Comment détecter un vaisseau spatial se déplaçant dans le cosmos à une vitesse proche de la lumière ?

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Deux ingénieurs estiment qu’il est possible de détecter les signatures de vaisseaux spatiaux voyageant à des vitesses relativistes (proche de la lumière), en utilisant les technologies actuelles. Le problème, c’est que leur nouvelle analyse suggère également que le fait de se déplacer dans l’espace à une vitesse proche de la lumière est plus dangereux qu’on ne le pensait.

Selon l’étude des ingénieurs de l’entreprise américaine Raytheon, Ulvi Yurtsever et Steven Wilkinson, des vaisseaux spatiaux voyageant à des vitesses approchant celle de la lumière devraient interagir avec le fond diffus cosmologique (CMB) pour produire des signatures lumineuses détectables et distinctes. Cependant, la trainée découlant de collisions impose une contrainte supplémentaire sur la vitesse à laquelle les vaisseaux spatiaux peuvent voyager.

Le fond diffus cosmologique (FDC) est la "rémanence" du Big Bang, un reste persistant que les cosmologistes utilisent pour regarder dans le passé, dans l’âge de l’Univers primordial. Le FDC s’est étendu dans tout le cosmos, mais son énergie peut encore être détectée dans la gamme des micro-ondes. Donc, même si un vaisseau spatial pouvait voyager à travers l’espace, il aurait encore à composer avec les collisions de photons du FDC, qui pourrait apparaitre comme des rayons gamma de haute énergie à vitesses relativistes.

La carte ci-dessous présente la plus ancienne lumière dans notre univers, comme elle a été détectée avec la plus grande précision par la mission Planck. La lumière antique, appelée le fond diffus cosmologique, a été imprimée sur le ciel quand l’univers avait 370 000 ans. Elle montre les minuscules fluctuations de température qui correspondent aux régions aux densités légèrement différentes, représentant les graines de toute la future structure : les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui.

Selon la nouvelle analyse de Yurtsever et Wilkinson, chaque centimètre cube de l’espace contient plus de 400 photons du FDC. Un navire voyageant dans l’espace, par exemple, avec une coque faite de matière baryonique ordinaire, entrerait en collision avec des milliers de milliards de ces photons par seconde, des collisions qui devraient créer des paires électron-positron. Cela produirait une trainée/ résistance considérable sur un vaisseau spatial. Le processus dissiperait d’énormes quantités d’énergie. La création de chaque paire électron-positron dissipe 1,6 x 10 ^ (- 13) Joules.

Selon Yurtsever et Wilkinson :

En supposant une section transversale de 100 mètres carrés, l’effet de dissipation est d’environ 2 millions de joules par seconde.

Pour le reste de l’engin spatial, la dissipation est encore plus élevée en raison de la dilatation du temps. Les secondes durent plus longtemps lors d’un voyage à grande vitesse ainsi la dissipation d’énergie est nettement plus élevée, de l’ordre de 10 ^14 joules par seconde.

C’est une résistance importante et difficile à surmonter pour les moteurs du vaisseau spatial, juste pour le maintenir à une vitesse constante, selon Yurtsever et Wilkinson. Ils soutiennent que c’est une bonne raison de garder la vitesse de l’engin spatial au-dessous du seuil de création de paires électron-positron et ainsi réduire 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 x 10 ^ – (17) de la vitesse de la lumière.

On peut imaginer que les mêmes interactions entre des engins spatiaux relativistes et la matière interstellaire se produisent dans un accélérateur de particules.

En plus de cette trainée, l’effet d’un objet frappant la coque en matière baryonique à grande vitesse serait dramatique. Pour un navire voyageant à près de la vitesse de la lumière, la collision avec un seul grain de poussière cosmique d’une masse de 10 ^ – (14) grammes libèreraient une énergie d’environ 10 000 mégajoules. La même quantité d’énergie libérée par 2400 kg de TNT qui explose. Et c’est juste un seul grain de poussière.

Selon les ingénieurs :

Notre hypothèse que les interactions matière-matière pourront être surmonter quand la civilisation sera en mesure de construire un engin spatial relativiste peut s’avérer fausse et peut constituer un obstacle qui empêchera les voyages dans l’espace (à des vitesses relativistes).

C’est une malheureuse conclusion qui avait déjà été mis en avant par des physiciens de l’université de Sydney et que votre Guru vous décrivait ici : “A la façon Star Trek : l’effet pervers d’un voyage plus rapide que la lumière.

Les bonnes nouvelles sont que ce même effet devrait nous permettre de détecter des navires extraterrestres se déplaçant à des vitesses proches de la lumière.

Des scientifiques ont déjà spéculé de la détection de vaisseaux détectés par le rayonnement provenant de leurs moteurs ou de la lumière des étoiles à proximité se reflétant sur l’engin spatial. Mais l’approche de Yurtsever et Wilkinson est un peu différente.

En voyageant aussi vite, un navire disperserait le FDC pour produire une signature unique sous la forme d’un décalage de fréquence. Ce changement serait détectable dans la fréquence des térahertz aux infrarouges alors qu’un objet se déplace par rapport à l’arrière-plan. Les chercheurs affirment que la dispersion "provoquerait un décalage de fréquence qui pourrait être détectable sur Terre avec la technologie actuelle."

Mais étant donné les problèmes de résistance/ trainée et l’énergie produite par les collisions, d’hypothétiques vaisseaux extraterrestres ne seraient pas capables de se déplacer aussi vite, diminuant ainsi nos espoirs de détecter ces alléchantes signatures.

L’étude disponible sur arXiv : Limits and Signatures of Relativistic Spaceflight.

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4 Réponses à “Comment détecter un vaisseau spatial se déplaçant dans le cosmos à une vitesse proche de la lumière ?”

  1. chouxrave
    29 mars 2015 at 11 h 19 min #

    Si éviter la création d’une paire électron-positon par collision avec un photon suppose de se déplacer à une vitesse de 2 . 10^-17 de la vitesse de la lumière soit à environ 6 . 10^-9 m/s, alors méme un escargot ne pourrait survivre à la lumière du soleil, ou de la lune, ou des étoiles…

  2. JML
    2 avril 2015 at 0 h 31 min #

    J’avais compris comme chouxrave mais l’article d’arXiv dit v/c = 1 – 3.3 10^-17 c’est a dire a la vitesse de la lumiere au 16eme chiffre significatif pres.
    Il n’y a pas besoin de cela pour coloniser une galaxie…

    • Dr.Bonobo
      2 avril 2015 at 18 h 27 min #

      Merci d’avoir recherché dans l’article original!
      Pour cette histoire de voyage spatiaux et de colonisation de galaxie je ne pense pas que voyager à une vitesse proche de celle de la lumière y changerait grand chose… 100 années lumière nous permettrait de visiter les systèmes solaire proches (il y en a 500 dans un rayon de 100 années lumière), mais très très peu à l’échelle de la galaxie. Bon il y a la dilatation du temps, si on voyage à 2,99.10^8 m/s (3.10^8 pour la lumière), 100 ans passeront en ~7 ans pour les personnes à bord du vaisseau. En gros ça nous permettrai d’envoyer des personnes sur les systèmes solaires proches, sans espoir de revoir ou d’avoir de nouvelles de ces colons! Pour explorer la galaxie il nous faudra trouver une solution qui nous permette de voyager bien plus vite que la lumière…

  3. Nycko
    27 mai 2015 at 18 h 04 min #

    Ce n’est que spéculations et relatif à la matière. Pour pouvoir faire de tels voyages à des vitesses pareil faudrait déjà arriver avant à comprendre le fonctionnement total de « notre univers » .
    Le jour où on pourra stopper tout frottement de la matière tous sera possible.
    Il faut arriver avant à comprendre le fonctionnement de l’univers qui ne comprend pas la matière et la une zone d’ombre sera enlevé et des possibilités nouvelles verront le jour.
    Comme déjà savoir exactement ce qu’est la matière noire et son rôle…
    Si tout est relatif comme dit notre ami physicien faut inclure tout les paramètres pour y voir plus clair et pour le moment même le vide qui n’est pas si vide que ça a un rôle sur l’existence même qui n’est pas mit à jour… C’est encore le noir !

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