Пошуки “відсутньої матерії” у Всесвіті були безуспішними стільки разів, що деякі екзотичні припущення сприймаються більш серйозно, ніж колись могли б. Як казав Шерлок Холмс: “Коли ви відкинули неможливе, те, що залишилося, нехай навіть неймовірне, має бути правдою”. У цьому випадку є багато неймовірних ідей, які перевіряються на неможливість. Однією з них, яка привернула достатньо уваги, щоб IFLScience попросили обговорити її, є Сфери Дайсона. Є вагомі підстави зробити висновок, що ці гіпотетичні сфери не є тим, що ви шукаєте, а також дослідити, звідки ми це знаємо.
По-перше, що таке сфера Дайсона?
Лише крихітна частка енергії Сонця потрапляє на планети, а решта випромінюється в космос. У 1937 році письменник-фантаст Олаф Стейплдон написав книгу “Творець зірок“, в якій досліджував ідеї пошуку енергії набагато більш розвиненими цивілізаціями. Книга надихнула фізика Фрімена Дайсона на припущення, що такі цивілізації можуть створити гігантські тонкі поверхні в космосі, щоб захопити більше енергії своїх зірок, зрештою, частково або повністю оточивши зірку.
Дайсон зазначив, що такі структури блокують видиме світло від зірки для спостерігачів в інших місцях, але випромінюють в інфрачервоному діапазоні. Отже, на його думку, спосіб знайти розвинені позаземні цивілізації може полягати в тому, щоб шукати спектри, в яких переважає інфрачервоне випромінювання.
Ця ідея захопила уяву багатьох людей і досягла сплеску популярності, коли у 2015 році з’явилася таємниця KIC 8462852 (також відома як зірка Бояджяна). KIC 8462852 зазнає значних падінь яскравості через нерегулярні проміжки часу, занадто великі, щоб бути результатом того, що планети блокують її світло. Існувало так багато припущень, що спостережувана поведінка може бути спричинена частково побудованою сферою Дайсона, що з’явилося ще одне прізвисько – “Інопланетна зоря з мегаструктурою”.
Що таке “Пропала меса”?
Насправді існує два види маси, які не вдалося виявити в наших дослідженнях локального всесвіту. Найбільш відома з них – темна матерія, маса, необхідна для пояснення руху галактик за законами гравітації. Інший тип відсутньої маси – це більш регулярний матеріал, який, ймовірно, переважно складається з водню і гелію, на відміну від темної матерії, яка, найімовірніше, є екзотичними частинками.
Коли астрономи говорять про “відсутню масу”, вони мають на увазі масу другого роду. Ми знаємо, що ця категорія складається зі звичайних елементів, оскільки дані, отримані незабаром після народження Всесвіту, дозволяють нам розрахувати, скільки звичайної матерії має бути у Всесвіті сьогодні. Коли ми дивимось навколо, то бачимо лише дві третини від цієї кількості.
У цій категорії бракує набагато менше маси, ніж у темній матерії, але все одно її дуже багато. Серед пояснень – величезні нитки газу, що розтягуються між галактиками
Тож чи можуть сфери Дайсона пояснити зникнення меси?
На жаль, майже напевно ні.
Після того, як люди змирилися з тим, наскільки крутими були б Дайсон-сфери, і розважилися з потенційними науково-фантастичними ідеями життя всередині чогось такого запаморочливо величезного, фізики замислилися над практичною стороною справи. І виявилося, що повні Сфери Дайсона просто не мають сенсу.
Матеріал для Сфери Дайсона мав би звідкись взятися. Дуже малоймовірно, що навіть найрозвиненіша цивілізація змогла б зачерпнути матерію зі своєї зірки і перетворити її на щось тверде. Якби вони могли, то, ймовірно, все одно не покладалися б на зоряну енергію. Тому матеріал Сфери мав би складатися з планет, супутників та астероїдів.
Деякі зоряні системи мають більшу масу на орбіті, ніж наша, інші, можливо, меншу. Але немає жодних підстав вважати, що ми надзвичайно легкі в цьому плані.
Це означає, що в самій сфері не було б стільки маси, навіть якби ви використали кожен клаптик твердого матеріалу в планетній системі. Якщо питання мало на увазі “Чи може матеріал у Сферах Дайсона бути настільки величезним, що пояснює значну частину відсутньої матерії?”, то вам доведеться пояснити, звідки ця матерія взялася в першу чергу. Обшукувати простір між зірками і знаходити планети-ізгої або інші джерела матеріалу, щоб перетворити їх на підкладку для сонячних панелей, навряд чи практично можливо.
Інший спосіб інтерпретації питання: “Чи можуть існувати мільярди зірок, оточених сферами Дайсона, які вловлюють все їхнє світло так, що ми не можемо їх бачити, таким чином роблячи галактику набагато щільніше упакованою зірками, ніж ми думаємо?” Зазвичай люди мають на увазі саме це.
Популярне, але майже напевно неправильне бачення Сфери Дайсона полягає в тому, що вона постійно збільшується, поки зоря не буде оточена повною сферою.
Однак, враховуючи кількість твердого матеріалу в Сонячній системі, будь-яка сфера, що повністю оточує її, мала б бути дуже тонкою. Настільки тонкою, що вона була б гравітаційно нестабільною. Єдиним способом уникнути катастрофи було б використання величезної кількості енергії, що робить всю ідею чистою втратою.
Якщо сфери Дайсона взагалі існують, то вони дуже неповні: це або тонкі “кільця Дайсона”, або мережі плям, що збирають кілька відсотків або менше світла зорі. Їх іноді називають роями Дайсона.
Якби зоря оберталася навколо рою Дайсона, ми б бачили її, затемнену випадковими спалахами, коли частина рою опинялася між нами і нею – гіпотетична ситуація, яка зробила KIC 8462852 знаменитою. Десятки зірок були ідентифіковані, де це могло б відбуватися, хоча інші пояснення є більш вірогідними.
У такому випадку зоря не зникне на тривалий час. Отже, наші оцінки кількості зірок у галактиці були б не дуже помилковими, якщо взагалі були б помилковими. Будь-який невеликий недорахунок може бути причиною лише крихітної частки відсутньої матерії.
Навіть якщо буде побудована повна сфера Дайсона, важливою особливістю концепції є те, що вона випромінюватиме в інфрачервоному діапазоні. Дайсон хотів, щоб ми були напоготові для виявлення такого роду інфрачервоних сигналів. JWST та інші наші інфрачервоні телескопи не можуть шукати всюди, тому вони могли пропустити кілька таких випромінювачів. Однак, якби вони були достатньо поширені, щоб розгадати таємницю зниклої маси, ми б уже мали їх побачити.
