¿Cómo puedo hacer una estrella enana negra?

En respuesta a una pregunta sobre un asteroide lleno de materia degenerada , Ender Look sugirió que usar materia de una enana negra sería mejor que usar materia de una enana blanca, ya que las enanas negras son más frías. La temperatura típica de una enana blanca podría ser 10.000 K, que es demasiado alto.

El problema es que lleva mucho tiempo formar una enana negra. La distinción entre una enana blanca y una enana negra es algo arbitraria, en parte porque "enana negra" no es un término técnico. Algunos simplemente dicen que las enanas negras son enanas blancas que se han enfriado hasta el punto en que ya no emiten una cantidad sustancial de luz visible . Según esa definición, es posible que ya tengamos algunas enanas negras (por ejemplo, la estrella compañera de PSR J2222-0137). Sin embargo, esto corresponde a una temperatura de alrededor de 2800 a 3000 K, que sigue siendo demasiado alta para los propósitos de la pregunta original sobre la materia degenerada. Por lo tanto, necesito definir una enana negra como una enana blanca que se ha enfriado a unos 1000 K o menos.

El problema es que esto llevará mucho tiempo y es posible que no haya enanas negras tan geniales en la galaxia. Esto significa que estoy dispuesto a usar medios artificiales para convertir una enana blanca regular ( T 10.000 K) en una enana negra ( T 1000K). La civilización que realiza la transformación se clasifica como una civilización Tipo II en la escala de Kardashev y tiene todos los poderes y tecnologías que esperaría que tuvieran (excepción clave: sin viajes FTL).

¿Cómo puede esta civilización Tipo II convertir una enana blanca en una enana negra, dentro de un marco de tiempo razonable (digamos, 100 a 1000 años)?

Otras especificaciones:

  • Asumiremos una masa de aproximadamente 0,25 masas solares y un radio de aproximadamente 0,0038 radios solares (radio derivado de una relación masa-radio , con Sirio B como referencia).
  • La enana blanca en cuestión está sola, sin compañera binaria ni planetas.
  • Podría haber una nube de gas interestelar útil en la región si es necesario.
  • Es probable que no sea deseable la eliminación o adición de masa a gran escala.
  • El objeto no debería simplemente aparecer negro, por lo que no puede pintarlo de negro, por así decirlo.

Debo agregar que ¿Qué se podría hacer para que una enana roja se convierta en una enana azul, luego en una enana blanca y finalmente en una enana negra en un corto período de tiempo? habla de esto, pero parece que están usando una enana negra que es extremadamente genial (más como 10 o 100 K). También hay algunas otras diferencias:

  • Su civilización es una civilización Tipo III; Tengo uno de tipo II endeble.
  • Están bien con los viajes FTL; Ciertamente no lo soy.
  • Quieren comenzar con una enana roja, lo que significa que tienen más control sobre el objeto. Estoy empezando desde solo una enana blanca.
  • Estoy buscando una enana negra un poco más caliente que ellos, parece.
Primero pensé que decía "escala Kardashian", lo que llevó mi mente en direcciones que no había planeado...
¿Pueden estar involucrados los Rolling Stones? Tienen una solución elegante...
@ L.Dutch Prefiero la definición de temperatura en lugar de una definición de color, así que descartaré el método Rolling Stones.
@ L.Dutch Me temo que no entiendo este. ¿A qué te refieres?
@ArtificialSoul una famosa canción de los Stones, Paint it Black .
@Renan ¡Ah! Vale, no conocía esa canción. Me preguntaba por qué no podía pensar en nada que las piedras tuvieran que ver con la redefinición del color.
Definitivamente pensé que esto sería preguntar cómo los enanos, que viven en las minas y apenas ven el sol, podrían evolucionar para tener un color de piel oscuro.
@David K ​​Y la respuesta a esa pregunta sería recogerlo y tirarlo en una tina de pintura negra o tinta.
El problema de mantener estable la materia degenerada fuera del pozo gravitacional de la enana es mucho más difícil que enfriarla. Quiero decir, esperar algunas potencias de 10 enfriará algo, así que sabemos que al menos es posible; estabilizar la materia enana fuera de un enano no está en un ámbito similar. Esta pregunta es como preguntar a los cazadores-recolectores cómo las transporta una civilización que construye bombas nucleares; después de todo, son demasiado pesados ​​para las mochilas.
@VBartilucci "¡No podemos permitir que los Kardies tengan el agujero de gusano!"
No veo dónde una civilización Tipo II/III debe tener un viaje más rápido que la luz. Hasta donde yo sé, las únicas formas en que esto es posible son varias formas de materia exótica que son tan teóricas que es posible que nunca se realicen...
@Michael Escribí eso en referencia a la respuesta aceptada en la otra pregunta , que decía que el viaje FTL era necesario para que funcionara. La aceptación del OP indica que están de acuerdo con eso; Solo dejo en claro que no lo soy, para evitar que la gente haga suposiciones incorrectas.

Respuestas (5)

Básicamente, estás preguntando cómo absorber el calor de un enano sin absorber toda la masa. Eso es muy difícil.

Los tres métodos clásicos de transporte de calor son la radiación, la convección y la conducción. Una enana blanca ya emite esencialmente toda la radiación que puede desde su superficie, por lo que no hay mucho más que puedas hacer con la radiación, aparte de esperar unos cien mil millones de años.

La convección se lleva el calor por el movimiento de la materia caliente. Eso funcionaría, pero si no devuelves el asunto, te quedas sin nada de la estrella. Si devuelves la materia, necesitarás una enorme fuente de energía para levantar la materia caliente de la estrella, dejar que irradie su calor y luego volver a bajarla sin que desvíe la (enorme) energía potencial gravitatoria que tiene. el WD en calor y volver a calentar el WD.

La conducción no parece ser relevante ya que la WD es mucho más caliente que cualquier materia sólida.

Dada la tecnología casi mágica, lo único que se me ocurre es remover de alguna manera el interior del WD para traer el material mucho más caliente del interior a la superficie donde la vieja dependencia de Stefan-Boltzman T 4 irradiaría calor mucho más rápidamente. Todavía es un proceso largo y lento, pero mucho más rápido que quedarse sentado viendo cómo se enfría el WD por sí solo. Tenga en cuenta que esta agitación se debe hacer con mucho cuidado para no mezclar demasiado material sin fusionar en las regiones más calientes y causar una nueva ignición o incluso una nova. Consulte este artículo para obtener información sobre las estructuras de WD. Algunas WD pueden ser estables frente a la agitación; otros estallarán o volverán a encenderse.

Cualquier tecnología más allá de eso parece tecnología completamente mágica y, por supuesto, con eso, puedes hacer cualquier cosa.

Nota: El material de una enana negra sería muy, muy denso, pero no sería estable. En la estrella, su estabilidad se mantiene gracias a la inmensa presión de la inmensa gravedad de la estrella. Una vez que se extrae una muestra del centro de la estrella (la superficie de una WD o una enana negra es materia ordinaria porque allí no hay suficiente presión para que se degenere), explotaría con bastante violencia.

Esto es un gran comienzo. Se espera que algunas enanas blancas tengan campos magnéticos fósiles, según tengo entendido, por lo que interactuar con un campo aplicado externamente podría ser una posibilidad útil para mover la materia a la superficie.
@ HDE 226868 Cierto, pero me sigue preocupando que el material de la superficie se fusione catastróficamente cuando es arrastrado hacia abajo. Agregué un enlace a algunos diagramas de la estructura WD.
Honestamente, ese punto sobre tener cuidado podría ser un gran punto de trasfondo: tal vez en los primeros días, ese peligro no se anticipó, y cientos de personas fueron aniquiladas por él.
@NicHartley Sí. Solo cientos de personas.
@CJDennis Bueno, sí. Es solo una nova; presumiblemente, el sistema casi muerto alrededor de una enana blanca no tendrá a nadie que se quede para divertirse, especialmente si es uno tan poco utilizado que todos están de acuerdo con que se enfríe intencionalmente más rápido. Solo tendrá a los investigadores e ingenieros, y su personal de apoyo. Cientos, miles como mucho .
@NicHartley ¿La radiación de una nova no mata toda la vida dentro de cien años luz?
@CJDennis Hm, tal vez. Pensé que solo eran supernovas, y que las novas estaban mucho más contenidas (explosión de una estrella versus explosión en una estrella), pero fácilmente podría estar equivocado. No soy astrofísico.
@Nic Hartley Tienes razón. Una nova es una cosa (comparativamente) insignificante. Una SN suele ser unas 1000 veces más energética que una N. Las estrellas pueden (y lo hacen) formar una nova muchas veces. Pero una estrella SN, solo una vez.

Desmontar y volver a montar la estrella.

La superficie de una estrella es por donde sale toda la energía por radiación. En una esfera regular que es 4 π r ² , pero es volumen 4 3 π r ³ lo que implica una relación superficie-volumen de 3 r . Con r = 0.0038 R s o yo a r = 2643.66 k metro tendrías una proporción de 1.13479 × 10 6 metro ² metro ³ .

Si tuviera que cambiar la forma o "dividir" la estrella en objetos más pequeños, mejoraría significativamente esa proporción a favor del área de superficie y, por lo tanto, la salida de radiación.

Civilización Tipo II

Wikipedia afirma sobre las Civilizaciones Tipo II:

El levantamiento de estrellas es un proceso en el que una civilización avanzada podría eliminar una parte sustancial de la materia de una estrella de manera controlada para otros usos.

¿Por qué no desmontar la estrella en partes más pequeñas, cada una de las cuales tiene una producción de energía por volumen significativamente mayor?

Suponiendo que una civilización pueda "eliminar porciones sustanciales de la materia de una estrella" para reutilizarla, también podría estabilizar las porciones eliminadas, esto debería funcionar decentemente para enfriarlo (al menos mucho más rápido de lo que lo haría por sí solo). Incluso podrían enfriar las porciones más pequeñas con algún proceso adicional.

Lo único que necesitaría después de eso es volver a ensamblar toda la materia estelar reunida, pero no veo que esto sea un problema para una civilización que puede desarmar una estrella y reutilizar las fracciones más pequeñas. Básicamente, solo necesitaría armarlo, y dado que no es un armario IKEA, el orden en que lo armó tampoco importa.


Tenga en cuenta: no soy astrónomo, solo un ingeniero muy interesado en la física. No estoy seguro de lo que sucedería si dividieras una estrella al lado de lo obvio.

No estoy seguro, pero: ¿la estrella no se vuelve más grande cuando se divide en ella debido a la relación masa-radio ?
@EnderLook podría serlo, pero ¿por qué no dividirlo en un millón de partes o más? Una civilización como esa debería ser capaz de hacer eso.
@EnderLook Eso es aún mejor; significa un área de superficie aún mayor y, por lo tanto, más refrigeración.
@ HDE226868, lo sé: pero ¿cómo lo comprimes de nuevo? ¿O simplemente juntando todas las piezas reducirán automáticamente su tamaño?
@EnderLook Según tengo entendido, la gravedad es lo que los comprime, así que... Sí. Creo que se comprimiría 'automáticamente'.
@EnderLook Estamos hablando de una Civilización que puede dividir estrellas. La voladura de toda la masa es probablemente el menor de los dos problemas. Probablemente podría simplemente disparar toda la masa al mismo tiempo, tal vez incluso a alta velocidad y volver a ensamblarla agresivamente . Pero estoy de acuerdo con Nic Hartley, los enanos adquieren su forma por gravedad de todos modos, ¿por qué no harían eso cuando el asunto es más frío?
Extruya la estrella a través de un orificio pequeño (o múltiple, la forma de cinta es la mejor) y déjela derivar lo suficiente como un hilo de materia mientras se enfría hasta que golpee un núcleo práctico de cometa/asteroide y se acumule nuevamente en la masa fija. Si el hilo de masa se enfría a unos pocos Kelvin y se deja reformar suavemente si no se debe calentar demasiado.
@KalleMP Puntos de bonificación si de alguna manera puede codificar música en él.
@ArtificialSoul tienes razón. No he pensado eso.

Con láseres.

Lo digo en serio. El enfriamiento por láser es una cosa. Y funciona mejor con gasolina, lo cual es bueno en este contexto.

Ahora, puede tomar demasiado tiempo y demasiados láseres para obtener lo que desea si solo dispara a la estrella. Es posible que desee traer otra estrella, mucho más pesada que su marca. Comenzará a robar materia del más pequeño, así:

Es un mundo de empezar a comer estrellas por ahí Fuente de la imagen

Dispara tus láseres de enfriamiento a la materia que se transfiere entre las estrellas para enfriarla. Luego recójalo antes de que caiga en la estrella más pesada. Guárdelo en otro lugar. Si se apega al objetivo de la pregunta vinculada, que es tener partes de la estrella y no una entera, puede procesar la materia que obtiene de este proceso en paquetes del tamaño de un asteroide.

Al ser una civilización Kardashev II, tu gente puede incluso recolectar algo de energía de la estrella más pesada para alimentar los láseres y cualquier maquinaria de recolección involucrada en el proceso.

Había leído sobre enfriamiento por láser, pero los pocos artículos que leí hablaban específicamente sobre cosas microcósmicas. Como enfriar una colección de prueba de unos pocos miles de átomos a temperaturas de 1 nK logrando el estado de condensación de Bose-Einstein. No estoy seguro de que los principios puedan aplicarse a objetos macrocósmicos. Aunque podría estar equivocado.
@ArtificialSoul todo es cuestión de escala. Una civilización de tipo II podría ser capaz de hacerlo.
puede ser. No soy físico, pero para mí el principio del enfriamiento por láser parecía ser muy pesado en mecánica cuántica. No digo que sea absolutamente imposible, solo que, por lo que he leído, es mucha ciencia ficción. bueno, pero una civilización Tipo II siempre lo es, ¿no?
El enfriamiento por láser no funcionará en nada que tenga un espectro (casi) continuo de estados cuánticos. Los objetos más grandes que puedes enfriar de esta manera serán mucho, mucho más pequeños que una estrella.

Convierta la energía térmica en materia a través de la fusión de hierro.

1: Comience con un tipo específico de enana blanca susceptible de esta maniobra: https://en.wikipedia.org/wiki/White_dwarf#Type_Iax_supernovae

Se ha propuesto que la supernova de tipo Iax, que involucra la acumulación de helio por parte de una enana blanca, sea un canal para la transformación de este tipo de remanente estelar. En este escenario, la detonación de carbono producida en una supernova de Tipo Ia es demasiado débil para destruir la enana blanca, expulsando solo una pequeña parte de su masa como eyección, pero produce una explosión asimétrica que patea a la estrella, a menudo conocida como estrella zombi . a las altas velocidades de una estrella de hipervelocidad. La materia procesada en la detonación fallida es reactivada por la enana blanca con los elementos más pesados, como el hierro, cayendo hasta su núcleo, donde se acumula. Estas enanas blancas con núcleo de hierro serían más pequeñas que el tipo de carbono-oxígeno de masa similar y se enfriarían y cristalizarían más rápido que esas.

De todos modos, la estrella zombie es buena para esta aplicación porque se enfría más rápido. Y usaremos ese núcleo de hierro para enfriarlo extra rápido con

2: Fusión de hierro.

https://en.wikipedia.org/wiki/Iron_peak

Para elementos más livianos que el hierro en la tabla periódica, la fusión nuclear libera energía mientras que la fisión la consume. Para el hierro y para todos los elementos más pesados, la fusión nuclear consume energía, pero la fisión nuclear la libera. Los elementos químicos hasta el pico de hierro se producen en la nucleosíntesis estelar ordinaria. Los elementos más pesados ​​se producen solo durante la nucleosíntesis de supernova. Es por eso que tenemos más elementos de pico de hierro que en su vecindario.

La fusión del hierro es endotérmica y, por tanto, energéticamente desfavorable. Si hay un barco lleno de energía disponible, podría empujarlo en esa dirección. Bajo cualquier condición energética, la fusión de hierro (y elementos más pesados) consumiría (calor) energía del entorno que se destinaría a la creación de nueva materia.

Al igual que otras reacciones endotérmicamente desfavorables, un catalizador ayudaría a avanzar. Usaremos

3: Fusión catalizada por muones. https://en.wikipedia.org/wiki/Muon-catalyzed_fusion

La fusión catalizada por muones (μCF) es un proceso que permite que la fusión nuclear tenga lugar a temperaturas significativamente más bajas que las temperaturas requeridas para la fusión termonuclear, incluso a temperatura ambiente o inferior. Es una de las pocas formas conocidas de catalizar la fusión nuclear.

Afortunadamente, su civilización de tipo 2 es dueña del muón, y utilizan rutinariamente la fusión catalizada por muón para satisfacer todas las necesidades energéticas. Pero aquí convertimos esos muones persuasivos en hierro recalcitrante, persuadiendo a los socios para que se reúnan y se fusionen. Un haz compacto de muones que penetre en la capa exterior de oxígeno/carbono podría funcionar, o quizás los muones deban generarse in situ (si podemos encontrar maquinaria lo suficientemente robusta para soportar la presión).

Las dimensiones espaciales adicionales podrían ayudar con esto si están disponibles, pero probablemente eso sería rechazado como pura fantasía.

Compresión. Luego expansión. Por gravedad artificial.

Cuando la materia se aprieta para ocupar menos espacio, se calienta. Por el contrario, si se expande, se enfría.

https://physics.stackexchange.com/questions/17948/why-does-a-gas-get-hot-when-suddenly-compressed-what-is-happening-at-the-molecu

Si esta civilización puede simular la gravedad, tal vez tengan formas de curvar el espacio, simulando el efecto de la masa en el espacio (para producir gravedad) sin tener que usar la masa. Exactamente cómo la civilización logra esto se deja como ejercicio para el lector.

Entonces: curva el espacio dentro de la enana negra con más fuerza, aumentando efectivamente su gravedad. A medida que se tira hacia adentro, se calentará. ¡Ten cuidado! Si lo comprime demasiado, lo llevará al punto en que puede fusionar su oxígeno y carbono, ¡y eso generará un montón de nuevo calor no deseado! Detente antes de eso. Apriétalo hasta obtener un acogedor brillo de cuerpo negro y deja que vuelva a irradiar rápidamente calor hacia el espacio como lo hizo en sus días de enana blanca.

Luego apague el jugo y deje que el espacio se relaje. A medida que se expande, la enana negra se enfriará. Es posible que aún necesite guantes para horno.

Desafortunadamente esto es incorrecto. Los remanentes estelares, al ser materia degenerada de electrones, no obedecen la ley de los gases ideales, sino las leyes de los gases de Fermi. La presión y la temperatura son esencialmente independientes. Aumentar la presión a través de medios tecnomágicos encogería la estrella sin calentarla, hasta que explotara como una supernova de tipo Ia.
@fluffysheap: estoy de acuerdo con un voto negativo a cambio de algo de edificación. Leeré sobre la distinción entre estas leyes de los gases.
+1 porque esto es construcción de mundos e incluso una mala respuesta puede dar buenas ideas.