Γαλαξιακό Διαδίκτυο και βαρυτικοί φακοί. Gravitational Lenses Could Allow a Galaxy-Wide Internet

Το Γαλαξιακό Διαδίκτυο μπορεί να δημιουργηθεί (έστω … από εξωγήινους πολιτισμούς) εφόσον τα άστρα αξιοποιηθούν ως βαρυτικοί φακοί, υποστηρίζει ο Claudio Maccone, στην δημοσίευσή του με τίτλο «Galactic internet made possible by star gravitational lensing». Some kind of galactic Internet is possible taking advantage of the gravitational lensing effect that stars can provide with a properly focused radio signal. The project could be an impressive advance for space expeditions. What phase is it in and how is it possible. Maccone in his recent paper showed that galactic internet could be made possible by star gravitational lensing and it may already existed.

Όμως, τι είναι ένας βαρυτικός φακός; Εμείς γνωρίζουμε τους συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακούς της οπτικής. Για παράδειγμα αν μια παράλληλη μονοχρωματική δέσμη συναντήσει τον συγκλίνοντα φακό όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, τότε οι διαθλώμενες ακτίνες διέρχονται από ένα σημείο F το οποίο ονομάζεται κύρια εστία του φακού. Η απόσταση f ονομάζεται εστιακή απόσταση.

This graphic shows a reconstruction (at lower left) of the brightest galaxy whose image has been distorted by the gravity of a distant galaxy cluster. The small rectangle in the center shows the location of the background galaxy on the sky if the intervening galaxy cluster were not there. The rounded outlines show distinct, distorted images of the background galaxy resulting from lensing by the mass in the cluster. The image at lower left is a reconstruction of what the lensed galaxy would look like in the absence of the cluster, based on a model of the cluster's mass distribution derived from studying the distorted galaxy images. Illustration Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI) Science Credit: NASA, ESA, J. Rigby (NASA Goddard Space Flight Center), K. Sharon (Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago), and M. Gladders and E. Wuyts (University of Chicago)

Ως βαρυτικός φακός θεωρείται κάθε κατανομή ύλης (όπως ένα άστρο, ένας γαλαξίας ή σμήνος γαλαξιών) που βρίσκεται ανάμεσα σε μία μακρινή πηγή φωτός (ηλεκτρομαγνητικό κύμα) και έναν παρατηρητή, η οποία καμπυλώνει την διαδρομή του φωτός από την πηγή μέχρι τον παρατηρητή. Το φαινόμενο χαρακτηρίζεται ως βαρυτική εστίαση και αποτελεί μία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της σχετικότητας. Το φαινόμενο αυτό αποτέλεσε την πρώτη πειραματική επαλήθευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας από τον Arthur Eddington.

Αντίθετα με έναν συνηθισμένο φακό, ένας βαρυτικός φακός εκτρέπει (πολύ) περισσότερο το φως που περνά πιο κοντά από το κέντρο του και (πολύ) λιγότερο το φως που περνά πιο μακριά από αυτό. Κατά συνέπεια δεν έχει μοναδικό σημείο ως εστία, αλλά μία γραμμή (εστιακή γραμμή). Ο όρος «φακός» για τη βαρυτική κάμψη των φωτεινών ακτίνων χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον O.J. Lodge, ο οποίος σχολίασε ότι «δεν είναι σωστό να λέμε ότι το ηλιακό βαρυτικό πεδίο δρα ως φακός, διότι δεν έχει εστιακή απόσταση». Σύμφωνα με τον Claudio Maccone αν στείλουμε ένα κατάλληλα εξοπλισμένο διαστημικό σκάφος κατά μήκος οποιασδήποτε ακτινικής κατεύθυνσης μακριά από τον Ήλιο έως την ελάχιστη απόσταση των 550 AU και πέραν, η μάζα του Ήλιου θα λειτουργήσει ως ένας τεράστιος μεγεθυντικός φακός ραδιοκυμάτων, επιτρέποντάς μας να «δούμε» στην άλλη πλευρά του Ήλιου, ακόμη και σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Ο Ήλιος ως βαρυτικός φακός με ελάχιστη εστιακή απόσταση 550 AU (=3,17 ημέρες φωτός=13,75 φορές πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα) και την θέση του διαστημικού σκάφους πέρα από το ελάχιστο εστιακό μήκος. Geometry of the Sun gravitational lens with the minimal focal length of 550 AU (= 3.17 light days = 13.75 times beyond Pluto’s orbit) and the FOCAL spacecraft position beyond the minimal focal length. Credit: Claudio Maccone

Στην μελλοντολογική του εργασία ο Claudio Maccone εξετάζει επίσης την ραδιοφωνική γέφυρα μεταξύ του Ήλιου και κάθε άλλου άστρου, που αποτελούν σύστημα δυο βαρυτικών φακών. Η λειτουργία της ευθυγράμμισης μιας τέτοιας ραδιογέφυρας είναι πολύ δύσκολη, αλλά η εξοικονόμηση ενέργειας είναι τεράστια, λόγω των τεράστιων συνεισφορών των φακών των δύο άστρων στο συνολικό κέρδος της κεραίας του συστήματος.

Channel Capacities for all five information channels made up by the radio bridges between the Sun and another star. The second and third column give the Channel Capacity for bandwidth equal to 1 Hz (typical SETI case) and 1 kHz (sometimes used in SETI also), respectively. © Maccone

Μελετά επίσης την χωρητικότητα πληροφοριών του καναλιού για καθεμία από αυτές τις ραδιογέφυρες, θέτοντας έτσι έναν φυσικό περιορισμό στο μέγεθος της μεταφοράς πληροφοριών που θα είναι δυνατή στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται άστρα ως βαρυτικοί φακοί. 

A classic spiral, the Whirlpool Galaxy (M51) is 30 million light years distant and 60 thousand light years across. What sort of communications network might link civilizations here? Credit: N. Scoville (Caltech), T. Rector (U. Alaska, NOAO) et al., Hubble Heritage Team, NASA.

Βέβαια, ακόμα κι αν ξεπεραστούν όλα τα προβλήματα που εμφανίζονται στην υλοποίηση ενός τέτοιου γιγαντιαίου εγχειρήματος, θα πρέπει να ξεχάσουμε την γνωστή μας άμεση επικοινωνία με σύντομα μηνύματα. Μπορεί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα να κινούνται με την μέγιστη ταχύτητα στο σύμπαν, την ταχύτητα του φωτός, όμως οι αποστάσεις στον γαλαξία μας είναι τεράστιες (το κοντινότερο άστρο στον Ήλιο μας, ο Εγγύς του Κενταύρου, απέχει 4,2 έτη φωτός). Γι' αυτό τα μηνύματα πρέπει να είναι μεγάλα και με εξειδικευμένο περιεχόμενο (διαβάστε σχετικά ΕΔΩ: Finding the Galactic Internet).

Πηγές: Claudio Maccone, “Galactic internet made possible by star gravitational lensing”, ArXiv, pp. 1-6, 2021. https://arxiv.org/abs/2103.11483 - https://www.universetoday.com/150671/gravitational-lenses-could-allow-a-galaxy-wide-internet/ - https://theuncoverreality.in/2021/03/23/does-galactic-internet-exists-when-humans-could-be-able-to-build-theirs-astronomy/ - https://physicsgg.me/2021/03/29