[ET #13] – Deteção e comunicação com ETs utilizando lentes gravitacionais

Comunicação interestelar com microlente gravitacional.

Num sentido geral, a procura de vida extraterrestre inteligente pode ser levada avante através de duas estratégias: a procura com alvo definido ou via levantamento de todo o céu.

A primeira estratégia assume que existem várias civilizações e define os alvos a escutar (estrelas próximas e semelhantes ao Sol, de preferência com planetas semelhantes à Terra localizados em zonas habitáveis); a segunda estratégia é de âmbito menos restrito e efetua o típico all-sky survey.

Apesar do objetivo ser comum, ambas as técnicas utilizam recursos bastante diferentes.

A localização duma eventual civilização irá definir a estratégia a adotar. Por exemplo, se considerarmos que essa civilização está próxima de nós (até 100 parsecs), a estratégia a utilizar será a do alvo definido e os nossos maiores radiotelescópios conseguirão detetar sinais de rádio mesmo que estejam a ser emitidos na nossa direção.

Um exemplo da estratégia de levantamento de todo o céu foi o Projeto Argus que consistiu numa tentativa de utilizar cerca 5000 antenas de pequena dimensão (3 a 5 metros de diâmetro, iguais às de TV satélite devido ao seu baixo custo).

A estratégia de procura (bem como o projeto) depende também do tipo de sinal que pretendemos procurar:

  • um sinal transmitido intencionalmente, ou seja: construído com o propósito de efetuar uma comunicação interestelar para atrair atenção de outras civilizações mesmo que não contenha informação; ou
  • radiação de fuga, transmitida sem intenção, consistindo em emissões “locais” que não são projetadas para transmitir sinais a outras civilizações (ex: emissões de televisão).

Radiotelescópios amadores (com antenas entre 3 a 5 metros de diâmetro), a operar individualmente, não terão capacidade para detetar a radiação de fuga.

Dado que detetar radiação de fuga é muito mais difícil, as procuras têm sido projetadas para detetar sinais provenientes de transmissões intencionais.

Além das estratégias de procura de alvo definido e levantamento de todo o céu, existe uma terceira estratégia, que é particularmente adequada para antenas de pequena dimensão e constitui o tema central deste artigo: a microlente gravitacional.

Uma lente gravitacional é um fenómeno astrofísico descrito pela Teoria da Relatividade de Einstein, que ocorre quando a radiação eletromagnética atravessa pelo seu exterior um objeto de massa elevada, tal como uma estrela ou uma galáxia, resultando numa forte ampliação dessa radiação.

Um potencial sinal ET emitido na nossa direção, na frequência da sonda Cassini (32 GHz), iria obter um ganho de 71 dB, conforme mostrado na expressão seguinte:

Ao passar pelo Sol, esse sinal será curvado pelo efeito de lente gravitacional e irá focar-se à distância mínima de 550 UA:

Se tivéssemos capacidade tecnológica para enviar uma sonda até essa distância, o ganho de sinal obtido seria maior que o disco de Arecibo. Infelizmente, penso que tal realização ainda não está ao nosso alcance.

Distância focal mínima do Sol quando utilizado como lente gravitacional.

Note-se que o foco da lente gravitacional não é um ponto mas sim uma linha, pelo que qualquer distância superior a 550 UA poderá focar um sinal vindo de longe, na direção do Sol, beneficiando cada vez mais de menor distorção provocada pelas flutuações da corona solar.

Uma vez que atualmente não podemos utilizar a nossa estrela como lente gravitacional, o que fazer?

Vamos imaginar o cenário ao contrário: todas as estrelas que observamos no céu estão a mais de 550 UA de distância da Terra, logo, num determinado momento, uma delas pode estar na linha da emissão (foco) de um sinal extraterrestre e atuar como lente gravitacional.

Utilização de estrela localizada a distância superior à focal do Sol quando alinhada com outra estrela mais distante (emissora do sinal).

Esta terceira metodologia poderá aumentar a possibilidade de detetar sinais inteligentes embora exista sempre o problema da não confirmação (repetição) do sinal.

Relativamente às principais estratégias, difere:

  • do alvo definido, porque poderá detetar radiação de fuga de outros sistemas solares; e
  • do levantamento de todo o céu, porque não obriga a que uma civilização ET envie um sinal intencional na nossa direção.

Se desejarmos efetuar uma transmissão interestelar para Alpha Centauri A, o procedimento a adotar será semelhante ao a seguir proposto:

  • A comunicação tem início num radiotelescópio montado na Terra com uma antena parabólica de diâmetro de, por exemplo, 100 metros (como a do Green Bank Telescope). O ganho desta antena é de 87,5 dB (vou sempre considerar a eficiência de 50%). O sinal é emitido a 32 GHz em direção à nossa sonda localizada a mais de 550 UA;
  • A sonda espacial possui uma antena de 10 metros que lhe fornece um ganho de 67,5 dB;
  • O ganho total dado pelos dois pontos anteriores é de 155 dB;
  • O total de radiação perdida no meio interestelar até ao destino é 395 dB (considerando não haver massas gravitacionais pelo caminho);
  • Daqui resulta que se a nossa transmissão for de 1 watt, a potência recebida será de ~10^-24 watt, insuficiente para efetuar comunicações.

Porém, se utilizarmos o nosso Sol como lente gravitacional, os resultados obtidos alteram-se substancialmente:

  • O ganho total passa de 155 dB para 225,9 dB (ganhos de RT, sonda de 10 metros e Sol);
  • Daqui resulta que se a transmissão for de 1 watt, a potência recebida será de ~10^-17 watt, que já será suficiente para efetuar comunicações para a Próxima Centauri b.

Tomemos o exemplo de uma comunicação com o exoplaneta descoberto em agosto de 2016, Próxima Centauri b, recorrendo ao efeito de 2 lentes gravitacionais. A “ponte de rádio” requer o seguinte alinhamento espacial: nossa sonda, Sol, Alpha Centauri A, sonda ET. A escolha de Alpha Centauri A deve-se ao facto de ser a mais massiva desse sistema, com 1,1 massas solares e raio de 1,2 raios solares, produzindo um ganho de 71,4 dB. A sonda recetora será colocada à distância focal mínima de 750 UA:

  • O ganho total aumenta para 277,3 dB (ganhos de 2 sondas de 10 metros e de 2 estrelas).
  • Daqui resulta que se a transmissão for de 1 watt, a potência recebida será de ~10^-12 watt; dito de outra maneira, bastará aplicarmos 10^-5 watts para efetuarmos uma comunicação interestelar.

Daqui se conclui que o efeito de lente gravitacional proporciona ganhos muito expressivos, (tanto quanto maior for a frequência utilizada), constituindo uma alternativa às duas estratégias principais. Talvez as civilizações extraterrestres já utilizem esta técnica (uma espécie de internet galática), permitindo que os radioastrónomos amadores participem na procura de vida ET através da deteção da radiação de fuga e com equipamento de baixo custo.

Este tema foi inicialmente proposto pelo astrónomo Dr Claudio Maccone. Se o leitor desejar saber mais sobre esta estratégia de comunicação, poderá visualizar alguns dos seus vídeos disponíveis no youtube.

4 comentários

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  1. Ruben, estás a conseguir que eu já leia os artigos todos de fio a pavio.
    Para um leigo como eu o artigo está excepcional pois “consegui perceber” o racional da coisa
    Parabéns.

    1. Obrigado Hugo. Não é fácil este… um pouco técnico mas o importante é ficar com uma ideia geral. Abraço.

    • Manel Rosa Martins on 26/06/2017 at 16:03
    • Responder

    Mais um excelente post da série ET ! 🙂

    Cruzar o método de lentes gravitacionais com os exoplanetas com bio-assinaturas nas suas atmosferas mais prometedoras que contenham os blocos da vida como a conhecemos afigura-se que será uma técnica principal. 🙂

    JCR Licklider, quando desenvolveu o “packett-switching,” a base de troca de dados das redes, ( aprimeira rede era u computador a enviar dados para uma impressora) imaginou que todas as redes poderiam estar desta forma ligadas por uma “Rede das redes Galáctica,” e assim desenvolveu a Internet. (em Man-Computer symbiosis, o paper seminal da Internet).

    Na altura (1966) apenas muito poucos sequer entendiam o que ele estava a dizer, hoje a maioria da população da Terra usa a Internet.

    Hoje, poucos podem entender o que este método pode trazer, mas um dia quando descobrirmos vida fora da Terra talvez leiam este post. 🙂

    1. Manel, agradeço o teu comentário e fico feliz por saber que gostaste do artigo, nomeadamente da visão matemática aqui abordada. Um abraço 🙂

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