¿Es posible usar estrellas de neutrones como aceleradores para naves espaciales?

Tal vez pero…

En primer lugar, una fuente gravitacional por sí sola es inútil como acelerador de naves espaciales. Claro, a medida que se acerque a la fuente gravitacional, su velocidad aumentará. Pero cuando abandonas la fuente, tu velocidad disminuirá en una cantidad igual. Al final, su velocidad será la misma que antes de acercarse a la fuente, solo cambiaría la dirección de su viaje.

Entonces, ¿cómo funcionan las hondas gravitacionales? Bueno … requieren al menos un sistema de dos cuerpos. Por ejemplo, el Sol y un planeta. Como un caso extremo, imagine una nave espacial que inicialmente se encuentra quieta en el espacio en relación con el Sol, ya que está a punto de encontrarse con la Tierra. Debido a que la Tierra se mueve en su órbita con una velocidad relativa al Sol de aproximadamente 30 km / s, desde la Tierra parecerá que la nave espacial se acercaba a la Tierra a 30 km / s. Entonces se balancea junto a la Tierra … y digamos, su órbita se configuró para que gire 90 grados debido a la gravedad de la Tierra, y ahora se dirige directamente fuera del sistema solar. Su velocidad relativa a la Tierra sigue siendo de 30 km / s, igual que antes. Pero ahora está en dirección radial, lejos del Sol. La propia velocidad radial de la Tierra es insignificante, ya que su órbita es casi circular … por lo que la nave espacial, que originalmente estaba sentada en relación con el Sol, ahora está saliendo del sistema solar con 30 km / s. (No será suficiente para escapar del sistema solar, pero si puede repetir el mismo rendimiento, por ejemplo, cuando llegue a Júpiter, eso podría superar el umbral).

Entonces, ¿qué pueden hacer las estrellas de neutrones (o estrellas enanas u otros objetos masivos y compactos) que los planetas no pueden hacer? Bueno … pueden tener otras cosas (otras estrellas o planetas) que orbitan en órbitas muy estrechas, a velocidades muy altas. Entonces, digamos, hay una estrella de neutrones con el doble de la masa del Sol, con una estrella compañera o planeta orbitando al 1% del radio de la órbita de la Tierra. (En el sistema solar, dicha órbita colocaría firmemente el planeta dentro de la corona solar). La velocidad orbital de este compañero es superior a 400 km / s, por lo que una nave espacial en una órbita inteligente podría ganar sobre este gran aumento de velocidad en relación con el estrella anfitriona. Eso es bastante respetable (aproximadamente diez veces más rápido que nuestra nave espacial más rápida hasta la fecha) pero no lo suficiente como para viajar interestelar.

¿Podría el planeta u otra estrella estar aún más cerca de la estrella de neutrones? Después de todo, el radio de la estrella de neutrones es mucho más pequeño, tal vez 10 km más o menos. Pero no quieres acercarte tanto … las fuerzas de marea destrozarían tu cuerpo. De hecho, la “distancia segura” más cercana es de aproximadamente 10,000 km. Lo que significa, en circunstancias ideales, un aumento de velocidad de aproximadamente 5.000 km / s.

Ahora eso es más como eso. Eso es más del 1.5% de la velocidad de la luz. Pero de nuevo … no lo suficiente para el viaje interestelar.

Además … antes de que puedas usar un binario de estrellas de neutrones para este propósito, debes, ya sabes, llegar allí . ¿Qué es una especie de Catch-22 … necesita un viaje interestelar eficiente para utilizar un binario de estrellas de neutrones para qué viaje interestelar ineficiente? No, eso simplemente no cuadra. Es como tener que inventar el avión a reacción para que luego puedas extraer carbón en otro continente para tu máquina de vapor.

Sí, dado su pequeño tamaño y su gran gravitación , usar el efecto tirachinas será una solución muy práctica para lograr grandes velocidades.
Pero no como un imán, sino con la ayuda de la fuerza gravitacional

Pero tendremos algunos problemas.
Cálculo de órbita muy cuidadoso porque a esas velocidades y fuerza de gravedad enorme, el margen de error es muy delgado.

Blindaje: las estrellas de neutrones pueden emitir una fuerte radiación de rayos X. Además, puede tener un campo magnético extremadamente fuerte. Tan fuerte que incluso a distancia interferirá con la electrónica e incluso con los átomos en los organismos vivos.
Además, a veces esas estrellas sufren terremotos, eventos que desplazan una gran cantidad de energía en forma de radiación. Muy peligroso e impredecible.

Otros pensamientos: La estrella de neutrones conocida más cercana, llamada Calvera, yacía en la Osa Menor a una distancia de aproximadamente 250 a 1000 Ly. Entonces, si logramos la tecnología para alcanzar una estrella de neutrones con una nave espacial, entonces dudo que aún necesitemos contar con el efecto de honda para acelerar nuestra nave. Pero aún puede ser un buen plan B en caso de falla del motor 🙂

Como Viktor T. Toth ha desactivado los comentarios, no estaré de acuerdo con él en un punto de mi propia respuesta. Incluso si estoy en lo cierto, las ideas básicas detrás de su respuesta son exactamente correctas.

Es solo que no puedo obtener una solución de 30 km / s para esta nave espacial directamente desde el sol. Por supuesto, la nave espacial recorrerá 30 km / s en relación con la Tierra cuando esté lejos de la Tierra, ignorando cualquier disminución en la velocidad debido al campo gravitacional del sol. Pero si fuera directamente del sol a 30 km / s, su velocidad relativa a la Tierra sería de aproximadamente 42 km / s. Los vectores de velocidad relativa forman un triángulo rectángulo isósceles. Esa no es una solución física.

OTOH, si hay una posición inicial que hace posible que la nave espacial se desplace alrededor de la Tierra y revierta exactamente la dirección, estaría alejándose a 30 km / s de la Tierra mientras la Tierra va a 30 km / s para un total de 60 km / s tangente al camino de la Tierra. Eso lo sacaría del sistema solar, ya que la velocidad de escape del sol que comienza en la órbita de la Tierra es un poco más de 40 km / s, y la nave espacial no necesita alejarse directamente del sol para escapar.

Puede diseñar una trayectoria de asistencia por gravedad alrededor de un cuerpo masivo. Sin embargo, hay algunas limitaciones prácticas. La parte superior de mi cabeza:

  • No puede elegir su punto de origen o su destino arbitrariamente; tienes que hacer el mejor uso de lo que tienes.
  • Tienes que llegar al cuerpo masivo antes de que sea de valor para ti. Eso es bastante difícil con Júpiter, pero la estrella de neutrones más cercana está muy, muy lejos de nosotros.
  • El entorno alrededor de la estrella de neutrones es bastante desagradable: un alto flujo de rayos X, por un lado.

Hay una historia corta de ciencia ficción que trata sobre un pasaje cercano alrededor de una estrella de neutrones: la estrella de neutrones de Larry Niven. Para lograrlo, Niven invoca un material prácticamente indestructible para usar en los cascos de naves espaciales. (Más adelante en su extenso surtido de historias de “Espacio conocido”, Niven revela el secreto de los cascos indestructibles, ¡y es extraño “Niven-esquely”! No arruinaré la diversión).

Sí, definitivamente podrías usarlos para lanzar naves espaciales a velocidades extremas. De hecho, Freeman Dyson pensó en esto hace mucho tiempo:

La ayuda gravitacional interestelar

El problema para nosotros es que la estrella de neutrones más cercana ya está bastante lejos.