Fayetteville (USA) – Hochentwickelte außerirdische Zivilisationen könnten gewaltige Strukturen nutzen, um die gesamte Energie eines Sterns für sich nutzbar zu machen. Wie solche Mega-Konstruktionen das Erscheinungsbild eines solchen Sterns auch und gerade aus großer Ferne verändern würde, hat nun eine aktuelle Studie untersucht.
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Seit der Physiker Freeman Dyson im Jahr 1960 erstmals das Konzept einer sogenannten Dyson-Sphäre vorschlug, gilt diese Form einer hypothetischen Megastruktur als eines der prominentesten Ziele bei der Suche nach technologischen Signaturen außerirdischer Zivilisationen. Die Grundidee: Eine hochentwickelte Zivilisation könnte eine gewaltige Struktur – oder realistischer eine Vielzahl von Kollektoren in Form eines Schwarms – um ihren Heimatstern errichten, um dessen gesamte Energieausbeute zu nutzen.
Amirnezam Amiri von der University of Arkansas hat in einer Studie untersucht, wie sich solche Strukturen astronomisch bemerkbar machen könnten. Die vorab via ArXiv.org veröffentlichten Ergebnisse zeigen: Sollte eine solche Megastruktur existieren, würde sie das Erscheinungsbild eines Sterns drastisch verändern – und möglicherweise sogar dazu führen, dass er zu den „kältesten Sternen“ der gesamten Galaxis zählt.
Rote und weiße Zwerge als ideale Kandidaten
Im Fokus der Analyse stehen zwei Sternentypen, die sich besonders gut für den Bau solcher gigantischen Energieanlagen eignen könnten: Rote Zwerge und Weiße Zwerge:
– Rote Zwergsterne sind die häufigsten Sterne in der Milchstraße. Sie verbrauchen ihren nuklearen Brennstoff extrem langsam und können daher über Zeiträume von Billionen Jahren existieren – deutlich länger als das bisherige Alter des Universums. Gleichzeitig sind sie wesentlich kleiner als unsere Sonne. Dadurch wäre der Bau eines Dyson-Schwarms vergleichsweise materialeffizient: Die Kollektoren könnten sich in Abständen zwischen etwa 0,05 und 0,3 astronomischen Einheiten um den Stern anordnen.
– Noch günstiger könnten unter Umständen Weiße Zwerge sein. Dabei handelt es sich um kompakte Überreste sonnenähnlicher Sterne, die nach dem Ende ihrer Entwicklung stark zusammengeschrumpft sind und nur noch etwa ein Prozent des ursprünglichen Sternradius besitzen. In diesem Fall könnten Sammelstrukturen bereits in wenigen Millionen Kilometern Abstand um den Stern kreisen. Gleichzeitig strahlen Weiße Zwerge über Milliarden Jahre hinweg relativ konstant Energie ab – ein stabiler und langfristiger Energielieferant für eine hypothetische Zivilisation.
Wie eine Dyson-Sphäre einen Stern verändert
Astronomen klassifizieren Sterne üblicherweise mithilfe des sogenannten Hertzsprung-Russell-Diagramms. Dieses Diagramm ordnet Sterne nach ihrer Oberflächentemperatur und ihrer Leuchtkraft.
Eine Dyson-Sphäre oder ein Dyson-Schwarm würde dieses Erscheinungsbild jedoch grundlegend verändern. Da die Struktur das gesamte Licht des Sterns absorbiert, würde dessen sichtbare Strahlung nach außen praktisch verschwinden. Gleichzeitig verlangt das Energieerhaltungsgesetz, dass die aufgenommene Energie wieder abgegeben wird – allerdings in anderer Form.
Die Megastruktur würde die Energie als Wärme abstrahlen, vor allem im Infrarotbereich. Astronomisch betrachtet würde der Stern dadurch im Diagramm stark in Richtung niedrigerer Temperaturen verschoben erscheinen, während seine Gesamtleuchtkraft unverändert bliebe.
Die Temperaturunterschiede wären drastisch. Ein typischer Roter Zwerg besitzt eine Oberflächentemperatur von etwa 3000 Kelvin. Eine hypothetische Dyson-Struktur könnte dagegen nur rund 50 Kelvin erreichen – also etwa zwei Größenordnungen weniger. In diesem Bereich des Diagramms existieren natürlicherweise keine Sterne, was entsprechende Objekte zu besonders interessanten Kandidaten für technologische Strukturen machen würde.
Auffällige Signaturen im Infrarotbereich
Neben der ungewöhnlich niedrigen Temperatur könnten weitere Hinweise auf künstliche Strukturen liefern. Normale Sterne sind häufig von Staubscheiben umgeben, deren Spektren charakteristische Silikatlinien zeigen. Eine Dyson-Struktur aus technischen Radiatorflächen würde hingegen weitgehend staubfrei erscheinen und in Spektralanalysen ungewöhnlich „sauber“ wirken.
Darüber hinaus wäre eine perfekte geschlossene Kugelstruktur physikalisch kaum realisierbar. Realistisch wäre eher ein Schwarm aus vielen einzelnen Elementen mit Lücken und unterschiedlichen Dichten. Diese könnten beim Umlauf um den Stern ungewöhnliche und stark variierende Helligkeitsverläufe erzeugen – Lichtkurven, die sich deutlich von natürlichen astrophysikalischen Prozessen unterscheiden.
Gerade im Infrarotbereich könnten solche Signaturen entdeckt werden. Hier gilt das James Webb Space Telescope (JWST) als besonders leistungsfähig. Doch auch ältere Observatorien wie Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) werden bereits gezielt für entsprechende Suchprogramme genutzt.
Projekt Hephaistos
Ein Beispiel ist das sogenannte Project Hephaistos, das 2024 mehrere potenzielle Kandidaten identifizierte. Aus einem Katalog von rund fünf Millionen Sternen wurden sieben Objekte herausgefiltert, deren Eigenschaften mit Dyson-Strukturen vereinbar sein könnten – allesamt Rote Zwerge (…GreWi berichtete).
Einer dieser Kandidaten konnte inzwischen durch eine Hintergrundquelle erklärt werden, doch mehrere weitere bleiben weiterhin Gegenstand genauer Beobachtungen. Die neue Studie liefert nun zusätzliche Kriterien, die Astronomen künftig bei der Suche nach möglichen technologischen Signaturen im Universum unterstützen könnten.
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Recherchequelle: ArXiv.org
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