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La nave que nos permite ampliar nuestro horizonte cósmico y llegar a otras galaxias
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La nave que nos permite ampliar nuestro horizonte cósmico y llegar a otras galaxias

El prestigioso astrofísico de Harvard Avi Loeb nos explica cómo tendría que ser una nave espacial que nos permitiera abandonar la Vía Láctea y explorar otras galaxias

Foto: Ilustración de una sonda. (inteligencia artificial-Midjourney-Novaceno-OK)
Ilustración de una sonda. (inteligencia artificial-Midjourney-Novaceno-OK)

Los jugadores de béisbol saben que una pelota que sube acaba finalmente bajando. Pero su experiencia se limita a velocidades de hasta 106 millas por hora [170 km/h], el récord Guinness del lanzamiento de béisbol más rápido de la historia, o 122 millas por hora [196 km/h] para la bola más fuertemente bateada. Traducido a unidades métricas, esto corresponde a una velocidad máxima de 0,055 kilómetros por segundo.

Hasta ahora, la humanidad nunca ha intentado lanzar una nave espacial que pudiera escapar de la Vía Láctea. Pero en el futuro podría hacerlo

Una bola que se moviera a una velocidad 200 veces superior por encima de la atmósfera terrestre escaparía de las cadenas de la atracción gravitatoria de la Tierra para no volver jamás. Esta velocidad de escape de 11 kilómetros por segundo es un requisito previo para las misiones al espacio profundo dentro del sistema solar. Ir más allá del sistema solar requiere una velocidad de lanzamiento mayor. Para que una nave espacial alcance el espacio interestelar desde la órbita de la Tierra, debe obtener una velocidad de 42 kilómetros por segundo en relación con el Sol.

Foto: Una imagen del transbordador militar X-37B de los EEUU que inspiró la nave China. (Boeing)

Estas velocidades se aplican también a la inversa. Los meteoritos llegan a la atmósfera terrestre a una velocidad superior a 11 kilómetros por segundo. Cualquier objeto interestelar, como `Oumuamua, llegaría a la distancia de la Tierra al Sol con una velocidad superior a 42 kilómetros por segundo. En consecuencia, los meteoros interestelares son más rápidos que los del sistema solar. El hecho de que dos meteoros interestelares, IM1 e IM2, mantuvieran su integridad hasta la atmósfera inferior implica que son más resistentes que las otras 271 rocas espaciales del catálogo CNEOS de bolas de fuego de la NASA, como había demostrado en un artículo con mi alumno, Amir Siraj.

Pero, ¿cuál es la velocidad de lanzamiento necesaria para viajar más allá de la Vía Láctea? El satélite Gaia de la ESA ha medido con mayor fiabilidad la velocidad de las estrellas más cercanas al Sol, lo que implica que la velocidad de escape de la Vía Láctea es de 500 kilómetros por segundo. Esto es unas treinta veces más rápido que la velocidad de nuestra última sonda interestelar, New Horizons, en relación con el Sol.

placeholder Una pequeña porción de un nuevo estudio de la Vía Láctea, con 3.320 millones de estrellas, tomada con la Cámara de Energía Oscura fabricada por el DOE en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de la NSF en Chile, un Programa de NOIRLab.
Una pequeña porción de un nuevo estudio de la Vía Láctea, con 3.320 millones de estrellas, tomada con la Cámara de Energía Oscura fabricada por el DOE en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de la NSF en Chile, un Programa de NOIRLab.

Hasta ahora, la humanidad nunca ha intentado lanzar una nave espacial que pudiera escapar de la Vía Láctea. Pero en el futuro podría hacerlo. Ingenuamente, cabría esperar que una nave de este tipo llegara a destinos intergalácticos más lejanos durante periodos de tiempo de viaje más largos. Sin embargo, esta ingenua expectativa no se cumple debido a la expansión del Universo.

George Lemaitre y Edwin Hubble demostraron que la velocidad de recesión de las galaxias lejanas es proporcional a su distancia a nosotros. La constante de proporcionalidad local entre la velocidad de recesión y la distancia se denomina constante de Hubble. Se calcula que tiene un valor de unos 70 kilómetros por segundo por megaparsec, donde un megaparsec es una unidad de distancia igual a 3,3 millones de años luz.

Al invertir en nuestra mente la historia cósmica hacia atrás en el tiempo, nos damos cuenta de que toda la materia se superpuso y alcanzó una densidad infinita en un único momento de nuestro pasado, llamado Big Bang. El periodo transcurrido desde el Big Bang es aproximadamente la distancia de las galaxias en retroceso dividida por su velocidad de recesión cósmica, es decir, la inversa de la constante de Hubble. Tomando la relación entre un megaparsec y 70 kilómetros por segundo, se obtiene una edad cósmica de 14.000 millones de años. Sorprendentemente, esta cifra está dentro del 2% de la determinación precisa de la edad de 13.800 millones de años basada en los datos del satélite Planck sobre el fondo cósmico de microondas.

Para que una nave espacial alcance una galaxia lejana, debe moverse más rápido que la velocidad de recesión de esa galaxia. Pero dada la expansión acelerada del Universo, la tarea es aún más desalentadora. Las mejores mediciones actuales sugieren que la expansión cósmica será exponencial en nuestro futuro. Esto implica que, independientemente de lo rápido que nos lancemos y del tiempo que esperemos, una nave espacial nunca alcanzaría a las galaxias situadas más allá de cierta distancia de nosotros. Esto se debe a que las galaxias distantes acabarán separándose de nosotros más rápido que la luz como resultado de la expansión cósmica acelerada.

placeholder El Big Crunch. (Midjourney - Omar Kardoudi)
El Big Crunch. (Midjourney - Omar Kardoudi)

Según un sencillo cálculo relativista general que he realizado en un nuevo artículo, una nave espacial lanzada desde nuestra galaxia a cierta velocidad sólo podría alcanzar una galaxia que se alejara de nosotros a una velocidad cósmica inferior a la mitad de la velocidad de la nave. Esto introduce el concepto de un horizonte cósmico para cualquier velocidad de lanzamiento, similar a los muros de una prisión para nuestras ambiciones de viaje.

¿Cuáles serían las expectativas realistas para futuros sistemas de propulsión que superen a los cohetes químicos? Como mostré en un artículo con mi antiguo postdoctorado, Manasvi Lingam, un programa espacial ambicioso podría utilizar velas ligeras o eléctricas para superar la velocidad de escape de la Vía Láctea. Una nave espacial que se moviera cien veces más rápido que la velocidad de los cinco cohetes químicos que hemos enviado hasta ahora al espacio interestelar, podría alcanzar el espacio intergaláctico con una velocidad de 1.000 kilómetros por segundo, un tercio por ciento de la velocidad de la luz. A esa velocidad, podría alcanzar galaxias que actualmente se encuentran a menos de 20 millones de años luz o a unos 7 megaparsecs de nosotros. Pero esta nave espacial nunca alcanzará a las galaxias más lejanas, independientemente del tiempo que esperemos.

placeholder Visualización de la nave espacial que puede alcanzar un 20% de la velocidad de la luz usando velas solares. (Project Breakthrough Starshot)
Visualización de la nave espacial que puede alcanzar un 20% de la velocidad de la luz usando velas solares. (Project Breakthrough Starshot)

El centro del cúmulo de galaxias más cercano, el cúmulo de Virgo, se encuentra a 65 millones de años luz. Para llegar más allá de esta distancia se necesitan naves espaciales que se muevan a una velocidad superior al uno por ciento de la velocidad de la luz o a 3.000 kilómetros por segundo. La iniciativa de viajes espaciales más ambiciosa de la humanidad: Starshot, que tengo el privilegio de dirigir, pretende alcanzar una velocidad un orden de magnitud mayor, superior a una décima parte de la velocidad de la luz. Esta iniciativa prevé hacer brillar un potente láser de 100 gigavatios durante unos minutos sobre una vela de luz del tamaño de un metro y la masa de un gramo. Una sonda Starshot podría llegar a galaxias que están un orden de magnitud más lejos que el cúmulo de Virgo, pero todavía dos órdenes de magnitud menos que la distancia hasta la última superficie de dispersión del fondo cósmico de microondas.

El horizonte cósmico de los viajes intergalácticos incluirá menos destinos en nuestro futuro porque las galaxias lejanas seguirán acelerando para alejarse de nosotros. Tenemos que ponernos las pilas rápidamente si queremos llegar a ellas. Como ya mostré en un artículo de 2001, una vez que el Universo envejezca por un factor de diez, ni siquiera una nave espacial que se mueva a la velocidad de la luz no podrá alcanzar ninguna galaxia más allá de la nuestra.

Personalmente, no me preocupa la limitación impuesta a los viajes intergalácticos por la expansión cósmica acelerada. Cuanto más envejezco, más disfruto de la intimidad, el silencio y la libertad. Cuanto más nos alejemos de los chorros de los estallidos extragalácticos de rayos gamma y del ardor de los cuásares, más podremos centrarnos en cultivar buenas relaciones con nuestros vecinos cósmicos inmediatos de la Vía Láctea. Debemos ser amables con ellos, porque son los únicos que permanecerán con nosotros en nuestro habitáculo común durante miles de millones de años. Escapar a la oscuridad del espacio intergaláctico tiene poco sentido dada la acelerada expansión cósmica.

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Los jugadores de béisbol saben que una pelota que sube acaba finalmente bajando. Pero su experiencia se limita a velocidades de hasta 106 millas por hora [170 km/h], el récord Guinness del lanzamiento de béisbol más rápido de la historia, o 122 millas por hora [196 km/h] para la bola más fuertemente bateada. Traducido a unidades métricas, esto corresponde a una velocidad máxima de 0,055 kilómetros por segundo.

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