Universum

Computergegenereerd beeld van de koude woestijn van proxima Centauri b. Bron: SpaceEngine

Bevinden buitenaardsen zich in een winterslaap?

In een recente publicatie van futuroloog Anders Sandberg en exobioloog Milan Ćirković opperen de twee denkers een nieuwe verklaring voor de Fermi Paradox. Aliens houden zich schuil, omdat ze daarmee energie sparen voor de toekomst. Is dit inderdaad een waarschijnlijke verklaring?

De toekomst als energie-walhalla
Het heelal zet uit, en dit (althans volgens de huidige stand van inzicht), steeds sneller. Op het eerste  gezicht lijkt dit uitermate slecht nieuws voor een beschaving op kosmisch niveau. Energiebronnen, zoals sterren en gaswolken, raken steeds verder van elkaar verspreid. Daardoor zijn op een gegeven moment alleen de lokale galactische supercluster, voor de beschaving te benutten. De rest verwijdert zich sneller dan de lichtsnelheid van hen af.

Toch heeft dit toekomstige heelal een erg aantrekkelijke kant. Het is erg koud. Op dit moment is de achtergrondstraling 2,7 kelvin. In de echt verre toekomst (we praten dan over duizenden miljarden jaren na nu) is deze achtergrondtemperatuur enkele nanokelvins. Dat is erg fijn, want dan kan je veel meer entropie dumpen dan nu. En wel hierom.


Fotonen bevatten per foton dezelfde hoeveelheid informatie, maar een verschillende hoeveelheid energie. Dat betekent dat je met 2 elektronvolt één lichtfoton kan maken, maar duizenden radiofotonen. Heb je een computer die zijn entropie met deze radiofotonen kan dumpen, dan kan deze per kilowattuur energie duizenden malen meer berekeningen uitvoeren dan een computer die zijn entropie met lichtfotonen dumpt. Hoe lager de kosmische achtergrondtemperatuur, hoe minder energie fotonen hoeven te hebben om entropie mee te dumpen. Met andere woorden: computers worden in de verre toekomst veel zuiniger dan nu.

Deze aliens hebben hun lichaam verlaten, maar bestaan slechts in een virtuele wereld, als informatie. Zo kunnen ze in de verre toekomst veel zuiniger leven dan wij nu. De redenen dat we weinig van aliens merken, aldus deze theoretici, heeft alles met thermodynamica te maken. Tot de omstandigheden elders in het heelal beter, lees: veel kouder worden, zouden ze zich schuilhouden rond de enorme, zeer koude, zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels, waarin de supercomputers waarin ze leven hun entropie kunnen dumpen. Thermodynamisch gezien is er geen speld tussen te krijgen. Maar hebben ze gelijk?

Probleem: exopolitiek en de Singulariteit
De winterslaap is ook op aarde een geliefde overlevingsstrategie onder dieren om de ongunstige winteromstandigheden in koude gebieden te overleven. Echter; een geavanceerde beschaving is geen dier. De voornaamste existentiële bedreiging voor een buitenaardse beschaving is niet de kosmische winter, maar een andere buitenaardse beschaving op een superieur technisch peil. Vraag de nakomelingen van de Inca’s en de Azteken maar. Om een superieur technisch peil te bereiken, moet de exobeschaving veel energie verbruiken voor wetenschappelijk onderzoek. In ieder geval in de eigen galactische supercluster moet de beschaving er zeker van zijn dat er geen concurrerende beschavingen zich ontwikkelen, die hun beschaving de kant van de Azteken en Inca’s op laat gaan.

Het venster waarbinnen concurrerende beschavingen kunnen worden waargenomen tot het moment dat ze een Singulariteit doormaken – het punt waarop machines slimmer worden dan biologische wezens en de collectieve intelligentie explodeert – is naar kosmische maatstaven klein: ongeveer 150 jaar. In principe zal een geavanceerde beschaving daarom in elk planetenstelsel waarbinnen zich mogelijk hogere levensvormen kunnen ontwikkelen,  luisterposten inrichten, zodat een gevaarlijke bedreiging in een vroeg stadium uitgeschakeld kan worden, dan wel geïntegreerd in een intergalactische federatie voor zich deze gevaarlijke en onvoorspelbare technologische singulariteit ontwikkelt.

Bronnen
1. Anders Sandberg en Milan Ćirković, That is not dead which can eternal lie: the aestivation hypothesis for resolving Fermi’s paradox, ArXiv preprint server, 2017

Kometen zouden de mysterieuze bedekkingen van Tabby's Ster kunnen verklaren, maar ook deze verklaring is gebrekkig. Bron: NASA

‘Tabby’s Ster’ KIC 8462852 vermindert weer snel van helderheid

Door sommigen wordt het sterretje KIC 8462852, naar de ontdekster Tabitha Boyajian beter bekend als Tabby’s Ster, beschouwd als een bewijs van buitenaardse superstructuren. In ieder geval staat de gevestigde astronomie met haar mond vol tanden met betrekking tot dit raadselachtige object. En er is nu weer een periode van periodieke bedekkingen aangebroken…

Het raadsel van Tabby’s Ster
In twee eerdere artikelen beschreef Visionair reeds het raadselachtige gedrag van Tabby’s Ster. In het kort: Tabby’s Ster is een  F-type hoofdreeksster (m.a.w. een zonachtige ster die iets heter is dan de zon in de normale levensloop), in het sterrenbeeld Zwaan (Cygnus) op ongeveer  1280 lichtjaar afstand van de aarde. Weinig opmerkelijk dus, ware het niet dat de helderheid van Tabby’s Ster op onverklaarbare wijze periodiek afneemt. Er zijn veel gevallen van sterbedekkingen bekend – in feite is dit de effectiefste methode om exoplaneten te vinden – maar de schommelingen in helderheid van Tabby’s Ster zijn veel te groot (tot 20%) en onregelmatig om door bekende astrofysische processen, bijvoorbeeld enorme zwermen kometen of een donkere begeleider,  verklaard te kunnen worden. Tabby’s Ster is tussen de één en twee miljoen kilometer in doorsnede. Datgene wat Tabby’s Ster bedekt, moet dus meer dan een half miljoen kilometers in doorsnede zijn. Dat is drie keer zo groot als de doorsnede van Jupiter en zo groot als de grootste exoplaneet die we kennen, HD 100546 b. Dit komt dan weer niet overeen met de onregelmatige aard van de bedekkingen en de afwezigheid van bewijzen voor een grote donkere begeleider, bijvoorbeeld door schommelingen in de positie van KIC 8462852.

Kometen zouden de mysterieuze bedekkingen van Tabby's Ster kunnen verklaren, maar ook deze verklaring is gebrekkig. Bron: NASA
Kometen zouden de mysterieuze bedekkingen van Tabby’s Ster kunnen verklaren, maar ook deze verklaring is gebrekkig. Bron: NASA

Daling in lichtsterkte
Eveneens raadselachtig is de langzame, continue daling in lichtkracht van Tabby’s Ster. Deze bedraagt 0,34 procent per jaar, met een daling van 2,5% in 200 dagen in 2015. Op foto’s uit 1890 lijkt Tabby’s Ster 20 procent helderder te zijn dan nu.  Het proces, wat het ook is, is dus aan het versnellen. Er zijn geen andere objecten bekend die een soortgelijk gedrag vertonen. Een verklaring die daarom onder astronomen steeds populairder wordt, is dat het gaat om een zogeheten Dysonsfeer in aanbouw (een schil van zonnepanelen die alle energie van een ster af kan tappen) of een andere vorm van engineering op stellaire schaal door buitenaardse wezens. Dit zou uiteraard een erg spectaculaire uitkomst zijn. Omdat deze hypothese lastig te toetsen is, per slot van rekening kunnen we moeilijk voorspellen hoe technologie die we nog niet kennen zal  worden ingezet, geven de meeste astronomen de voorkeur aan meer doorsnee verklaringen, zoals een zwerm grote kometen.

Geen aanwijzingen voor stofwolken of puinringen
Anders dan bij jonge sterren, die vergelijkbaar gedrag vertonen, is er bij Tabby’s Ster geen spoor gevonden van een puinring of gaswolk. Deze kunnen dus als verklaring uitgesloten worden.

Nieuwe reeks bedekkingen gestart
Nu, mei 2017,  is weer een periode van daling ingezet. Anders dan in eerdere jaren zijn nu groepen astronomen, waaronder ook veel amateurs, over de hele wereld ingesprongen om waarnemingen te doen. De hoop is dat er veranderingen zullen worden gevonden in bijvoorbeeld de spectrale “handtekening” van de ster. Dit zou belangrijke aanwijzingen opleveren wat betreft de chemische samenstelling van de objecten die de bedekkingen veroorzaken, of de manier waarop ze bewegen. Ook het precieze verloop van de bedekking zal veel informatie opleveren. De betrokken astronomen hopen dat er nu dan eindelijk een tipje van de sluier van dit meest raadselachtig object in het bekende universum kan worden opgelicht.

Bronnen
KIC 8462852 Faded Throughout the Kepler Mission, ArXiv preprint server  (2017)

Conceptversie van Breakthrough Starshot. De vier rode bundels worden gebruikt voor communicatie met de aarde. Bron: Universiteit van Puerto Rico/Arecibo Observatory

Breakthrough Starshot: Sonde naar Alfa Centauri remt nu

Breakthrough Starshot, het project van Stephen Hawking en de steenrijke Rus Yuri Milner om onze naaste buren Alfa Centauri A,B en Proxima te bezoeken, is weer een stap dichterbij gekomen. Er is nu namelijk een methode ontwikkeld om af te remmen.

Breakthrough Starshot

Anders dan standaard ruimteschepen, die tonnen wegen, kan je de ruimtesonde van Breakthrough Starshot met gemak in een brief verzenden. Het concept-ruimteschip weegt namelijk niet meer dan zo’n tien gram. Dat is zonder het enorme vangzeil van zo’n 100.000 vierkante meter (een tiende km2). Dat weegt natuurlijk iets meer. De verhouding massa ten opzichte van voortstuwing is het voornaamste technische probleem in de ruimtevaart. Dat geldt vooral voor zeer snel bewegende ruimteschepen. Volgens Einstein wordt de massa van een ruimteschip groter als dit de lichtsnelheid nadert.

Dit betekent: enorm veel energie. De energie-equivalent van 1 gram massa is 100 miljoen MJ, of 2500 kuub benzine of diesel. Dat is de reden dat het geplande  ruimteschip naar Alfa Centauri zo klein is. Het energie-equivalent van 100 miljoen megajoule is nog wel op te wekken voor enkele tientallen miljoenen. Een ruimteschip van 100 ton lanceren met relativistische snelheden, vereist de hulpbronnen van minimaal een Kardashev-I beschaving die een complete planeet kan aftappen. Of een echte death ray. Kortom: zelfs Elon Musk, Jack Bezos en Jack Ma samen kunnen dat niet betalen.

Zeer sterke laser

Conceptversie van Breakthrough Starshot. De vier rode laserbundels op de hoeken worden gebruikt voor communicatie met de aarde. Bron: Universiteit van Puerto Rico/Arecibo Observatory
Conceptversie van Breakthrough Starshot. De vier rode laserbundels op de hoeken worden gebruikt voor communicatie met de aarde. Bron: Universiteit van Puerto Rico / Arecibo Observatory

Breakthrough Starshot wordt door middel van een geconcentreerde laserbundel versneld tot enkele procenten van de lichtsnelheid. Dit scheelt brandstof en een motor. Nadeel is dat als de afstand groter wordt, steeds meer laserlicht niet meer op het vangzeil van het ruimtescheepje terecht komt. Daardoor neemt het rendement sterk af. Een veel groter probleem is het afremmen. Dit is zonder brandstof bijna niet te doen. Weliswaar zal de zonnewind van Alfa Centauri A en B tegendruk leveren, maar deze is onvoldoende om het ruimtescheepje af te remmen.

Afremmen met zon en zeil

René Heller van het Max Planck Institute for Solar System Research in het Duitse Göttingen en zijn collega Michael Hippke hebben een oplossing ontwikkeld. Het komt er in het kort op neer om het enorme zeil te gebruiken om af te remmen. In de oorspronkelijke plannen bleef dit ingeklapt. Door gebruik te maken van de zwaartekracht van het stersysteem is het volgens hun berekeningen zelfs mogelijk om het ruimteschip te manoeuvreren.
Beide creatieve geesten bedachten ook een slimme oplossing om de energie slurpende laser te vervangen. Namelijk de stralingsdruk van de Zon zelf. Op die manier wordt de lancering qua energie vrijwel gratis, want de zon doet het werk. Uiteraard blijft het technische probleem van het bouwen van een zeer licht, enorm zonnezeil overeind. Maar hiervoor hebben we ondertussen een oplossing: grafeen. Een km2 grafeen van één atoomlaag dik heeft een massa van minder dan 20 gram. Dit grafeen kan ook als zonnepaneel dienen. Wel moeten we dan routinematig grafeen kunnen produceren, zoals we nu bijvoorbeeld aluminiumfolie produceren. Dit lukt steeds beter, maar nog steeds is grafeen schaars en duur.

Kortom: project Breakthrough Starshot begint steeds meer science en steeds minder fiction te worden. Alfa Centauri, here we come!

Bron
Heller, R., & Hippke, M. (2017) “Deceleration of high-velocity interstellar sails into bound orbits at Alpha Centauri”, The Astrophysical Journal Letters, Volume 835, L32, DOI: 10.3847/2041-8213/835/2/L32

Een exoplaneet die als maan rond een Jupiterachtige gasreus heendraait, zou een nieuw thuis voor de mensheid kunnen zijn.

Video: de eerste kolonies rond een andere ster

Op dit moment is het al grensverleggend om kolonies op Mars te stichten. Deze video gaat over een nog veel gedurfder plan: de mensheid en ander aards leven verspreiden tot ver buiten het Zonnestelsel. Het plan begint met een kolonieschip van 2 kilometer lang dat met tien procent van de lichtsnelheid beweegt.

Een waanzinnig plan? Inderdaad, een dergelijk schip zou op dit moment meer kosten dan het wereld-GDP. Dat is echter nu. De situatie over een eeuw is waarschijnlijk geheel anders – zo kunnen we dan als we verstandig te werk gaan de complete energieproductie van de zon aftappen – waardoor ook dit soort megalomane projecten binnen bereik komen.

Een exoplaneet die als maan rond een Jupiterachtige gasreus heendraait, zou een nieuw thuis voor de mensheid kunnen zijn.
Een exoplaneet die als maan rond een Jupiterachtige gasreus heendraait, zou een nieuw thuis voor de mensheid kunnen zijn.
De Smith-wolk, hier in valse kleuren geprojecteerd over de sterrenhemel, botst met de Melkweg over 30 miljoen jaar.

Smith-wolk botst met 1,1 miljoen kilometer per uur op de Melkweg

Een enorme gaswolk van een miljoen zonsmassa’s davert met een ongekende snelheid op de Melkweg af. Wat zijn de gevolgen?

https://youtu.be/YGZVC11XOps

1,1 miljoen kilometer per uur is rond de 300 kilometer per seconde. Dat is fors: de ontsnappingssnelheid van de Aarde is ‘slechts’ 11,2 km per seconde, die van de Zon 617 km/s.
Anders uitgedrukt: deze wolk zou de afstand van de aarde tot de maan in een half uur afleggen, de afstand tot de zon in 6 dagen.  De wolk zou echter niet snel genoeg bewegen om aan de zon te ontsnappen.

Smith-wolk

Op galactische schaal is de snelheid niet erg groot. Pas over 30 miljoen jaar zal de gaswolk de Melkweg treffen. Het vermoedelijke gevolg is extra stervorming: als de gaswolk het galactische gas raakt, vormt zich een schokgolf. Binnen deze schokgolf wordt het gas zo dicht, dat er een kritische dichtheid wordt bereikt voor ineenstorting tot een ster met protoplanetaire schijf. Deze wolk brengt vermoedelijk dus eerder leven dan dood. De wolk is al bekend sinds de zestiger jaren als de Smith-wolk, naar de ontdekster Gail Bieger-Smith.

Dit object, hier in valse kleuren geprojecteerd over de sterrenhemel, botst met de Melkweg over 30 miljoen jaar.
Dit object, hier in valse kleuren geprojecteerd over de sterrenhemel, botst met de Melkweg over 30 miljoen jaar. – NASA

Toch zijn de astronomen er nog niet over  uit wat deze enorme wolk gas in beweging brengt. Wat het verschijnsel ook is, de schaal moet enorm zijn. Op dit moment denken de meeste astronomen, dat er 70 miljoen jaar geleden een bel met Melkweg-gas op sleeptouw is genomen d00r een onzichtbaar om de Melkweg draaiend object, bestaande uit donkere materie. Deze zal dus over 30 miljoen jaar weer terugkeren, met vermoedelijk het nodige kosmisch vuurwerk tot gevolg.

Meer informatie
NASA

Het conceptruimteschip Icarus met fusieaandrijving, dat de interstellaire leegte zou kunnen bereizen. - Icarus Interstellar

Interstellaire technologie:documentaire

De afstanden tussen sterren zijn ongeveer honderdduizend maal zo groot als de afstanden binnen het zonnestelsel. Kortom:we hebben radicaal andere technologie nodig als we het zonnestelsel willen verlaten en de rest van de Melkweg willen koloniseren. Technologie die er nu nog niet is, al hebben we wel steeds meer een idee van hoe deze technologie er uit moet komen te zien. National Geographic deed onderzoek en stelde deze documentaire samen.

https://youtu.be/RDwEW9C1Ltw

Zoals gebruikelijk bij NGC,worden hier vooral de meer brave, wetenschappelijk voldoend onderbouwde scenario’s belicht. Het grootste probleem is de benodigde stuwstof en reistijd. Chemische raketten zijn al nauwelijks voldoende om binnen het zonnestelsel te navigeren. Buiten het zonnestelsel zijn ze hopeloos ontoereikend. We moeten qua voortstuwing dus kiezen voor een zeer energiedichte energiebron, zoals nucleair of antimaterie, of laseraandrijving vanuit ons zonnestelsel. Ook zijn we zelfs met de beste voortstuwingstechniek gebonden aan de lichtsnelheid. In minder dan 4,2 jaar kunnen we volgens de klassieke natuurkunde niet Alfa Centauri, de dichtstbijzijnde zonachtige ster, bereiken.

Het conceptruimteschip Icarus met fusieaandrijving, dat de interstellaire leegte zou kunnen bereizen. - Icarus Interstellar
Het conceptruimteschip Icarus met fusieaandrijving, dat de interstellaire leegte zou kunnen bereizen. – Icarus Interstellar

Tenzij we voor de warpdrive kiezen, natuurlijk. Hiermee zou het in theorie -misschien- mogelijk zijn te ontsnappen aan ruimtetijd, door de ruimte voor en achter het ruimteschip te vervormen. Lokaal staat het schip stil, maar de “bel” ruimtetijd waarin het zich bevindt, ploegt wel met warpsnelheid door het heelal.

Artist impression van een oceaanplaneet door Luciano Mendez. Bron. Wikimedia Commons

Oceaanwereld gastvrij voor de mens?

Wij bewonen een planeet waarvan meer dan tweederde van de oppervlakte uit water bestaat. Wat dat betreft hebben we geluk. Was er veel minder water geweest, zoals op Mars, dan hadden zich hooguit bacteriën en andere eenvoudige levensvormen gevormd. Het omgekeerde is ook mogelijk. Stel, de aarde is een oceaanwereld. Hoe had de aarde er uitgezien als er veel meer water aanwezig was geweest dan nu?

Oceaanwerelden waarschijnlijk
Het antwoord: als een oceaanplaneet, waarbij geen land aanwezig is. Dit is waarschijnlijk meer de regel dan de uitzondering bij planeten rond dwergsterren. De manen van Jupiter en Saturnus bestaan voor een groot deel uit waterijs. Als een maan zoals de Jupitermaan Ganymedes, maar dan met de grootte van de aarde, in de bewoonbare zone terecht was gekomen, was het een oceaanwereld geweest. Leven zal moeite hebben te ontstaan op diepe oceaanwerelden – wat dat betreft zijn rotsspleten of een ander milieu waarin zich afgesloten compartimenten vormen geschikter. Als het leven zich er eenmaal heeft gevestigd, verandert de zaak en kan zich een uitgebreid ecosysteem ontwikkelen. Dit zal variëren van eencelligen tot rovers, kwalachtige dieren en walvisachtige planktoneters. Dit is per slot van rekening op aarde ook meerdere keren gebeurd – denk aan de walvishaai.

Geen technisch geavanceerde buitenaardse beschavingen
Het is vrij onwaarschijnlijk dat zich op oceaanplaneten technisch geavanceerd intelligent leven ontwikkelt. Er zijn geen metalen en vuur, wat nodig is om betekenisvolle techniek te ontwikkelen. Het is goed mogelijk dat er intelligente, geavanceerde soorten op een oceaanplaneet voorkomen. Octopussen en walvisachtigen behoren tot de intelligentste diersoorten. Wel zullen ze de hulp van een buitenwereldse levensvorm, de mens bijvoorbeeld, nodig hebben om te ontsnappen – of welke technologische vooruitgang boven steentijdniveau dan ook te maken.

Voor menselijke bewoning zijn oceaanwerelden verder prima geschikt, althans: als zich geen gifstoffen in het water of de atmosfeer bevinden. Deze planeten beschikken waarschijnlijk over een zuurstofatmosfeer – de waterstof is ontsnapt. Een te hoog zuurstofgehalte (partiële zuurstofdampdruk groter dan 2,5 maal die van de aarde) is dodelijk.

Is de gasdruk veel hoger dan op aarde, dan kunnen zich grote, gevleugelde organismen vormen. Wellicht zelfs wolken van zwevende micro-organismen zoals algen.

Hoe zou de mens zich op oceaanwerelden kunnen vestigen?
Op aarde bestaan er enkele volkeren die vrijwel hun gehele leven op zee doorbrengen. Wel wonen deze in paalwoningen, wat op een oceaanplaneet, met vele kilometers diepe zeeën onpraktisch is. Menselijke kolonisten zullen dus hun habitat moeten laten drijven.  Grondstoffen kunnen in theorie van de zeebodem worden gehaald, als deze niet dieper is dan enkele kilometers, zoals op aarde. Bij echt diepe oceanen van tientallen kilometers diepte, zoals die op extreme oceaanwerelden worden verondersteld, ontstaat op grote diepten een verpletterende druk. Water gaat dan over in ijs-VII. Dit zou dan de zeebodem vormen en het winnen van delfstoffen vrijwel onmogelijk maken. Ook zal het water erg voedselarm zijn. De enige opties zijn dan het gebruiken van in water opgeloste mineralen zoals carbonaten, plastics en vanuit elders in het planetenstelsel metalen en silicaten oogsten. Voor ons is dit totaal onpraktisch, maar vergeet niet dat een beschaving die in staat is naar een exoplaneet te reizen, er weinig moeite meer mee zal hebben. Waarschijnlijk is de mensheid er al in geslaagd de planetoïdengordel en de Trojanen van Jupiter te oogsten tegen de tijd dat de eerste interstellaire kolonisatie start.

Artist impression van een oceaanplaneet door Luciano Mendez. Bron. Wikimedia Commons
Artist impression van een oceaanplaneet door Luciano Mendez. Bron. Wikimedia Commons
Onze soort gedraagt zich behoorlijk beestachtig. Waarmee we dieren vermoedelijk onrecht aandoen. Reden om ons in een kosmische dierentuin te stoppen/ Bron/copyright: Space Studies Institute

Zoo hypothesis: is de aarde een dierentuin?

Als het heelal zo groot is, en een Kardashev-II beschaving binnen een miljoen jaar een compleet sterrenstelsel  kan overnemen, waarom zien we dan geen spoor van buitenaardse beschavingen? Een oplossing voor deze Fermiparadox is de zogeheten Zoo Hypothesis, vrij vertaald de Dierentuinhypothese. Leven we in een dierentuin, waar de aliens zich slap om ons lachen?

De aarde als dierentuin
De Zoo Hypothesis, bedacht in de jaren zeventig en daarna gepopulariseerd in de visionaire science fictionserie Star Trek, stelt dat er een soort ‘prime directive‘ is, die geavanceerde soorten verbiedt om contact te zoeken met primitieve soorten zoals de onze. Er zijn dus wel degelijk aliens en ze hebben ons al lang gevonden, stelt deze theorie. Het probleem is alleen dat ze er alles aan doen om niet door ons gevonden te worden, zolang we nog niet rijp zijn voor contact.

Onze soort gedraagt zich behoorlijk beestachtig. Waarmee we dieren vermoedelijk onrecht aandoen. Reden om ons in een kosmische dierentuin te stoppen/ Bron/copyright: Space Studies Institute
Onze soort gedraagt zich behoorlijk beestachtig. Waarmee we dieren vermoedelijk onrecht aandoen. Reden om ons in een kosmische dierentuin te stoppen, zegt de Zoo Hypothesis. Bron/copyright: Space Studies Institute

Beweegredenen voor de ‘zookeepers’
In het model van de Zoo Hypothesis wordt er van uit gegaan dat de buitenaardse soort of soorten (een enkele soort ligt hier meer voor de hand) gelooft in culturele diversiteit. Zo ongeveer als het nu in zwang zijnde multiculturalisme doet. Het idee is dat een volkomen in culturele isolatie opgegroeide intelligente levensvorm, unieke oplossingen zal ontwikkelen voor sociale en technische problemen. Wie weet ontdekken ze wel compleet nieuwe theorieën waar de eigen soort niet op komt. Bijvoorbeeld een duidelijk door alle heelalbewoners gedeeld belang: een manier om aan het vermoedelijk uitermate ellendige lot van dit universum in de verre toekomst te ontsnappen.

Voors en tegens van de Zoo Hypothesis
De Zoo Hypothesis biedt een waterdichte verklaring  voor de Fermiparadox en doet geen vooronderstellingen over de technologie van ons omringende aliens, anders dan dat deze een hoge vorm van organisatie kennen. Een ons omringend buitenaards rijk of federatie met een hoge mate van stabiliteit dus, wat sneller dan licht communicatie of een zeer traag levensritme zou vereisen.
Nadeel is dat de Zoo Hypothesis de nodige zwakke punten kent. Ook al zou één alien het embargo breken, dan zou dat ingrijpende gevolgen hebben gehad voor de menselijke geschiedenis. Luchtvoertuigen en atoomwapens om een veldslag tussen Harappa en andere vedische vorstendommen definitief te beslechten. Of een woestijnprofeet overbluffen met een vliegend toestel. Of misschien wel iemand ontvoeren, nanoimplantaten plaatsen en veranderen in jouw buikspreekpop, zodat je je eigen coole doomsday cult kan beginnen. Dat idee. Kortom: als buitenaardse grappenmaker kan je je helemaal uitleven op die suffe apensoort op Terra.

De jury is er nog steeds niet uit. Misschien ontdekken we de waarheid nooit.

nicoll-dyson beam

Nicoll-Dyson Beam: de dood vanuit de andere kant van de Melkweg

Wat doe je als luie, extreem xenofobe buitenaardse soort, en je wilt de Melkweg voor je alleen? Je hebt ook geen zin om ver uit te buurt van je prachtige thuisplaneet te komen? Dan blaas je ze toch gewoon tot ruimtepuin met een death ray waar sinistere figuren als Darth Vader en de Emperor van Star Wars stikjaloers op zouden zijn. Enter de Nicoll-Dyson Beam.

Wat is de Nicoll-Dyson Beam?

Een ster zoals de zon blaast vrijwel alle energie de ruimte in, zonder dat deze op een bewoonbare planeet terecht komt. Op aarde komt slechts een miljardste binnen. Zonde natuurlijk. Een goede oplossing is een zogeheten Dysonschil te bouwen, een zwerm zonnepanelen die alle energie  van de ster opvangt en omzet in energie waar je wat mee kan.

Heb je eenmaal die zwerm, dan kan je daar leuke dingen mee doen. Of, minder leuke dingen. Bijvoorbeeld, zo bedacht science fiction criticus James Davis Nicoll, het idee om een death ray te bouwen, waarmee de lichtkracht van een totale ster wordt gebundeld op een doel zo groot als een planeet.

nicoll-dyson beam

De Nicoll-Dyson Beam. De energie wordt opgeslagen en precies afgesteld om het licht van de ster te richten op één doel.

Dat doel kan een planeet zo groot als de aarde zijn aan de andere kant van de Melkweg.

Zo is het vrij eenvoudig om elke planeet waar zich misschien een bedreigende buitenaardse soort ontwikkelt, snel terug te brengen tot een smeulende rots waar alleen een enkele rotsbacterie, kilometers diep onder de grond het overleeft.

Daar heb je dan voorlopig geen last meer van.

Zou de Nicoll-Dyson Beam kunnen werken?

Lichtbundels hebben de neiging te divergeren, d.w.z. uiteen te waaieren, zich te verspreiden. Je wilt daarom als kwaadaardige alien, of menselijke superschurk natuurlijk, een zo kort mogelijke golflengte. M.a.w. röntgen- of nog beter: gammastraling, wat ook dodelijker is) en een grote collimatieafstand. In de Kardashev-II beschaving waar hier dan sprake van is, kan die collimatieafstand zo miljoenen kilometers groot zijn. Kortom: het is in theorie goed te doen om een bundel zeer nauwkeurig te richten. Als een hoeveelheid energie van een miljard keer de hoeveelheid zonlicht op aarde zou worden gericht, betekent dit einde oefening voor alle levensvormen aan of in de buurt van de oppervlakte van de aarde. Ja dus. Volgens onze kennis van de optica kan de Nicoll-Dyson Beam werken.

Gelukkig erg log

Positief punt, voor de slachtoffers althans, is dat er alleen één planeet tegelijkertijd kan worden gebraden. Een Kardashev-II beschaving is verspreid over het gehele planetenstelsel. Dit punt bereiken wij in principe binnen een eeuw. De eerste aardse radiosignalen dateren van rond 1900. De aliens moeten dit tell-tale sign van een technisch geavanceerde beschaving waarnemen en als reactie daarop hun Dysonzwerm op de aarde richten. Na 2050 heeft dit weinig zin meer. Onze kolonies elders in het zonnestelsel kunnen deze brute aanval dan overleven.

Dus we hoeven ons alleen zorgen te maken om aliens die binnen 100 lichtjaar afstand van de aarde een Dyson-zwerm hebben gebouwd. Hier hebben wij geen sporen van aangetroffen. Tabby’s Ster, een raadselachtig object dat volgens sommigen een Dysonsfeer in aanbouw is, bevindt zich op bijna duizend lichtjaar afstand.

Laten we hopen, dat aliens in ons Melkwegstelsel niet bestaan of in ieder geval er niet al te xenofobe gedachten op na houden. Want de Nicoll-Dyson beam is niet om mee te spotten.

‘Zwart gat bevat Planck-ster’

In zwarte gaten bevindt zich een punt van oneindige dichtheid, waar de natuurwetten eindigen. Zegt althans de algemene relativiteitstheorie. Onzin, zeggen enfant terrible natuurkundige Carlo Rovelli en collega Francesca Vidotto van de universiteit Nijmegen. In plaats daarvan vormt zich de ultieme barrière, de planckster.

Hoe ontstaat een zwart gat?
Onze aarde stort niet in tot een zwart gat. De reden is dat materie door kwantumeffecten zijn structuur behoudt. Deze kwantumeffecten overwinnen vereist een enorme druk. Een druk, die in het binnenste van de aarde niet  gehaald wordt, maar wel in ineenstortende sterren. Er zijn in feite meerdere stadia in het samendrukken van materie, die we hieronder zullen noemen.

In het eerste stadium wordt materie zo dicht op elkaar geperst dat atomen verdwijnen en de materie degenereert, verandert in een “elektronenvloeistof”, waarin atoomkernen omgeven worden door elektronen met een snelheid in de buurt van de lichtsnelheid. Elektronenvloeistof is zeer dicht: een theelepeltje weegt ongeveer een ton. Witte dwergen, het vermoedelijke eindstadium van de zon, bestaan uit deze elektronenvloeistof.

zwart-gat-nasa

Als de druk verder toeneemt, wat het geval is boven de Chandrasekharlimiet van 1,4 zonsmassa, wordt ook de elektronenvloeistof gekraakt. De enorme druk maakt dat het energiegunstiger is voor elektronen en protonen om te fuseren tot neutronen: neutronium. Neutronium is ongeveer zo dicht als atoomkernen. Een theelepel neutronium weegt zoveel als een berg, of een complete stad. Neutronensterren, die wij waar kunnen nemen als pulsars, bestaan uit neutronium. De complete massa van een ster van enkele zonsmassa’s  is dan samengebald in een bolletje van ongeveer twintig kilometer doorsnede. De Schwarzschildradius van deze massa is negen kilometer, niet veel kleiner dus. Er is inderdaad niet veel meer nodig om een neutronenster in elkaar te laten storten tot een zwart gat.

Nu naderen we de grens van de bekende kennis. Natuurkundigen denken dat er nog een verdere fase is: de quarkster. Ook neutronen bestaan namelijk uit samenstellende deeltjes, de quarks. Neutronen kunnen nog verder samengeperst worden tot ook zij degenereren en er een quark-gluonplasma ontstaat. Deze natuurkunde is nog slecht begrepen, omdat we deze omstandigheden alleen zeer moeizaam, in de Large Hadron Collider, kunnen nabootsen.

Op een gegeven moment komt er een fundamentele limiet, waarop de zwaartekracht zo hoog wordt dat zelfs licht niet meer kan ontsnappen. Er vormt zich een waarnemingshorizon en een zwart gat is geboren. Volgens de heersende theorieën is de zwaartekracht nu zo allesoverheersend dat niets de ineenstorting tot een enkel punt van oneindige dichtheid, de singulariteit, meer kan stoppen.

Een singulariteit is een rechtgeaarde natuurkundige een gruwel. Dat is namelijk een punt waarop de natuurwetten niet meer opgaan. Zie deze video.

Planckster
Volgens Rovelli is er een fundamentele limiet aan dichtheid, die te maken heeft met ruimtetijd zelf. Als een ster ineenstort tot het volume van een atoomkern, wordt de Planckdichtheid bereikt. Dit is c5/hG2, rond de 1093gram per kubieke centimeter. De dichtheid van het heelal na het verstrijken van de Plancktijd van 10-43 seconde. Dit zorgt voor een sterk afstotend effect. Het gevolg is dat de ster “terugveert” in een fractie van een seconde. Door de extreme tijdsvertraging in de buurt van zwarte gaten, lijkt dit proces voor een waarnemer buiten het zwarte gat vele miljarden jaren te kosten. Door Hawkingstraling is het zwarte gat dan al aan het verdampen. Rovelli denkt dat op deze manier zwarte gaten van voor de Big Bang het hebben kunnen overleven.

Stof om na te denken. Dit artikel dateert van 2014, maar ondertussen zijn m.b.v. de zwaartekrachtsgolfdetector LIGO zwarte gaten van plm. 30 zonsmassa’s aangetroffen. Dit zouden goed primordiale zwarte gaten kunnen zijn. Uit een periode van voor de Big Bang?

Bron
Carlo Rovelli en Francesca Vidotto, Planck Stars, ArXiv (2014)