que pelo menos alguns dos candidatos estão muito próximos no céu de algumas galáxias de fundo empoeiradas que têm fortes emissões de infravermelho. Enquanto isso, outra pesquisa com os mesmos dados encontrou 53 candidatos com emissões infravermelhas interessantes. No entanto, em todos esses casos, os fenômenos naturais são a explicação mais provável e devem ser descartados antes que algo seja declarado um enxame de Dyson.

Caso em questão: a estrela de Boyajian, também conhecida como estrela de Tabby ou KIC 8462852. Encontrada pela astrônoma Tabetha Boyajian, a estrela exibe muitos trânsitos incomuns, como se um enxame de objetos a estivesse orbitando. Em alguns momentos, 22% da luz da estrela foi bloqueada, em comparação com o 1% que um gigante gasoso do tamanho de Júpiter bloquearia durante o trânsito.

Houve muita discussão sobre se esses estranhos trânsitos estavam sendo causados por uma megaestrutura alienígena, como um enxame parcial de Dyson. No final, as quedas na luz das estrelas foram explicadas como sendo causadas por nuvens de poeira, possivelmente de uma exo-lua órfã em evaporação ou de um exocometa.

É claro que nossa galáxia não é o universo inteiro. Mesmo que não existam outras civilizações tecnológicas na Via Láctea, há mais 2 trilhões de galáxias por aí - portanto, talvez exista uma civilização tecnológica em algum lugar que esteja construindo enxames de Dyson.

Embora enxames de Dyson individuais sejam indetectáveis a distâncias intergalácticas, uma galáxia inteira cheia deles seria detectável. Essa civilização que se estende por toda a galáxia, com enxames de Dyson ao redor de cada estrela da galáxia, seria uma civilização do tipo III de Kardashev. Embora uma pesquisa com o WISE não tenha encontrado nenhuma, ela deixou em aberto a possibilidade de galáxias em que apenas uma fração das estrelas tenha enxames de Dyson.

É claro que é totalmente possível que os alienígenas, se existirem, não construam enxames de Dyson. Talvez isso leve muito tempo ou exija muitos recursos, ou o crescimento infinito por meio do consumo de energia não seja mais um objetivo para eles. O conceito de um enxame de Dyson é, afinal de contas, apenas uma ideia humana do século XX.

🔹 PERGUNTAS E RESPOSTAS COM UM ESPECIALISTA

Erik Zackrisson é professor associado do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Uppsala, na Suécia, e fala sobre seu trabalho de busca de enxames de Dyson para o Projeto Hephaistos.

👁️ A equipe do Projeto Hephaistos encontrou sete candidatos parciais a enxames de Dyson com excesso de infravermelho incomum. Qual é a próxima etapa para verificá-los? 

-- Já temos espectros ópticos de observações de acompanhamento de alguns desses candidatos. Esses espectros indicam que os objetos são anãs vermelhas normais sem nenhum sinal óbvio de juventude, o que poderia explicar o excesso de infravermelho. Novas imagens de infravermelho médio com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) ou mapas submilimétricos do ALMA [Atacama Large Millimeter/submillimeter Array] poderiam nos dizer se estamos vendo um único objeto ou uma superposição de dois, como no caso em que o excesso de infravermelho vem de um objeto de fundo.

No entanto, desde que o fluxo óptico e o infravermelho médio sejam provenientes do mesmo objeto, é realmente necessário fazer espectroscopia no infravermelho médio para determinar a natureza do excesso de infravermelho. Se o excesso for devido à poeira, espera-se ver características de emissão que reflitam a composição da poeira. Por outro lado, se o excesso for causado por uma esfera de Dyson, esperamos ver radiação contínua pura. O instrumento de infravermelho médio do JWST seria o instrumento perfeito para isso.

👁️ Houve um artigo de refutação que sugeriu que os candidatos são a contaminação de fundo de galáxias empoeiradas. Você concorda que essa é uma possibilidade? 

-- Para os casos em que o rádio é detectado, concordo plenamente. Para os casos em que nenhuma fonte de rádio foi detectada, acho que a situação é menos clara.

👁️ Em 2018, você escreveu um artigo sobre como uma estrela com um enxame de Dyson ao seu redor pode parecer muito mais distante devido ao quão vermelha ela é em comparação com sua distância medida por meio de paralaxe e que Gaia poderia ser usada para encontrar essas incompatibilidades de distância. Esse método poderia ajudar com relação aos candidatos encontrados pelo Projeto Hephaistos? 

-- Em geral, seria muito útil ter diagnósticos adicionais além do excesso de infravermelho, mas o problema com o diagnóstico de incompatibilidade de distância é que ele só funciona para enxames de Dyson com fração de cobertura muito alta (ou seja, uma esfera quase completa). Portanto, ele não é muito útil para nossos candidatos atuais.

👁️ As pesquisas de enxames de Dyson estão procurando uma forma muito específica de engenharia, mas como não sabemos realmente o que os ETs podem fazer e construir, será que podemos estar deixando passar outros tipos de tecnoassinaturas? 

-- A simples busca por desvios e anomalias das leis naturais poderia ser uma boa maneira de procurar por tecnoassinaturas sem fazer suposições sobre elas? A busca por exceções de um tipo ou de outro em grandes conjuntos de dados poderia ser um método viável para sondar a astrofísica extrema, novos fenômenos astrofísicos e, em princípio, a astroengenharia artificial. No entanto, é preciso ter em mente que a grande maioria dos outliers tende a se dever a dados ruins, defeituosos ou ambíguos, portanto, tentar encontrar algo realmente interessante usando esse método pode ser um trabalho bastante árduo.

🔹 RECURSOS ADICIONAIS 

Veja como as esferas de Dyson poderiam ser construídas, bem como suas propriedades, na página de perguntas frequentes sobre esferas de Dyson do pesquisador de Oxford Anders Sandberg. Saiba mais sobre o compromisso da NASA em investir na busca de tecnoassinaturas, incluindo enxames de Dyson. Explore a história da missão Wide-field Infrared Survey da NASA, que tem sido usada para várias buscas de enxames de Dyson.

🔹 BIBLIOGRAFIA

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🌏 Créditos/fonte/Publicação: por  Keith Cooper  . space.com

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