Выявлена устойчивость сфер Дайсона в двойных системах
В области научной фантастики сферы Дайсона и кольцевые миры долгое время оставались одними из самых захватывающих концепций, связанных с инженерией астрономических масштабов. Однако, несмотря на их популярность, эти конструкции сталкиваются с серьезными физическими ограничениями, особенно в отношении гравитационной устойчивости.
Простейшие версии таких структур, такие как сплошная сфера Дайсона или жесткое кольцо вокруг звезды, оказываются нестабильными под действием гравитационных сил и могут быть разрушены. Тем не менее, недавние исследования, проведенные ученым из Шотландии, показали, что определенные конфигурации этих объектов вблизи двойных звездных систем могут быть устойчивыми к таким разрушительным воздействиям. Работа профессора Колина Макиннеса, опубликованная в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, предлагает новый взгляд на эту проблему.
Исторический контекст и вдохновение
Концепция сферы Дайсона была впервые предложена физиком Фрименом Дайсоном в 1960 году. Он описал гипотетическую структуру, которая полностью окружает звезду, собирая всю ее энергию для использования развитой цивилизацией. Такая оболочка, построенная из планетарного материала, должна была бы находиться на значительном расстоянии от звезды и иметь толщину в несколько метров. Однако Дайсон признал, что сплошная сфера вокруг одной звезды была бы неустойчивой из-за гравитационных сил. Любое отклонение от идеальной сферической симметрии привело бы к дрейфу звезды внутри оболочки, что вызвало бы асимметричные гравитационные силы и, в конечном итоге, разрушение структуры.
Аналогичные проблемы возникают и с кольцевыми мирами, такими как описанные в серии романов Ларри Нивена «Мир Кольца». Жесткое кольцо вокруг звезды или планеты также нестабильно, так как оно будет дрейфовать под действием гравитационных возмущений и в конечном итоге столкнется с центральным телом.
Новый подход: устойчивость в двойных системах
Колин Макиннес, вдохновленный научной фантастикой, решил исследовать возможность создания устойчивых структур в двойных звездных системах. Он рассмотрел ограниченную задачу трех тел, где два тела одинаковой массы вращаются вокруг общего центра масс, а вокруг них находится кольцо или оболочка бесконечно малой массы. В отличие от полной задачи трех тел, которая не имеет аналитического решения, эта упрощенная модель позволила Макиннесу выявить точки равновесия, где кольцо или оболочка могут оставаться стабильными.
Для кольца ученый обнаружил семь точек равновесия в плоскости орбиты двойных масс. Эти точки аналогичны точкам Лагранжа в задаче двух тел, где небольшая масса может находиться в устойчивом положении. Например, одна из таких точек позволяет кольцу охватывать обе массы, две точки — охватывать одну массу, а четыре точки — не охватывать ни одну из масс. При этом центр кольца должен избегать так называемых «множеств столкновений» — областей, где кольцо может соприкоснуться с одной из масс.
Для сферы Дайсона Макиннес применил аналогичный подход, рассматривая оболочку как набор связанных колец. Он обнаружил, что оболочка, охватывающая обе массы, не испытывает гравитационных сил от них, но такая конфигурация нестабильна, так как оболочка может свободно дрейфовать. Однако, если оболочка охватывает только одну из масс, она может находиться в устойчивом равновесии, при условии, что вторая масса имеет радиус порядка половины радиуса первой. Это открытие предполагает, что сфера Дайсона может быть стабильной в двойной системе, если соблюдены определенные условия.
Практические последствия и поиск внеземного разума
Результаты работы имеют важное значение для поиска внеземного разума (SETI). Если развитые цивилизации действительно строят подобные мегаструктуры, то их можно обнаружить по характерным техносигнатурам. Например, одной из таких сигнатур может быть яркая звезда, вращающаяся в паре с объектом, излучающим сильный инфракрасный свет. Это может указывать на наличие сферы Дайсона, которая поглощает энергию звезды и переизлучает ее в инфракрасном диапазоне.
Кроме того, Макиннес предполагает, что подобные структуры могут быть построены не только вокруг звезд, но и вокруг пар экзопланет или систем звезда-экзопланета. Вложенные сферы Дайсона, окружающие несколько объектов, также представляют собой возможную геометрию, которая может быть исследована в будущем.
Исследование Колина Макиннеса открывает новые горизонты для понимания устойчивости мегаструктур в космосе. Хотя сферы Дайсона и кольцевые миры долгое время считались нестабильными, его работа показывает, что в определенных конфигурациях, особенно в двойных системах, такие структуры могут быть устойчивыми. Это не только расширяет наши представления о возможностях инженерии астрономических масштабов, но и предоставляет новые инструменты для поиска внеземных цивилизаций. В будущем такие исследования могут помочь астрономам идентифицировать потенциальные техносигнатуры и приблизить нас к ответу на вопрос: одиноки ли мы во Вселенной?