Dans le monde de la science-fiction, les sphères de Dyson et les orbitales font partie des meubles, en quelque sorte: ces mégastructures titanesques évoquent des moyens technologiques appartenant à des civilisations beaucoup plus avancées que la nôtre, voire des espèces disparues, comme dans la bien nommée série Halo. Et une nouvelle étude démontre maintenant que ces constructions pourraient bel et bien exister. En théorie.
Le hic, avec ce genre de construction, c’est que, selon les connaissances actuelles, les forces gravitationnelles découlant de la simple existence de telles structures mèneraient à l’éclatement de celles-ci.
Or, un chercheur écossais soutient que dans certaines circonstances, soit si une telle construction est en orbite autour d’un système solaire formé de deux étoiles,
Ces travaux sont publiés dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
« J’ai lu Ringworld et Ringworld Engineers quand j’étais étudiant, alors cela fait longtemps que je suis fasciné par l’ingénierie à des échelles astronomiques », a ainsi mentionné le professeur Colin McInnes, en parlant des classiques de la science-fiction de l’auteur Larry Niven, qui donnait dans la SF réaliste, aussi appelée hard sci-fi.
Les sphères de Dyson, elles, ont d’abord été proposées par le physicien Freeman Dyson, dans un article publié en 1960 dans Science. Il s’agit d’une structure creuse qui entourerait complètement une étoile, le tout construit à partir de matériaux extraits de différentes planètes, dans un système solaire, ce qui nécessiterait de gigantesques quantités d’énergie.
L’objectif? Capter l’ensemble de l’énergie émise par un soleil, notamment afin de répondre aux besoins titanesques d’une civilisation avancée.
M. Dyson avait calculé, rappelle-t-on, qu’une telle sphère creuse pouvait être construite avec tous les matériaux disponibles dans le système solaire, soit essentiellement la masse de Jupiter, à environ deux fois la distance entre la Terre et le Soleil. En fonction de sa densité, cette sphère aurait une épaisseur de quelques mètres.
Une étape inévitable pour une civilisation avancée?
Le physicien estimait qu’« à moins d’un accident, une espèce intelligente finirait par adopter une telle utilisation efficace des ressources à sa disposition ». Une telle sphère, dans l’espace, apparaîtrait comme un objet sombre; mais sa chaleur émettrait des radiations dans le spectre de l’infrarouge.
Mais une sphère de Dyson solide construite autour d’une unique étoile serait déstabilisée par les forces gravitationnelles et finirait par éclater. À l’intérieur de cette sphère, en raison d’un principe remontant à Newton, les objets ne ressentiraient pas l’effet gravitationnel de « l’enveloppe », ce qui signifie que l’étoile se déplacerait en fonction de toute perturbation dans la masse de la sphère, tout changement par rapport à une symétrie parfaite.
Dès lors, la sphère subirait des forces gravitationnelles asymétriques en provenance de l’étoile, et subirait des tensions qui pourraient bien la faire éclater.
Et des masses externes situées à proximité pourraient également avoir un impact gravitationnel sur la sphère.
En fonction de cette réalité, les auteurs de science-fiction et les astrophysiciens considèrent plutôt des sections de coquille ou une structure morcelée comme étant une sphère de Dyson réaliste.
Dans le même ordre d’idée, un anneau construit autour d’une étoile ou d’une planète, comme dans la série Ringworld, de Larry Niven, est aussi instable, puisqu’il oscillerait sous l’influence de toute différence gravitationnelle, avant de finir par percuter le soleil ou le monde autour duquel il se trouve.
Pour trouver une solution, le Pr McInnes a envisagé un problème à trois corps célestes, où deux masses de poids égal orbitent l’une autour de l’autre selon une trajectoire circulaire, avec un anneau uniforme de masse très faible placé sur leur plan orbital. Ledit anneau pourrait englober les deux masses, une seule d’entre elles, ou même aucune.
De l’avis du Pr McInnes, il ne s’agit pas d’une solution au célèbre problème complet des trois corps, qui n’a pas de solution, et qui a aussi donné son nom à une trilogie de livres de science-fiction – ainsi qu’à une série sur Netflix.
Il s’agit plutôt, dit-il, « de comprendre la stabilité de telles structures, ce qui nous relie à la recherche de civilisations extraterrestres ».
Selon le professeur, une solution existe aussi pour une sphère de Dyson, dans des circonstances similaires.
Dans les deux cas, pour une orbitale ou une sphère de Dyson, il existerait sept points d’équilibre orbital, entre les deux étoiles imaginées et la construction artificielle, affirme le chercheur.
Ce dernier stipule qu’en connaissance mieux le fonctionnement de tels équilibres orbitaux, « cela pourrait aider de futures recherches du programme SETI », qui tente de trouver des traces de signaux extraterrestres dans l’univers.
