Sphère de Dyson - Définition

Introduction

Diagramme d’une coquille de Dyson d’une unité astronomique de rayon.

Une sphère de Dyson est une mégastructure hypothétique décrite en 1959 par le physicien Freeman Dyson dans un court article publié dans le journal Science et intitulé « Recherche sur les sources stellaires artificielles de rayonnements infrarouges ». Elle consiste en une sphère de matière, artificielle et creuse, autour d’une étoile, conçue pour capturer presque toute l’énergie émise par l’étoile pour une utilisation industrielle.

Bien que Dyson ait été le premier à formaliser et populariser le concept de sphère de Dyson, l’idée lui fut suggérée en 1945 par la lecture d'une nouvelle de science-fiction intitulée Star Maker (1937) d'Olaf Stapledon, lui-même peut-être influencé par la sphère de Bernal imaginée par le Britannique John Desmond Bernal en 1929. La proposition originale de Dyson n’abordait pas les détails pratiques de la construction d'une sphère de Dyson, se concentrant plutôt sur la problématique fondamentale : comment une civilisation avancée pourrait augmenter sa production d’énergie au maximum possible pour un système planétaire donné. Une telle civilisation serait nommée civilisation de Type II selon la classification développée par l’astronome russe Nikolaï Kardashev.

Propriétés

Une étoile contenue dans une sphère de Dyson ne serait pas directement visible de l’univers extérieur, mais la sphère de Dyson émettrait elle-même une quantité équivalente d’énergie sous forme de lumière infrarouge à cause de la transformation du rayonnement de l’étoile en chaleur. De plus, comme les sphères de Dyson sont composées de matière solide au lieu de gaz chauds, le spectre d’émission de la sphère de Dyson ressemblerait plus au spectre d’un corps noir qu’à celui d’une étoile ordinaire, qui a des propriétés d’absorption introduites dans l’atmosphère stellaire. Dyson a proposé que les astronomes cherchent des « étoiles » géantes présentant des anomalies afin de détecter des civilisations extraterrestres avancées, mais les résultats sont encore sujets à caution (voir la section "Observations astrophysiques"). Des tentatives de détection de sphères de Dyson utilisant les données de surveillance du ciel de l’IRAS (satellite astronomique infrarouge) sont en cours.

Cependant, si les créateurs d’une sphère de Dyson voulaient augmenter le gradient de température (et ainsi augmenter l’efficacité du processus de récupération d’énergie), ils pourraient réfléchir la lumière de la surface intérieure de la sphère vers certaines zones de la surface de la sphère. La concentration de lumière serait limitée par la température maximum supportée par les matériaux mis en jeu dans le processus de conversion d’énergie. En conséquence la radiation en direction du monde extérieur ne serait pas omnidirectionnelle, donc les sphères de Dyson pourraient bien être invisibles.

Sur un plan purement physique, il est intéressant de remarquer qu’une telle sphère modifierait les caractéristiques spectrales propres de l’étoile, car elle renverrait du rayonnement vers l’étoile ! Autant par la réflexion que par l’émission thermique : le fond du Ciel serait ainsi plus « chaud » pour l’étoile, ce qui la dilaterait et augmenterait sa durée de vie !…