¿Cómo podría aumentar rápidamente la masa de un agujero negro?

Digamos que estaba usando un agujero negro como motor de propulsión á la Crane y Westmoreland http://arxiv.org/pdf/0908.1803.pdf - por lo que su agujero negro tiene un radio de alrededor de 0,9 attómetros - muy pequeño - alrededor de 600.000 toneladas. ¿Cuánta energía se requeriría para aumentar su tamaño a, digamos, 100 masas terrestres? ¿Y qué tan rápido podrías hacerlo? ¿Hay alguna manera de que una bomba o arma pueda contener tanta energía? Crane y Westmoreland hablan sobre el uso de láseres gamma esféricos para crear sus agujeros negros artificiales. ¿Hay una posible solución aquí? Obviamente estamos hablando de tecnología avanzada, pero si es demasiado absurdo, quiero saberlo.

Usted ha hecho un par de preguntas sobre los agujeros negros recientemente, pero ninguna de ellas me parece muy investigada. Sugeriría investigar más antes de hacer estas preguntas. Además, para mí, se leen como preguntas puras de física y, como tales, no son adecuadas para este sitio. Tal vez una investigación más profunda antes de preguntar arrojaría algo de luz sobre sus preguntas.
@Aify Concluir una investigación insuficiente es un poco duro en mi humilde opinión. Hay un enlace a arxiv, lo que sugiere que se hizo algún esfuerzo para comprender los conceptos involucrados, pero teniendo en cuenta que muchos de los que pueden estar interesados ​​en estos temas pueden no tener esa formación, la terminología/matemáticas arcanas suele ser una barrera para el aprendizaje. En segundo lugar, la pregunta se enmarca en torno a un interés en desarrollar un concepto de impulso warp que sea puramente especulativo y, como tal, lo consideraría una forma aceptable de pregunta aquí. Además, la buena ciencia es difícil de conseguir y el estímulo es una ventaja. Punto tomado NTL. :)
Bueno... podrías aumentar la masa de un agujero negro (o cualquier objeto, para el caso) simplemente arrojándole cosas, siempre que las cosas que arrojes sean sustancialmente más pequeñas que el objeto. La gravedad hará que se peguen, aumentando la masa.
@Nolo Antes de concluir una investigación insuficiente, fui e intenté buscar en Google el tema y sus preguntas, y encontré suficientes respuestas similares a los enlaces y respuestas en su propia respuesta. Leer los enlaces de su respuesta también proporciona evidencia más que suficiente de que simplemente podría haber encontrado y leído 2/3 de esos enlaces él mismo, con un poco de búsqueda en Google. El enlace a arxiv solo significa que leyó algo interesante, no muestra ninguna investigación adicional realizada.
Además, al leer más profundamente en el pdf vinculado, hay una sección completa sobre "Viabilidad teórica" ​​(Sección IV), que brinda números y argumentos sobre lo que se requeriría para que la idea de la nave estelar del agujero negro funcione; 1000000 toneladas de masa, vida útil de décadas a siglos, cómo producirlo usando la energía del sol y paneles solares. Pero todo lo que acabo de decir es discutible porque el artículo entra en MÁS detalles con respecto a los números exactos que OP puso en su pregunta. Si se requieren más detalles, solo serían cálculos que no consideraría construir un mundo .
@Aify Bastante justo, siendo ese el caso, estoy de acuerdo en que las preguntas más específicas que involucran tales cálculos probablemente sean más apropiadas para otro foro.
(a) Como ya señaló Burki, la mejor manera de hacer crecer el agujero negro es alimentarlo con mucha masa. Apuntar rayos láser u otras armas de energía hacia él no tiene sentido. La famosa ecuación de Einstein, E = MC ^ 2, nos dice que puede obtener una gran cantidad de energía con muy poca masa, por lo que el enfoque inteligente es alimentar la cosa con masa, no con energía. Ahora, la masa estipulada, 100 masas terrestres, es un obstáculo bastante grande para superar dentro de cualquier Sistema Solar. Creo que alimentarlo con todos los asteroides y cometas sería mucho menos de lo que se necesita.
(b) Una posibilidad se sugiere en UN MUNDO FUERA DEL TIEMPO de Larry Niven: Inserte un tubo gigante en Júpiter, extendiéndose bien fuera de la atmósfera, y encienda una reacción de fusión en el interior. El tubo succiona gas y el calentamiento por fusión lo expande por la parte superior, arrojándolo al espacio. Niven sugirió eso como una forma de mover a Júpiter, pero podemos tomar el gas que emite el tubo y canalizarlo hacia el agujero negro. Mejor, use muchos tubos, colocados para cancelar el empuje de los demás y acelerar las cosas. No queremos mover a Júpiter, queremos poner en órbita una gran parte de su masa y alimentarla al agujero negro.
(c) Sin embargo, sospecho que esto está fuera de los parámetros de lo que preguntó B. Evett, que está en el contexto del uso de un agujero negro como dispositivo de propulsión. Arrastrar una masa del tamaño de Júpiter contigo para alimentar tu cohete de agujero negro es bastante contraproducente; ¡ahora tienes que acelerar la masa de Júpiter! Qué fastidio... :) De hecho, introducir mucha masa en un agujero negro utilizado como dispositivo de propulsión no tiene ningún sentido. La masa del agujero negro tiene que ser acelerada... ¿por qué hacerlo más masivo y ralentizar las cosas? Así que necesitamos saber, B. Evett, por qué quieres hacerlo tan masivo.
En mi humilde opinión, la presión , no la energía, será un cuello de botella tecnológico.
Agregando a lo que Lensman escribió anteriormente, se ha sugerido que el cinturón de asteroides originalmente tenía aproximadamente una masa terrestre, pero ahora es solo el 4% de la masa de la Luna con aproximadamente 3e21 kg (la Luna tiene aproximadamente 7e22 kg). No solo eso, sino que una gran fracción de esa masa corresponde a solo cuatro asteroides, con la masa de Ceres en 9.4e20 kg que representa cerca de 1/3 de la masa total actual del cinturón de asteroides.
@Aify, puse una pregunta en Meta una vez preguntando si las preguntas rudimentarias "¿Cuánto tiempo llevaría llegar del punto A al punto B" se consideraban útiles para la construcción de mundos? Cada uno de ellos varió solo por tipos de naves espaciales, obstáculos, etc. Presenté un caso en contra, y parece que la comunidad no está de acuerdo conmigo. Si eso es Worldbuilding, entonces una serie de cálculos como este me parece que también están en el tema. (No creo que ninguno lo sea, pero si el primero lo es, es probable que este también lo sea).
@TheAnathema No juzgo las preguntas en función de la precedencia pasada. Creo que tanto el tipo de pregunta en su comentario como este tipo de pregunta están fuera de tema, especialmente en su pregunta AB, ya que básicamente le pide a alguien que haga los cálculos por ellos.

Respuestas (3)

Hay algunos problemas Digamos que apagamos la evaporación del agujero negro

No puedo explicar correctamente los detalles de la alimentación de un agujero negro, por lo que todo lo que sigue es más o menos hablando.

Como se indica aquí, el radio de Schwarzschild

Una masa pequeña tiene un radio de Schwarzschild extremadamente pequeño. Una masa similar al Monte Everest (estimación de 6.3715 mi 14 kg) tiene un radio de Schwarzschild mucho más pequeño que un nanómetro.

2 ×  6.6738e-11m 3 kg − 1 s − 2 ×  6,3715e14 kg/(299 792 458 m/s − 1 ) 2 = 9,46e-13 m, o 9,46e-4 nm .

El tamaño típico del átomo es 1.4e-1 nanómetro o 1.4 Ångström
El tamaño típico del núcleo es 1 10000 del tamaño del átomo así que digamos 1e-5nm

Entonces, un agujero negro de masa Everest es mucho menor que el tamaño del átomo externo y 10 − 100 veces más grande que el tamaño del núcleo.

Pero, ¿qué tan grandes son los efectos gravitatorios
a distancias de 1,4 Å de BH? Los
átomos obtienen un incremento de velocidad algo así como 20000 km/s por cada 1Å de distancia recorrida a una distancia de 1-2Å desde BH Everest. Significa que si coloca BH y el átomo a 2Å de distancia, un átomo ganará velocidad entre 20k y 40k km / seg, más probablemente 25-30 mil km / s

a una distancia de 1 metro 42522 m/s 2
a una distancia de 10 metros 425 m/s 2
a una distancia de 100 metros 4 m/s 2

Si es un cuerpo sólido
Digamos que colocaste BH en el centro de masa de algún cuerpo sólido, y BH no se mueve en relación con ese centro.
Puede esperar que el BH haga un agujero de 1 metro en el interior - sí
Puede esperar que el BH haga un agujero de 10 metros en el interior - sí, probablemente
Puede esperar que el BH haga un agujero de 100 metros en el interior - no es necesario, depende del material , y el entorno circundante. Si es un asteroide de roca sólida, probablemente se quedará, solo que con algún agujero adentro.
No tome en cuenta otros factores, esta situación es estable, es como 2 cuerpos orbitando un centro de masa, solo uno está adentro, como también el centro de masa de ese sistema de 2 cuerpos.

Si se trata de una nube de gas,
digamos que algo entre 10 y 100 metros de radio será gas comprimido (debido a la gravedad), y digamos que BH se lo comió en un instante, que sea un radio de 100 metros.
¿Qué tan rápido obtendrá BH nuevos materiales? La respuesta depende principalmente de la temperatura de ese gas circundante. Las velocidades típicas de los átomos y moléculas en gas como el aire que respiramos es igual a la velocidad del sonido (tan típica en nuestro entorno 300-330 m/s, con temperaturas cercanas a la habitación) Algo cercano a esa velocidad será la velocidad máxima de consumo de esa nube de gas circundante .

En ambos casos, estoy simplificando, pero esa es una imagen general.

¿Existen otros factores limitantes? Sí lo son.

Volviendo a los átomos
En el nivel atómico, cerca de BH a distancias de 1Å habrá algo de presión entre los átomos, ya que desean entrar en la barra de BH.
¿Se les permite ir a BH todos a la vez? - No, no lo hacen.
¿Por qué? Por ese hecho son grandes en comparación con el tamaño de BH.
¿Se presionan lo suficiente como para fusionarse y no van como individuos sino como un grupo más grande? Depende Incluso para Everest mass BH, puede que no sea el caso incluso con la mezcla Hydrogen Helium3. En algún momento, será posible, pero en el caso de H+He3 para que la mezcla pueda fusionarse, la velocidad de los átomos debería ser algo cercana o superior a 0.1c. A esa velocidad, tienen una probabilidad de fusionarse, no garantizada pero posible. Pero para átomos más pesados ​​(digamos C12) esta velocidad debe ser aún mayor, y más pesados ​​son, más temperatura necesita (y la temperatura es en realidad proporcional a la velocidad 2 )
Entonces, la fusión alrededor de BH es posible en algún punto y el volumen donde comienza es el volumen del tamaño del átomo alrededor de BH, un volumen que todos los átomos desean tomar pero en el que no encajan.

Simplificando demasiado, pero ¿y si no son lo suficientemente rápidos para fusionarse? Los átomos chocarán alrededor del pequeño lugar en el espacio, algunos átomos afortunados llegarán a la barra BH, el resto chocará entre sí con fuerza, pero no lo suficiente como para fusionarse. Estarán enojados y emitirán rayos gamma, luz, etc. Girarán alrededor de la barra de BH y también evitarán que nuevas personas se acerquen a BH, dispersando energía y golpes alrededor de BH.

Sin fusión. Lo que significa en realidad.
Significa, teóricamente y simplificando demasiado, que puede colocar una cantidad finita de átomos alrededor de una esfera de 1 Å alrededor de BH. 8 átomos serán suficientes para sellar completamente BH. Es como una estructura de cristal pero alrededor de algún punto vacío y masivo en el universo. Tendrá una presión equivalente, alta, pero no lo suficientemente alta como para que ocurra la fusión de esos 8 átomos. Se pueden calcular algunos límites de masa para tal estado de agujero negro, eche un vistazo a las estrellas de neutrones si lo desea, hay algo similar en el medio.
Si solo hay 8 átomos y BH y una simplificación excesiva, esta situación es estable, estable como BH estable. Si tomamos BH (supongo que mediante un haz de gravedad) y lo agitamos, no pasará nada con los átomos sellados, hasta que agitemos menos de 2e6 g o 2e7m/s 2

Cómo evitar que suceda el sello de aprobación y alimentar al bebé BH correctamente
o Force of Order and Light y simplificar demasiado

Como el bebé BH tiene problemas para tragar átomos, debes alimentarlo uno por uno. El tamaño del núcleo del átomo BH probablemente puede tragarse el único núcleo que emite la mayoría de los electrones, lo que formará una carga negativa alrededor de ese lugar, y es posible que la velocidad de alimentación de los electrones sea más lenta que la velocidad de alimentación del núcleo, debido a algunas observaciones de que los electrones son una partícula y la onda es la misma. hora. Pero esa es una fuerza oscura de la mecánica cuántica, que está cerca del conocimiento más oscuro prohibido de los nigromantes sobre la gravitación cuántica. Pero como niños de la luz y la simplificación excesiva, asumimos que el bebé BH puede tragarse un átomo de entrada.

¿Cómo prevenir la formación de un sello de 8 átomos? Aquí viene el Orden: tenemos que alimentar los átomos uno por uno, y tener cuidado de que cada átomo sea comido antes de enviar el próximo átomo.
Pero también queremos hacerlo lo más rápido posible - 1c, la velocidad de la luz.
Además, deseamos que sea tan denso como nos sea posible, por lo que no dejamos espacio entre los átomos.

Entonces se verá como una cuerda fina, de 1 átomo de espesor, volando a una velocidad cercana a 1c directamente a BH.
Entonces, para el hidrógeno, un átomo cada 1Å o 1e-10m, o 1e10 átomos cada metro, por lo que la velocidad de alimentación será de 3e18 átomos por segundo o 9.5e25 átomos por año.
Usando la constante de Avogadro ( 6.022140857 ( 74 ) × 10 23  mol − 1 ) y pizca de conocimiento negro:

La tasa de alimentación es: 150 Gramos de Hidrógeno al año. (o 5.29 onzas)

Si tomamos átomos más pesados ​​con uranio-238, que son 238 gramos por mol, serán 37,39 kg por año (157 mol x 238 G).
El tamaño del bebé BH es linealmente proporcional a su masa, por lo que para hacer crecer el Everest como BH en un 1 por ciento necesitamos 42 476 666 millones de años con hidrógeno y 178 473 millones de años con U-238.
Si lo alimentamos en 10 flujos, que es más que un sello de 8 átomos, y probablemente esté por encima del límite que podemos alimentar al bebé BH, todavía son 17000 millones de años.

Todo es más complicado que eso, pero los factores agrupados que están apagados hacen que la alimentación sea más fácil y rápida. No se conocen los efectos de la gravedad a una escala tan pequeña, y es posible que hagan que la velocidad de alimentación sea más rápida o más lenta. Si desea responder a esa pregunta, vaya a estudiar física.

¿Algunas soluciones? Sí (un poco).

Hay al menos 2 soluciones, que pueden ayudar un poco con la alimentación.

Primero uno
La relatividad especial nos dice: E=mc 2 y con la relatividad general , ambos dicen: la velocidad es una masa, la masa es una velocidad, la energía es la masa (o algo similar, no estoy seguro)

Entonces, magia negra del conocimiento y dice: en realidad podemos hacer que el átomo de hidrógeno tenga más energía acelerándolo a velocidades 0.9999999999c y tendrá más masa desde el punto de vista de BH. No podemos alimentarnos más rápido que 1c, pero podemos hacer que los átomos tengan más energía y masa para nuestro BH. Todo depende de qué tan cerca de la velocidad de la luz podamos acelerar nuestros átomos. Alguna información aquí masa relativista .
En términos generales, crece así:

metro = metro 0 1 − v 2 C 2
Entonces, con tanto cerca de 0.9999999999c, será mucho 70710 veces más pesado, aún, millones de años para un crecimiento del 1%, pero esfuércese más, alimentar al bebé BH es un asunto serio.

Segunda opción
La mayoría de las partes de nuestro Universo son demasiado esponjosas y no lo suficientemente densas como para que el bebé BH crezca rápidamente, pero hay al menos un objeto posible con el que podemos alimentar al bebé BH y tal vez sea feliz y crezca mucho más rápido de lo que podemos hacer, en este momento. Probablemente podamos dejar caer BH en Neutron Star .
Esa imagen me asombra, así que haré la pregunta más atrevida que pueda:

¿Qué sucederá si el bebé BH cae directamente en la estrella de neutrones?

NO SÉ.

Puede consumir NS, con truenos y luces (rayos gamma, bosones, quarks, leptones, etc.) y será un agujero negro bastante grande y hermoso.
O puede que aún no sea lo suficientemente denso, y crecerá definitivamente más rápido de lo que podemos alimentarlo, pero todavía millones de millones de años antes de que crezca.
O tal vez, y eso es lo que me divierte, puede hacer pedazos a Neutron Star.
O creará una esfera de Luz dentro de ese NS, y la presión de esa Luz será equivalente a la presión dentro de la Estrella de Neutrones 1.6×10 35 Pa, y esta burbuja crecerá, y luego explotará toda esa energía liberada, y hay pedazos de las estrellas de neutrones vuelan por todas partes (interesante lo que les sucederá) y Light Flash of the God.

O tal vez haga Flashes de vez en cuando, debido a la pequeña asimetría e imperfección de NS.
O puede tener 2 haces de luz constantes, debido a la rotación de NS y la diferencia de energía potencial en los polos y algo de momento magnético.
O puede parecerse a la nave DeadStar y disparar rayos desde las partes del ecuador de ese NS y comer polos.

NO SÉ. Pero me gustaría ver eso.

Como el bebé BH tiene problemas para tragar átomos, debes alimentarlo uno por uno. ¡Qué absurdo! Un agujero negro del tamaño de un átomo podría tragarse más de un átomo en un instante. Un agujero negro del tamaño de un átomo pesaría más que una montaña. Su masa podría atraer toneladas de material a su alrededor.
Como ejemplo tomé 9.46e-4 nm tamaño BH, con masa Everest. Es 10 ^ 9 veces más grande que OP declaró. Pero es significativamente más pequeño que el tamaño del átomo. El tamaño del átomo se llama distancia donde comienzan a interactuar entre sí. En términos generales, el tamaño de la nube de electrones alrededor de un átomo. Sí, el tamaño del átomo BH tragará átomos fácilmente, pero incluso en ese caso llevará mucho tiempo. En términos generales, la velocidad depende de la cantidad de átomos que pueda colocar alrededor del radio de Schwarzschild (en algún momento no importará, pero por pequeño que sea)
Sí, mi respuesta no es correcta en todos los aspectos. Porque se centra en un solo problema, que se deriva del tamaño. E insulta solo una creencia, que establece que BH no es solo una singularidad de tiempo y materia, sino una singularidad de cualquier tipo de todo lo que de alguna manera se conecta con el sujeto de BH. BH no es como Superman, es un objeto con algunas propiedades, y la mayoría de ellas son finitas. Siéntase libre de investigar la importancia del tamaño de BH por su cuenta y publicar como una nueva respuesta, me gustaría leer.
Un agujero negro de 600 KT es increíblemente caliente, 2E17 K; esto empujaría la materia consciente del agujero negro debido a la presión de radiación (entre otros efectos también). Otra buena razón para apagar la radiación de Hawking (un ejercicio para el lector).

Cómo crear un agujero negro de 100 masas terrestres en 3 sencillos pasos.

  1. Crear un agujero negro de 600 000 toneladas de masa.
  2. Deja caer un pequeño agujero negro en un planeta de 100 masas terrestres.
  3. Espere unos días mientras el agujero negro consume toda la masa del planeta.

Bromas aparte, esta podría ser la forma más fácil de hacerlo. Si hicieras un pequeño agujero negro y lo dejaras caer sobre Saturno, pronto tendrías un agujero negro de 95 masas terrestres. Un agujero negro de 600 000 toneladas sería un agujero negro muy pequeño. Para manipularlo, simplemente dejas caer un montón de electrones en él. Acumularía la carga, y puedes almacenarla y moverla dentro de un campo de contención magnética. Sería más fácil de manipular que uno mucho más grande, digamos uno sobre la masa de Phobos.

pronto tendría incluso si no considerar la evaporación de ese agujero negro, esto pronto será cientos de millones de años. Debido al límite de velocidad 1c. El agujero negro del tamaño de un átomo crecerá unas 30 toneladas al año, algo así, hasta que esté casi terminado, será un proceso muy, muy lento.
@MolbOrg ¿Puede explicar cómo la velocidad de la luz implica que un agujero negro del tamaño de un átomo no puede consumir más de 30 toneladas por año? Esa es una cantidad muy pequeña de masa en comparación con la enorme masa de un agujero negro del tamaño de un átomo.
Recuerdo haber leído algo que sugería que un pequeño agujero negro, del orden de unas 100 toneladas métricas, tiene propiedades que tienen el efecto de repeler la gran mayoría de la masa en un radio dado, un par de metros, pero puede tener ha sido especulación. Vale la pena investigar lo que realmente sucede con respecto a todas las posibles fuerzas involucradas. Parece que el magnetismo y la ionización fueron los factores principales en estas escalas. Mis disculpas por no proporcionar una fuente, pero fue hace muchos años y estoy seguro de que la fuente no era académica, por lo tanto, puede haber sido simplemente curiosidad y especulación por parte del escritor.
@Nolo, estás hablando de la evaporación del agujero negro, esa es una teoría bien conocida de la radiación de Hawking .
@RichS en pocas palabras se debe al tamaño finito de los átomos y porque BH es mucho más pequeño que el tamaño de interacción de los átomos. Y sí, como recuerdo ahora, después de publicar esta respuesta, era una especie de 30 t por millón de años, y no 30 t por año. Puede intentar leer esa respuesta si desea más detalles, cómo llegué a esa conclusión de números.

De acuerdo con Wolfram Alpha , la energía de masa de 100 la tierra parece ser 2.684 × 10 43  Julios .

¿Qué tan rápido se puede producir esa cantidad de energía y qué se requiere? Un colapso del núcleo tipo 1A (supernova) produce 1.5   enemigo ( unidad = 10 44 j ) , por lo que sería ~ un orden de magnitud menor que el tipo de supernova más pequeño .

Entonces, como una aproximación de la escala de tiempo (menos un orden de magnitud en el nivel de energía), de acuerdo con varias respuestas sobre esta pregunta de física.SO, el evento de implosión ocurre en unos pocos segundos (durante el cual toda la energía del evento se libera del núcleo y parcialmente absorbida por la masa circundante), pero la iluminación de la materia externa puede durar semanas .

Posible sugerencia, alimente su agujero negro a otro agujero negro de 100 masas terrestres. Mi conjetura en ese caso es que las energías estarían contenidas y no destruirían todo dentro de un gran radio (desconocido)... pero luego queda la pregunta: ¿dónde obtendrías ese tipo de agujero negro?

El otro problema es que será imposible concentrar toda la energía de la supernova en el punto correcto.
Parece mucho más fácil alimentar directamente la masa del agujero negro en lugar de partículas energéticas sin masa como los fotones, especialmente porque un objeto en explosión como una supernova nunca liberará más energía que la contenida en el resto de la masa del objeto en explosión original.
@Hypnosifl De acuerdo, no pensé en hacer referencia a la masa de la estrella que colapsaría y produciría tal evento, sin embargo, la intención era simplemente proporcionar un contexto para comparar las energías involucradas.
@Nolo Posible sugerencia, alimente su agujero negro a otro agujero negro de 100 masas terrestres. Pero si ya tiene un agujero negro de 100 masas terrestres, entonces no necesitaría crear tal agujero negro en primer lugar. Es como decir "si quieres construir un castillo, comienza con una sola roca del tamaño de tu mano y agrégala a un castillo que ya existe". Mira, en realidad no has construido un castillo. Del mismo modo, si ya tiene un agujero de 100 masas terrestres, no necesita construir uno.
@RichS De acuerdo, simplemente estaba agotando otras opciones independientemente de su trivialidad, sin embargo, no estaba claro y debería haber dicho "un agujero negro con 100 masas terrestres menos la masa del que tienes para empezar", pero sí, ya veo tu punto. Su respuesta tiene más sentido en cuanto a comenzar con un planeta de 100 masas terrestres.
¿Cómo podría aumentar rápidamente la masa de un agujero negro?
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