Lý thuyết mới về sự ổn định tự duy trì của các siêu cấu trúc vũ trụ như Quả cầu Dyson

Một nghiên cứu lý thuyết mới trong lĩnh vực vật lý thiên văn đã mở ra một góc nhìn đột phá về khả năng tồn tại lâu dài của các siêu cấu trúc giả tưởng được thiết kế để thu hoạch năng lượng từ các ngôi sao, bao gồm Quả cầu Dyson và Động cơ Sao. Công trình này được thực hiện bởi Giáo sư Colin McInnes từ Đại học Strathclyde, Vương quốc Anh, đưa ra giả thuyết rằng những công trình khổng lồ này có thể đạt đến trạng thái "ổn định thụ động". Điều này cho phép chúng duy trì cấu trúc nguyên vẹn trong không gian bao la suốt một thời gian dài mà không cần đến sự can thiệp hay bảo trì kỹ thuật chủ động liên tục từ các nền văn minh tạo ra chúng.

Nghiên cứu của McInnes dự kiến sẽ được công bố trên tạp chí khoa học uy tín "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" (Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia) với phiên bản trực tuyến xuất hiện vào ngày 15 tháng 1 năm 2026. Tác giả đã tái định nghĩa các khái niệm này bằng cách xem xét chúng như những thực thể vật lý mở rộng thay vì chỉ là các điểm khối lượng đơn thuần. Cách tiếp cận này cho phép mô phỏng chính xác hơn các lực hấp dẫn và áp suất bức xạ tác động lên những vật thể khổng lồ như vậy. Công trình này cũng mở rộng các kết luận kinh điển của James Clerk Maxwell từ năm 1856 liên quan đến sự mất ổn định của các vành đai rắn quanh Sao Thổ, đồng thời chứng minh rằng sự cân bằng hoàn toàn có thể đạt được đối với các cấu trúc nhân tạo.

Đối với khái niệm Động cơ Sao – một hệ thống sử dụng các tấm gương khổng lồ để tạo ra lực đẩy phản lực thông qua việc đốt nóng có định hướng một ngôi sao – sự ổn định phụ thuộc mật thiết vào cách phân bổ khối lượng. Mô hình toán học dự báo rằng nếu phần lớn khối lượng được tập trung vào một cấu trúc vành đai dày đặc ở mép ngoài, thì lực hấp dẫn và áp suất bức xạ có thể tự triệt tiêu lẫn nhau, tạo ra sự ổn định thụ động. Cơ chế này cho phép toàn bộ hệ thống sao vận hành như một con tàu vũ trụ khổng lồ có khả năng điều khiển được, di chuyển xuyên qua các thiên hà mà không bị tan rã.

Trong trường hợp của Quả cầu Dyson, vốn có thể bao gồm một đám mây khổng lồ các gương nhỏ hoặc tấm pin mặt trời, nguyên lý ổn định dựa trên khả năng tự tổ chức. Nhà nghiên cứu gợi ý rằng nếu mật độ của cấu trúc đám mây đủ cao để giảm đáng kể lượng ánh sáng sao xuyên qua, nhưng không quá dày đặc đến mức làm thay đổi vị trí quỹ đạo một cách tiêu cực, các thành phần sẽ tự động sắp xếp lại thành một cấu hình ổn định. Sự cân bằng tinh tế giữa lực hút trọng trường và áp suất ánh sáng có thể đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru trong hàng triệu năm mà không cần bất kỳ sự can thiệp thủ công nào từ bên ngoài.

Nghiên cứu này mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với nỗ lực tìm kiếm trí thông minh ngoài Trái Đất (SETI), bởi các siêu cấu trúc ổn định có thể để lại những "dấu ấn công nghệ" (technosignatures) có thể quan sát được từ khoảng cách xa. Giáo sư McInnes, người đang giữ chức Giáo sư Khoa học Kỹ thuật tại Đại học Strathclyde, đã đóng góp một phần quan trọng vào việc hiểu rõ các hệ quả dài hạn của kỹ thuật không gian quy mô lớn. Công trình của ông chuyển trọng tâm từ các câu hỏi về giới hạn vật lý cơ bản sang các hiệu ứng quan sát tiềm năng, vốn là yếu tố then chốt cho các cuộc khảo sát thiên văn trong tương lai nhằm tìm kiếm những biến đổi ánh sáng bất thường không thể giải thích bằng các hiện tượng tự nhiên.