다이슨 떼

별빛을 모두 붙잡기: 문명이 어떻게 지을 수 있고 어떻게 보일까

가설입니다. 물리학적으로는 가능하지만 아무도 본 적이 없습니다. 모든 내용은 현재 이론을 따릅니다.

단계별로

별빛을 모두 붙잡기

이 아이디어에는 더 오래된 원천이 있습니다. 올라프 스태플던의 소설 『스타 메이커』(1937)에서는 은하 전체의 별들이 그 빛을 붙잡는 덫에 둘러싸여 있습니다. 다이슨은 그것이 아이디어를 주었다고 말했습니다. 그 자신의 요점은 실용적이었습니다. 별의 에너지를 쓰는 문명은 그것을 열로 돌려주어야 하고, 열은 망원경이 볼 수 있습니다.

태양은 3.8 × 10²⁶와트를 내놓습니다. 인류는 약 2 × 10¹³을 씁니다. 칼 세이건이 니콜라이 카르다쇼프의 척도에서 그린 척도에서는 한 칸이 출력의 100억 배이며, 이것은 우리를 약 0.73에 놓습니다. 자기 별의 빛을 모두 쓰는 문명은 2에 있게 됩니다.

그런 문명은 알려져 있지 않습니다. 여기 있는 모든 것은 물리학에서 상상한 것으로, 어떻게 지을 수 있고 어떻게 보일지를 보여줍니다.

껍질이 아니라 떼

별 둘레의 단단한 껍질은 성립하지 않습니다. 약 1조 파스칼, 강철이 견디는 양의 약 천 배를 견뎌야 하고, 별 쪽으로 흘러가 버립니다. 다이슨이 말한 것은 각각 독립된 궤도를 도는 따로따로의 집광기 떼였습니다.

지구 거리의 얇은 껍질은 태양의 인력에 의해 약 GMρ/2r의 압력으로 눌립니다. 알루미늄 밀도의 껍질이라면 아무리 얇아도 약 1.2조 파스칼입니다. 강철은 약 10억에서 굴복합니다. 우리가 아는 어떤 재료도 근처에 못 갑니다.

완벽한 껍질조차 불안정합니다. 균일한 껍질 안에서는 중력이 상쇄되어 별을 중심에 붙잡아 둘 것이 없습니다. 한쪽으로의 작은 이동이 커져서 별이 벽에 부딪힙니다. 다이슨 자신도 단단한 껍질을 역학적으로 불가능하다고 했고, 독립된 궤도의 물체들이 느슨하게 모인 떼를 그렸습니다.

그래서 여기 그림은 별 둘레의 각자 궤도에 있는 거울이나 집광기인 패널의 떼입니다. 패널은 진짜보다 수천 배, 별은 실제보다 크게 그렸습니다. 둘 다 보이게 하려는 것입니다.

재료는 어디서 오나

수성은 3.3 × 10²³ kg입니다. 구에 고르게 펼치면 제곱미터당 약 1.2 kg으로, 호일처럼 얇은 집광기에 필요한 것보다 훨씬 많아서 행성의 일부면 충분합니다. 약 3분의 2가 금속이라 건설에 좋습니다.

스튜어트 암스트롱과 앤더스 샌드버그의 계획은 작게 시작합니다. 수성의 첫 공장이 더 많은 공장을 짓고, 그것들이 또 더 짓기 때문에 작업이 거듭 두 배가 됩니다. 완성된 집광기는 태양을 도는 궤도로 발사되어 다음 단계를 돌리기 위해 전력을 돌려주기 시작합니다.

수치는 계산입니다. 스스로를 복제하는 공장은 아이디어일 뿐이며 우리가 만들 수 있는 것을 훨씬 넘어서고, 얼마나 걸릴지는 얼마나 빨리 불어날 수 있느냐에 달려 있습니다.

어떻게 자랄까

1제곱킬로미터 패널은 별 앞에서 작습니다. 천 장은 별빛에 거의 닿지 않고 1조 장도 별 영향이 없으며, 수십 경 장이 되어야 별이 아예 어두워집니다. 복제로 자라면 그곳에 생각보다 빨리 닿습니다.

모서리의 그래프는 패널이 늘수록 붙잡히는 별빛의 몫이며, 겹침도 센 것입니다. 처음에는 수에 맞춰 오르다가, 새 패널이 옛 패널의 그림자에 들어가서 평평해집니다. 전부에는 결코 이르지 못합니다.

떼는 쓸모 있으려고 완성될 필요는 없습니다. 절반의 떼는 빛의 약 절반을 붙잡고, 문명은 가는 길 어디서든 멈출 수 있습니다. 여기 패널은 진짜보다 훨씬 크게 그렸습니다.

멀리서

떼가 붙잡은 것은 무엇이든 돌려줘야 합니다. 어떤 문명도 열은 방출하는 것 말고는 버릴 수 없습니다. 지구 거리의 떼는 약 280 K로 방보다 조금 차갑고, 10마이크로미터 근처 파장, 중적외선에서 가장 강하게 빛납니다.

그래프는 별 자체의 빛(약 0.5마이크로미터에서 가장 밝음)과 떼의 열을 보여줍니다. 같은 곡선, 같은 출력이 파장 위에서 스무 배 이동한 것입니다. 빛은 사라지지 않고 가시광선에서 적외선으로 옮겨갈 뿐입니다.

탐색은 이렇게 하게 됩니다. 가시광선은 약하고 적외선은 강한 별을 찾는 것입니다. 떼 둘레에 그린 붉은 빛은 열이 어디 있는지 보여줍니다. 적외선은 볼 수 없습니다.

안에서 본 모습

떼 안에서는 흩어진 패널들 사이로 별이 보입니다. 패널은 각각 빛을 받는 곳에서 반짝이고, 별 앞을 지나는 패널은 별을 잠깐 어둡게 합니다. 패널이 지날 때마다 낮이 깜박입니다.

안에서는 패널의 밝은 면이 당신 쪽을 향합니다. 각각 거울이거나 집광기로, 별빛을 붙잡아 그 안에서 반짝이므로 하늘은 그것들로 가득합니다. 빛의 점이나 별을 배경으로 한 작은 어두운 모양입니다.

별의 면을 지나가는 패널은 행성의 통과처럼 별을 잠깐 어둡게 합니다. 패널이 많으면 깜박임은 멈추지 않을 것이고, 떼가 짙다면 별은 틈새로 보이는 붉은 금빛이 될 것입니다.

여기 별은 실제보다 크게, 패널은 훨씬 크게 그렸습니다. 진짜 패널은 어떤 거리에서도 작은 점이고, 진짜 떼는 하늘에서 이 그림보다 훨씬 성글 것입니다.

어두워지는 별

2015년 천문학자들은 KIC 8462852라는 별이 불규칙한 감소로 최대 22% 어두워진다고 보고했습니다. 한 가지 생각은 외계 구조물의 떼였습니다. 이후의 색 측정은 푸른빛을 붉은빛보다 더 약하게 하는 먼지를 가리켰습니다.

이 별은 보고한 팀을 이끈 타베사 보야지안의 이름을 따 보야지안 별 또는 태비의 별이라 불리며, 규칙적인 패턴 없이 며칠 동안 최대 22% 떨어졌습니다. 제이슨 라이트와 스타인 시구르손은 2016년에 가능한 원인 중 하나로 외계 구조물의 떼를 꼽았습니다.

2018년 보야지안 팀은 감소를 여러 색으로 관측했습니다. 1밀리미터의 천 분의 1보다 작은 먼지 알갱이처럼 푸른빛을 붉은빛보다 더 약하게 했고, 단단한 패널의 떼라면 그러지 않았을 것입니다. 패널은 모든 색을 똑같이 막기 때문입니다. 지금은 먼지가 유력한 설명입니다.

여전히 이상한 별입니다. 하지만 교훈은 남았습니다. 진짜 떼는 별을 모든 색에서 똑같이 어둡게 하고 적외선에서 빛나므로, 탐색은 둘 다 확인해야 합니다. 여기 덩어리는 그린 것입니다.

누가 본 적이 있을까요?

아니요. 떼의 적외선 빛을 찾아 수백만 개의 별이 조사되었습니다. 2024년 헤파이스토스 프로젝트는 설명되지 않는 초과를 가진 적색왜성 일곱 개를 찾았지만, 먼지나 배경 은하로 설명될 수 있습니다. 다이슨 떼는 여전히 아이디어입니다.

마티아스 수아소가 이끄는 헤파이스토스 프로젝트는 세 개의 대형 전천 탐사(가이아, 2MASS, WISE)에서 약 500만 개의 별을 걸러, 가시광선에서 너무 어둡고 적외선에서 너무 밝은 별을 찾았습니다. 필터로는 설명되지 않는 적색왜성 일곱 개를 찾았습니다.

자연스러운 설명이 가능합니다. 어두운 배경 은하나 별 근처의 먼지가 초과를 설명할 수 있습니다. 천체를 더 선명하게 볼 때까지 이 일곱 개는 수수께끼의 후보이지 발견이 아닙니다.

지금까지는 어떤 것도 설명하는 데 다이슨 떼가 필요하지 않습니다. 그것은 거대한 규모의 에너지 사용이 무엇을 남길지에 대한 안내로 남고, 찾아야 할 별은 너무 어둡고 너무 따뜻해 보이는 별이라는 일깨움으로 남습니다.