A través de medios naturales, ¿qué podría proteger a un planeta rocoso de los intensos rayos X de un agujero negro SIN el costo de crear vida?

El disco en sí puede darte sombra.

Considere un disco luminoso con una fuente de luz puntual adicional en el centro. Si está por encima o por debajo del plano del disco, es muy brillante tanto desde el disco como desde la fuente puntual.

Pero en el plano del disco solo recibes radiación del borde. El resto del disco se interpone entre usted y los materiales emisores de luz más adentro.

Si el planeta está a la sombra del disco de acreción (y quizás del toro de polvo asociado) y orbita en el mismo plano que el disco, la radiación proveniente de las partes más internas y calientes del disco y la corona del agujero negro serán absorbidas y dispersos por materiales de disco interpuestos. Parte de la radiación llegará hasta el borde del disco y parte energizará los materiales dentro del disco para que emitan energía, pero la energía total será mucho menor que la de un objeto que orbita (u observa) desde arriba o debajo del plano del disco de acreción.

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de los comentarios: encontré un buen video de YouTube donde miran una bombilla LED plana: es un círculo en lugar de una esfera. La bombilla produce una banda oscura correspondiente a su borde, donde se emite relativamente menos luz en comparación con las áreas iluminadas por el disco completo de la bombilla plana.

Revisión y desmontaje de bombillas de luz LED Philips Slim Style: carrera hacia el fondo

La banda oscura es más evidente en el video que en esta captura de pantalla. Es un problema predecible con una fuente de luz plana. El borde emite relativamente menos luz. Así también el disco de acreción.

Como comentario.

Hay diferentes https://en.wikipedia.org/wiki/Accretion_disk , incluidos los que son térmicos, similares a una estrella (según entendí), así que tal vez la onda manual si es un telón de fondo/solo una premisa para que las cosas sean. La forma de la cosa puede ser más importante y un disco no es necesariamente un gran caso.

La radiación en sí misma no es necesariamente un impedimento para la vida, el agua es lo suficientemente buena para bloquear las cosas, y es muy probable que sea el lugar para que se formen, y luego hay muchas bacterias subterráneas y desde allí suficientes caminos hacia las opciones multicelulares. Hasta dónde puede llegar, en términos de complejidad, depende. Que llegue a criaturas lo suficientemente inteligentes (al menos hormigas o mohos ), depende.

Tomó alrededor de 500 millones de años para desarrollar la fotosíntesis, por lo que antes de eso, usaron recursos de una manera no renovable y para eso la vida puede comenzar lo suficientemente profundo, si las condiciones son las adecuadas y los rayos X no son un problema. El espectro de algunos discos de acreción era como rayos X de 3-15 keV, no estoy seguro, pero no lo llamaría tan duro, definitivamente no son los MeV los que hacen cosas secundarias y todo es bastante complejo. Esos rayos X de bajo keV se absorberán de manera sencilla. Y si es suficiente de eso, puede ser que tu vida futura lo use.

Pero otro momento, supongamos 100% rayos x, intensidad como el sol 1.3kW/m2, de esos keV. Para el coeficiente de atenuación del agua es del orden de 0,1/m. Para disminuir este flujo por un factor de 130'000'000 × 3600, se requiere que la profundidad del agua sea de aproximadamente 2,7 m (sorpresa, sorpresa: el agua es tan buena). Y si mi vudú no está tan mal, corresponde a 0,1 mkSv/h, más o menos lo que tenemos en la tierra.

Entonces, no es necesariamente un problema tan grande, pero no estoy seguro de los números, necesita verificarlo. Con rayos X más energéticos, como los cósmicos que tenemos aquí, agregas 10-15m además de eso. Entonces la vida marina puede existir.

Los rayos X se pueden usar para la actividad fotosintética, o si las intensidades, como las de las barras de combustible de los reactores, pueden ser parte/impulsor de la restauración abiogenética de los productos químicos consumidos, al dividir los productos finales de esa vida, lo que no excluye el proceso x-fotosintético más profundo. (unos metros más profundo).

Entonces, no es concluyente, pero parece que los rayos X están sobreestimados.

Esta respuesta no es tanto una respuesta como varias preguntas que debe considerar y, espero, responder.

Primera parte: El problema de la radiación.

Según recuerdo, la atmósfera de la Tierra impide que la mayoría de los rayos X y los rayos gamma lleguen a la superficie. Es por eso que los telescopios de rayos X y rayos gamma están en satélites y sondas espaciales sobre la atmósfera.

La respuesta de MolbOrg afirma que el agua bloquea los rayos X. Calculó que serían necesarios unos 2,7 metros de agua, o unos 10 o 15 metros más para las radiografías duras.

Cualquier planeta habitable tendrá vapor de agua en la atmósfera. El vapor de agua es mucho menos denso que el agua líquida. Pero el vapor de agua en la atmósfera se extiende mucho más alto que las profundidades de agua necesarias para bloquear los rayos X. Si el agua es solo 1000 veces más densa que el vapor de agua atmosférico, 2,7 kilómetros de atmósfera equivaldrían al efecto protector de 2,7 metros de agua, y de 12,7 a 17,7 kilómetros de atmósfera equivaldrían al efecto protector de 12,7 a 17,7 metros de agua.

Por supuesto, la densidad atmosférica y, por lo tanto, la densidad del vapor de agua atmosférico, disminuye rápidamente con el aumento de la altura.

Posiblemente las aves que vuelan alto y las bacterias que flotan a gran altura morirían en sus mundos, y posiblemente las regiones con aire seco, como los desiertos, serían más peligrosas que el resto de la superficie planetaria.

Y posiblemente haya otros gases, hielos y formas de polvo comunes que podrían existir en la atmósfera en concentraciones lo suficientemente altas como para bloquear los rayos X y, sin embargo, lo suficientemente pequeñas como para no envenenar la vida.

¿Qué pasa con los rayos ultravioleta? La atmósfera terrestre reduce en gran medida la cantidad de radiación ultravioleta que llega al suelo. Se afirma que si un estallido de rayos gamma relativamente cercano golpeara la Tierra, los rayos gamma romperían el ozono en la capa de ozono, y tanta luz ultravioleta alcanzaría la superficie que la vida sobre la superficie del suelo y la superficie del agua morirían. . Así que me pregunto cuál sería la intensidad de la radiación de rayos gamma en la zona habitable de su agujero negro.

Así que no sé si un planeta con una atmósfera de nitrógeno, oxígeno, etc. similar a la Tierra sería totalmente seguro para la vida o totalmente muerto y sin vida debido a la intensa radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Es posible que deba investigar mucho más.

Segunda parte: Las dimensiones absolutas y relativas de una zona habitable.

Es posible que deba investigar un poco para calcular cuántas órbitas planetarias pueden caber dentro de la zona habitable circun agujero negro de su agujero negro supergigante.

Me doy cuenta de que el límite exterior de su zona habitable es aproximadamente 1.439 veces mayor que el límite interior. Es simple calcular el tamaño relativo de la zona habitable de un objeto a partir de la relación entre su luminosidad en comparación con la del Sol.

Como muestra esta lista de estimaciones de los bordes interior y exterior de la zona habitable del Sol, existe una incertidumbre considerable acerca de sus dimensiones y, por lo tanto, una incertidumbre considerable al calcular las zonas habitables de otros cuerpos astronómicos luminosos.

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#Solar_System_estimates

Tercera parte: El número posible de órbitas planetarias.

Según recuerdo, cada planeta tiene una región prohibida alrededor de su órbita en la que ningún otro planeta puede tener una órbita estable a largo plazo.

El ancho de la región prohibida se calcula a partir de las masas del primario y del planeta, y la distancia entre el primario y la órbita planetaria.

Creo que cuanto más masivo sea el primario y más fuerte sea su gavidad a la distancia del planeta, más pequeña será la región prohibida del planeta.

Su agujero negro es 12 mil millones de veces más masivo que el Sol, por lo que funcionaría para hacer que las zonas prohibidas alrededor de las órbitas planetarias fueran mucho más pequeñas.

Su zona habitable se extiende desde 316 años luz hasta 455 años luz del agujero negro. Hay más de sesenta y tres mil unidades astronómicas (UA) en un solo año luz, de hecho, alrededor de 63.239,2493. Entonces, 316 años luz son aproximadamente 19 984 180 AU, y 455 años luz son aproximadamente 28 774 690 AU, según este convertidor.

https://www.calculateme.com/astronomy/light-years/to-astronomical-units/

Creo que el efecto de la gravedad cae con el cuadrado de la distancia. Dado que sus distancias son decenas de millones por una AU, sus cuadrados deberían ser iguales a cientos de billones. Por lo tanto, la gravedad de un objeto a 316 años luz o 19.984.180 AU es sólo alrededor de 2,5039596 veces diez elevado a menos 15 de la intensidad a una distancia de 1 AU, y la gravedad de un objeto a 455 años luz o 28.774.690 AU será solo alrededor de 1.20077545 veces 10 elevado a menos 15 de potencia tan intensa como en 1 AU.

Si el agujero negro es 12 mil millones de veces más masivo que el sol, sería 12.000.000.000, o 1,2 veces diez a la novena potencia veces más masivo que el sol. Por lo tanto, su influencia gravitatoria sobre los planetas en su zona habitable debería ser aproximadamente una millonésima parte de la gravedad del Sol a 1 UA, y las regiones prohibidas de los planetas deberían ser mucho más grandes.

Así que creo que probablemente necesites hacer el agujero negro muchas veces más masivo, o el disco de acreción muchas veces menos luminoso, o ambos, para producir un sistema donde las regiones prohibidas de los planetas sean mucho más pequeñas y muchos más planetas habitables puedan encajar dentro de la zona habitable.

Si el agujero negro es X veces más masivo que el Sol, y el disco de acreción es X veces más brillante que el Sol, la gravedad y la radiación a una distancia de la raíz cuadrada de X AU deberían ser iguales a la gravedad solar y la radiación solar en una distancia de 1 UA.

Entonces, creo que debe hacer que la relación entre la masa del agujero negro y la masa del Sol sea mayor que la relación entre la luminosidad de los discos de acreción y la luminosidad del Sol para que quepan más órbitas planetarias en la zona habitable de los discos de acreción.

Los requisitos para que un planeta sea habitable para los humanos (y, por lo tanto, también para los animales terrestres multicelulares que respiran oxígeno en general) se analizan en Habitable Planets for Man , Stephen H. Dole, 1964.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

En las páginas 49 a 52, analiza el espacio entre los planetas del sistema solar y sus regiones prohibidas. Dole cita como fuente un artículo (Dole, 1961). Según la bibliografía, esto es Dole, SH "Limits for Stable Near-circular Planetary or Satellite orbits in the Restricted Three-body Problem", ARS J. , 31, No. 2 (febrero de 1961), pp. 214-219 . Aparentemente es el American Rocket Society Journal , que puede ayudarlo a encontrar la fórmula que usó Dole.

Cuarta parte: Ejemplos de exoplanetas de separación planetaria.

Los sistemas descubiertos de dos o más exoplanetas que orbitan una estrella tienen grandes diferencias en el espacio relativo y absoluto de los planetas descubiertos. Por supuesto, esos sistemas podrían tener planetas aún por descubrir, lo que cambiaría lo que sabemos sobre el espacio planetario.

Y no sé qué tan bien concuerdan los ejemplos conocidos de separación planetaria con la fórmula de Dole para calcular las regiones planetarias prohibidas.

Algunas estrellas muy pequeñas tienen varios planetas en órbitas muy cercanas a la estrella y, por lo tanto, entre sí.

Kepler-42 tiene tres planetas cuyas órbitas tienen semiejes mayores de 0,006, 0,0116 y 0,0154 Au. Las diferencias son 0,0056 AU y 0,004 AU. si una zona habitable tuviera 1 AU de ancho, podría tener 178,5 órbitas planetarias separadas por 0,0056 AU cada una, o 250 órbitas planetarias separadas por 0,004 AU cada una. Las relaciones entre órbitas son 1.9333 y 1.327 respectivamente.

https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler-42

Se informó que Kepler-70 tenía dos planetas con órbitas de 0,0060 y 0,0076 UA. La diferencia entre órbitas sería de 0,0016 UA y la relación sería de 1,2666. Una zona habitable de una UA de ancho tendría espacio para 625 órbitas planetarias espaciadas a 0,0016 UA.

Y se sospechaba que un tercer planeta orbitaba entre ellos.

Desafortunadamente:

Si estos planetas existen, entonces las órbitas de Kepler-70b y Kepler-70c tienen una resonancia orbital de 7:10 y tienen el acercamiento más cercano entre planetas de cualquier sistema planetario conocido. Sin embargo, investigaciones posteriores 5 sugirieron que lo que se había detectado no era de hecho el reflejo de la luz de los exoplanetas, sino la pulsación estelar "visible más allá de la frecuencia de corte de la estrella". Investigaciones posteriores 6 indicaron que los modos de pulsación estelar eran, de hecho, la explicación más probable para las señales encontradas en 2011, y que los dos exoplanetas probablemente no existieron.

https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler-70

TRAPPIST-1 es una estrella muy tenue con 7 planetas orbitando muy cerca de ella y, por lo tanto, entre sí. Tres, e , f , y g , se consideran en zona habitable, y hasta 6 podrían estar en zona habitable optimista.

Las órbitas del sistema planetario TRAPPIST-1 son muy planas y compactas. Los siete planetas de TRAPPIST-1 orbitan mucho más cerca de lo que Mercurio orbita alrededor del Sol. A excepción de b, orbitan más lejos que los satélites galileanos alrededor de Júpiter,[44] pero más cerca que la mayoría de las otras lunas de Júpiter. La distancia entre las órbitas de b y c es sólo 1,6 veces la distancia entre la Tierra y la Luna. Los planetas deberían aparecer prominentemente en los cielos de los demás, en algunos casos apareciendo varias veces más grandes de lo que parece la Luna desde la Tierra.[43] Un año en el planeta más cercano pasa en solo 1,5 días terrestres, mientras que el año del séptimo planeta pasa en solo 18,8 días.[41][37]

https://en.wikipedia.org/wiki/TRAPPIST-1#Planetary_system

Los semiejes mayores de las órbitas de e , f y g son 0,02925, 0,03849 y 0,04683 Au respectivamente. Las diferencias son 0,00924 y 0,00834 AU, y las proporciones son 1,315 y 1,216. Una zona habitable de una UA de ancho podría tener 108,2 órbitas planetarias separadas por 0,00924 UA y 119,9 órbitas planetarias separadas por 0,00834 UA.

Entonces, la zona habitable alrededor de una estrella de tamaño normal podría tener espacio para cientos de órbitas planetarias espaciadas tan cerca como el espacio absoluto más pequeño conocido de órbitas planetarias.

Y si hubiera un límite inferior de 0,05 AU en la separación de las órbitas planetarias, que en realidad es mayor que algunos de los ejemplos que acabo de dar. habría espacio para 1.000.000 de órbitas planetarias en una zona habitable de 50.000 UA de ancho, lo que sería menos de un año luz.

Con un límite inferior de 0,005 AU para la separación orbital, habría espacio para 10 000 000 de órbitas planetarias en una zona habitable de 50 000 AU de ancho, lo que sería menos de un año luz.

Pero si la relación entre órbitas es el factor determinante en lugar de la distancia absoluta, entonces los planetas tendrían que estar más espaciados, siguiendo los ejemplos conocidos.

Quinta parte: Un cambio sugerido.

Sospecho que considera hacer su agujero negro solo mil millones (1,000,000,000) de veces más masivo que el Sol, y el disco de acreción solo un millón (1,000,000) de veces más luminoso que el Sol. Un planeta que orbita a una distancia de 1000 UA (1000 es la raíz cuadrada de 1 000 000) recibirá tanta radiación del disco de acretina como la que recibe la Tierra a una distancia de 1 UA del Sol. La gravedad del agujero negro a una distancia de 1.000 UA será 1.000.000.000 veces la del Sol dividida por 1.000.000 (el cuadrado de 1.000), o 1.000 veces más fuerte que la gravedad del Sol a una distancia de 1 UA. Si mis cálculos son correctos.

Y creo que eso hará que las regiones prohibidas de los planetas en la zona habitable sean mucho más pequeñas en distancia absoluta y en proporciones relativas que en nuestro sistema solar, por lo que muchas más órbitas planetarias deberían poder caber en la zona habitable.

Y, por supuesto, podrías usar diferentes masas del agujero negro y diferentes luminosidades del disco de acreción.

Sexta parte: otra sugerencia.

No eres la primera persona en intentar diseñar un sistema solar con una gran cantidad de planetas habitables.

Por ejemplo, hay un blog de Sean Rayomond sobre temas astronómicos llamado PlanetPlanet. Y tiene una sección llamada Ultimate Solar System con publicaciones que diseñan sistemas estelares con tantos planetas habitables como sea posible.

Puede encontrar todas las publicaciones allí interesantes. Creo que publicaciones como

https://planetplanet.net/2017/05/01/el-ultimo-sistema-solar-retrogrado/

https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/

https://planetplanet.net/2018/05/30/el-agujero-negro-ultimo-sistema-solar/

Y:

https://planetplanet.net/2018/06/01/el-sistema-solar-de-millones-de-tierra/

Son especialmente relevantes.

Creo que si puede resolver varios problemas, podría diseñar un sistema bastante plausible científicamente con incluso más planetas habitables que cualquier cosa que haya diseñado Raymond.