Kawanan Dyson

Menangkap seluruh cahaya bintang: bagaimana peradaban bisa membangunnya, dan seperti apa rupanya

Sebuah pengandaian: fisika mengizinkannya di atas kertas, tetapi belum ada yang pernah melihatnya. Semuanya mengikuti teori saat ini.

Tonton dalam 3D

Langkah demi langkah

Menangkap seluruh cahaya bintang

Gagasan ini punya sumber yang lebih tua: novel Star Maker karya Olaf Stapledon (1937), tempat bintang-bintang seluruh galaksi dikelilingi perangkap bagi cahayanya. Dyson mengatakan itulah yang memberinya gagasan. Poinnya sendiri praktis: peradaban yang memakai energi bintang harus mengembalikannya sebagai panas, dan panas bisa dilihat teleskop.

Matahari memancarkan 3,8 × 10²⁶ watt. Umat manusia memakai sekitar 2 × 10¹³. Pada skala yang Carl Sagan tarik dari skala Nikolai Kardashev, tempat tiap anak tangga utuh adalah faktor sepuluh miliar dalam daya, itu menempatkan kita di sekitar 0,73. Peradaban yang memakai semua cahaya bintangnya berada di 2.

Belum ada peradaban seperti itu yang diketahui. Semua di sini dibayangkan dari fisika: bagaimana satu bisa dibangun dan seperti apa rupanya.

Bukan cangkang, melainkan kawanan

Cangkang padat mengelilingi bintang tidak akan berhasil. Ia harus menahan sekitar satu triliun pascal, seribu kali lebih besar dari yang tertahan baja, dan akan hanyut ke bintang. Yang Dyson maksud adalah kawanan pengumpul terpisah, masing-masing di orbitnya sendiri.

Cangkang tipis pada jarak Bumi terhimpit tarikan Matahari dengan tekanan sekitar GMρ/2r: untuk cangkang berkepadatan aluminium, sekitar 1,2 triliun pascal, setipis apa pun. Baja menyerah pada sekitar satu miliar. Tak ada bahan yang kita kenal mendekatinya.

Cangkang yang sempurna pun tak stabil. Di dalam cangkang seragam gravitasi saling meniadakan, sehingga tak ada yang menahan bintang di tengah: setiap pergeseran ke satu sisi membesar, sampai bintang menabrak dinding. Dyson sendiri menyebut cangkang padat mustahil secara mekanis dan membayangkan kawanan longgar benda di orbit yang bebas.

Jadi gambarnya di sini adalah kawanan panel, masing-masing cermin atau pengumpul di orbitnya sendiri mengelilingi bintang. Panel digambar ribuan kali lebih besar dari yang nyata, dan bintang lebih besar dari aslinya, agar keduanya terlihat.

Dari mana bahannya

Merkurius memuat 3,3 × 10²³ kg. Dibagi rata di atas bola itu, sekitar 1,2 kg pada setiap meter persegi, jauh lebih banyak daripada yang dibutuhkan pengumpul setipis foil, jadi sebagian kecil planet sudah cukup. Sekitar dua pertiganya logam, bagus untuk membangun.

Skema Stuart Armstrong dan Anders Sandberg dimulai kecil: pabrik pertama di Merkurius membangun lebih banyak pabrik, yang membangun lebih banyak lagi, sehingga pekerjaan berlipat ganda berkali-kali. Pengumpul yang selesai diluncurkan ke orbit mengelilingi Matahari dan mulai mengembalikan daya untuk menghidupi putaran berikutnya.

Angka-angkanya hitungan. Pabrik yang menggandakan diri adalah gagasan, jauh di luar kemampuan kita, dan berapa lama waktunya bergantung pada seberapa cepat mereka bisa berlipat.

Bagaimana ia akan tumbuh

Panel satu kilometer persegi kecil di samping bintang. Seribu nyaris tak mengurangi cahayanya dan satu triliun hanya sedikit; baru ketika jumlahnya ratusan kuadriliun bintang meredup untuk selamanya. Pertumbuhan dengan menggandakan sampai ke sana lebih cepat dari dugaan.

Grafik di sudut adalah bagian cahaya bintang yang tertangkap saat panel ditambah, tumpang tindih dihitung. Mula-mula naik seiring jumlahnya, lalu mendatar karena panel baru jatuh dalam bayangan yang lama. Ia tak pernah benar-benar mencapai semuanya.

Kawanan tak perlu selesai untuk berguna: separuh kawanan menangkap sekitar separuh cahaya, dan peradaban bisa berhenti di titik mana pun. Panel di sini digambar jauh lebih besar dari yang nyata.

Dari jauh

Apa pun yang ditangkap kawanan harus dikembalikan: tak ada peradaban yang bisa membuang panas kecuali memancarkannya. Kawanan pada jarak Bumi akan berada sekitar 280 K, sedikit lebih dingin dari sebuah ruangan, dan bersinar paling kuat pada panjang gelombang dekat 10 mikrometer, di inframerah tengah.

Grafik menunjukkan cahaya bintang sendiri, paling terang dekat setengah mikrometer, dan panas kawanan. Keduanya kurva yang sama, daya yang sama, digeser pada panjang gelombang dengan faktor dua puluh: cahaya tidak hilang, hanya dipindah dari tampak ke inframerah.

Begitulah cara mencarinya: bintang dengan cahaya tampak rendah dan inframerah tinggi. Cahaya merah yang digambar di sekitar kawanan menunjukkan di mana panasnya; inframerah tak bisa dilihat.

Pemandangan dari dalam

Di dalam kawanan Anda akan melihat bintang lewat taburan panel. Masing-masing berkilau di tempat ia menangkap cahaya, dan setiap yang melintasi bintang meredupkannya sesaat. Siang akan berkedip saat mereka lewat.

Dari dalam, sisi terang panel menghadap Anda. Masing-masing cermin atau pengumpul, menangkap cahaya bintang dan berkilau di dalamnya, sehingga langit penuh dengannya: bintik cahaya, atau bentuk gelap kecil di depan bintang.

Panel yang melintasi wajah bintang meredupkannya sebentar, seperti planet pada transit. Dengan banyak panel, kedipan tak akan berhenti, dan jika kawanan tebal, bintang akan menjadi cahaya merah keemasan yang terlihat lewat celah.

Bintang di sini digambar lebih besar dari semestinya dan panel jauh lebih besar. Panel nyata hanyalah bintik pada jarak berapa pun, dan kawanan nyata akan jauh lebih jarang di langit daripada gambar ini.

Bintang yang meredup

Pada 2015 para astronom melaporkan sebuah bintang, KIC 8462852, yang meredup hingga 22% dalam penurunan tak beraturan. Satu gagasan adalah kawanan struktur asing. Pengukuran warna berikutnya menunjuk ke debu, yang meredupkan cahaya biru lebih dari merah.

Bintang itu, disebut bintang Boyajian atau bintang Tabby menurut Tabetha Boyajian, yang memimpin tim yang melaporkannya, turun hingga 22% selama berhari-hari, tanpa pola teratur. Jason Wright dan Steinn Sigurdsson pada 2016 memasukkan kawanan struktur asing di antara kemungkinan penyebab.

Pada 2018 tim Boyajian mengamati penurunan itu dalam beberapa warna. Cahaya biru diredupkan lebih daripada merah, seperti butir debu yang lebih kecil dari seperseribu milimeter, dan seperti tidak akan dilakukan kawanan panel padat, sebab panel menghalangi semua warna sama rata. Debu kini menjadi penjelasan utama.

Ia masih bintang yang aneh. Tetapi pelajarannya tetap: kawanan nyata akan meredupkan bintang sama rata di setiap warna dan bersinar di inframerah, jadi pencarian harus memeriksa keduanya. Gumpalan di sini digambar.

Adakah yang pernah melihatnya?

Belum. Survei telah memeriksa jutaan bintang untuk mencari cahaya inframerah sebuah kawanan. Pada 2024 Proyek Hephaistos menemukan tujuh katai merah dengan kelebihan yang tak terjelaskan, tetapi debu atau galaksi latar belakang bisa menjelaskannya. Kawanan Dyson tetap sebuah gagasan.

Proyek Hephaistos, dipimpin Matías Suazo, menyaring sekitar lima juta bintang dalam tiga survei langit besar (Gaia, 2MASS, dan WISE) untuk mencari bintang yang terlalu redup dalam cahaya tampak dan terlalu terang di inframerah. Ia menemukan tujuh katai merah yang tak bisa dijelaskan filternya.

Penjelasan alami dimungkinkan: galaksi latar belakang yang redup atau debu di dekat bintang bisa menjelaskan kelebihan itu. Sampai sumbernya dilihat lebih tajam, ketujuhnya adalah kandidat sebuah teka-teki, bukan penemuan.

Sejauh ini tak ada yang memerlukan kawanan Dyson untuk dijelaskan. Ia tetap menjadi panduan tentang apa yang ditinggalkan penggunaan energi berskala raksasa, dan pengingat bahwa bintang yang dicari adalah yang tampak terlalu redup dan terlalu hangat.