Enxame de Dyson

Captar toda a luz de uma estrela: como uma civilização poderia construí-lo e como pareceria

Uma hipótese: a física permite no papel, mas ninguém nunca viu. Tudo segue a teoria como ela é hoje.

Passo a passo

Captar toda a luz de uma estrela

A ideia tem uma fonte mais antiga: o romance Star Maker de Olaf Stapledon (1937), onde as estrelas de uma galáxia inteira são cercadas por armadilhas para a sua luz. Dyson disse que isso lhe deu a ideia. O seu argumento era prático: uma civilização que usasse a energia de uma estrela teria de a devolver em forma de calor, e o calor é algo que os telescópios conseguem ver.

O Sol emite 3,8 × 10²⁶ watts. A humanidade usa cerca de 2 × 10¹³. Na escala que Carl Sagan traçou a partir da de Nikolai Kardashev, em que cada degrau inteiro é um fator de dez bilhões em potência, isso coloca-nos em cerca de 0,73. Uma civilização que usasse toda a luz dsua estrela estaria em 2.

Não se conhece nenhuma civilização assim. Tudo aqui é imaginado a partir da física: como uma poderia ser construída e como pareceria.

Não uma casca, um enxame

Uma casca sólida em volta de uma estrela não funcionaria. Teria de suportar cerca de um trilhão de pascais, umas mil vezes o que o aço aguenta, e derivaria para a estrela. O que Dyson queria dizer era um enxame de coletores separados, cada um na sua própria órbita.

Uma casca fina à distância da Terra é comprimida pela atração do Sol com uma pressão de cerca de GMρ/2r: para uma casca com a densidade do alumínio, à volta de 1,2 trilhão de pascais, por mais fina que seja. O aço cede cerca de um bilhão. Nenhum material que conheçamos chega perto.

Mesmo uma casca perfeita seria instável. Dentro de uma casca uniforme a gravidade anula-se, por isso nada mantém a estrela no centro: qualquer desvio para um lado cresce, até a estrela tocar na parede. O próprio Dyson chamou a uma casca sólida mecanicamente impossível e imaginou um enxame solto de corpos em órbitas independentes.

Assim, a imagem aqui é um enxame de painéis, cada um um espelho ou um coletor na sua própria órbita em torno da estrela. Os painéis estão desenhados milhares de vezes maiores do que os reais, e a estrela maior do que é, para que ambos se vejam.

De onde viria o material

Mercúrio tem 3,3 × 10²³ kg. Espalhados por igual sobre a esfera dão cerca de 1,2 kg em cada metro quadrado, muito mais do que coletores finos como uma folha precisam, por isso bastaria uma fração do planeta. Cerca de dois terços são metal, bom para construir.

O plano de Stuart Armstrong e Anders Sandberg começa pequeno: uma primeira fábrica em Mercúrio constrói mais fábricas, que constroem mais, de modo que o trabalho duplica vezes sem conta. Os coletores acabados são lançados para a órbita do Sol e começam a devolver energia para alimentar a ronda seguinte.

Os números são aritmética. As fábricas que se copiam a si próprias são uma ideia, muito além do que sabemos fazer, e quanto tempo levaria depende da rapidez com que se pudessem multiplicar.

Como cresceria

Painéis de um quilômetro quadrado são pequenos ao pé de uma estrela. Mil mal beliscam a sua luz e um trilhão pouco muda; só quando há centenas de quatrilhões a estrela escurece de vez. O crescimento por cópia chega lá mais depressa do que se pensa.

O gráfico no canto é a parte da luz da estrela captada à medida que se juntam painéis, contando as sobreposições. Ao princípio sobe ao ritmo do seu número, depois achata-se porque os painéis novos caem na sombra dos velhos. Nunca chega totalmente a tudo.

Um enxame não precisa de estar acabado para servir: meio enxame capta cerca de metade da luz, e uma civilização podia parar em qualquer ponto. Os painéis aqui estão desenhados muito maiores do que os reais.

De longe

Tudo o que um enxame capta tem de o devolver: nenhuma civilização se livra do calor senão irradiando-o. Um enxame à distância da Terra estaria a cerca de 280 K, um pouco mais frio que um quarto, e brilharia mais forte num comprimento de onda perto de 10 micrômetros, no infravermelho médio.

O gráfico mostra a luz própria da estrela, mais forte perto de meio micrômetro, e o calor do enxame. São a mesma curva, a mesma potência, deslocada no comprimento de onda por um fator de vinte: a luz não se perde, passa apenas do visível para o infravermelho.

É assim que se procuraria: uma estrela com pouca luz visível e muito infravermelho. O brilho vermelho desenhado em volta do enxame mostra onde está o calor; o infravermelho não se pode ver.

A vista de dentro

Dentro do enxame você veria a estrela através de uma dispersão de painéis. Cada um brilha onde apanha a luz, e cada um que cruza a estrela escurece-a por um instante. O dia piscaria à sua passagem.

Vistas de dentro, as faces brilhantes dos painéis se voltam para você. Cada um é um espelho ou um coletor, que capta a luz da estrela e cintila com ela, por isso o céu está cheio deles: pontos de luz, ou pequenas formas escuras contra a estrela.

Um painel que cruza a face da estrela escurece-a brevemente, como faz um planeta num trânsito. Com muitos, a oscilação nunca pararia, e se o enxame fosse espesso a estrela seria um brilho vermelho-dourado visto por entre vãos.

A estrela aqui está desenhada maior do que seria e os painéis muito maiores. Um painel real é um ponto a qualquer distância, e um enxame real seria muito mais esparso no céu do que esta imagem.

A estrela que escurece

Em 2015 astrónomos relataram uma estrela, KIC 8462852, que escurecia até 22 % em quedas irregulares. Uma ideia foi um enxame de estruturas alienígenas. Medições posteriores da cor apontaram para poeira, que escurece mais a luz azul do que a vermelha.

A estrela, chamada estrela de Boyajian ou estrela de Tabby por causa de Tabetha Boyajian, que liderou a equipe que a comunicou, caiu até 22 % durante dias, sem qualquer padrão regular. Jason Wright e Steinn Sigurdsson incluíram em 2016 um enxame de estruturas alienígenas entre as causas possíveis.

Em 2018 a equipe de Boyajian observou as quedas em várias cores. Escureciam mais a luz azul do que a vermelha, como fariam grãos de poeira menores do que um milésimo de milímetro, e como não faria um enxame de painéis sólidos, já que os painéis bloqueiam todas as cores por igual. A poeira é agora a explicação principal.

Continua a ser uma estrela estranha. Mas a lição ficou: um enxame real escureceria uma estrela por igual em todas as cores e brilharia no infravermelho, por isso uma busca tem de verificar ambos. Os aglomerados aqui estão desenhados.

Alguém já viu um?

Não. Já se examinaram milhões de estrelas em busca do brilho infravermelho de um enxame. Em 2024 o Projeto Hefesto encontrou sete anãs vermelhas com um excesso por explicar, mas poeira ou galáxias de fundo podem explicá-lo. Um enxame de Dyson continua a ser uma ideia.

O Projeto Hefesto, liderado por Matías Suazo, peneirou cerca de cinco milhões de estrelas em três grandes levantamentos do céu (Gaia, 2MASS e WISE) em busca de estrelas demasiado fracas na luz visível e demasiado brilhantes no infravermelho. Encontrou sete anãs vermelhas que os seus filtros não souberam explicar.

São possíveis explicações naturais: galáxias fracas ao fundo ou poeira junto às estrelas podem explicar o excesso. Até as fontes serem vistas com mais nitidez, as sete são candidatas a um enigma, não uma descoberta.

Nada até agora precisa de um enxame de Dyson para se explicar. Continua a ser um guia do que o uso de energia em grande escala deixaria para trás, e um lembrete de que a estrela a procurar é uma que parece demasiado fraca e demasiado quente.