Crear un mundo anular estable y habitable que orbite un par binario estelar/agujero negro

Estoy creando un escenario para un juego de rol de ciencia ficción. Me gustaría comprobar si el concepto es físicamente posible. La acción principal ocurre en un mundo anular gigante que orbita centrífugamente un agujero negro y una estrella emparejados. Aquí hay un diagrama de lo que quiero decir:

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Espero que esta configuración proporcione un ciclo de día y noche. Cuando la estrella es visible desde un punto del mundo del anillo, es "día". Cuando la estrella va "detrás" del agujero negro, se convierte en "noche".

Restricciones:

  1. La órbita del mundo del anillo debe ser estable.
  2. La órbita de la estrella alrededor del agujero negro debe ser estable, es decir, la estrella no está alimentando el agujero negro (debido a problemas de radiación) y, por lo tanto, no hay disco de acreción.
  3. El radio del mundo del anillo debe ser razonable, entre 0,1 y 2 AU.
  4. La masa de la estrella debería ser razonable, errando en el lado más pequeño.
  5. La masa del agujero negro debería ser razonable, errando en el lado más pequeño
  6. La irradiación (vatios de radiación por metro cuadrado) en el mundo del anillo debería ser comparable a la de la Tierra.
  7. El perfil de longitud de onda de la irradiancia en el mundo anular debería: ser comparable al de la Tierra (preferible) o si el agujero negro genera rayos gamma increíblemente peligrosos (¿reducidos debido a que no hay disco de acreción?), debería ser al menos plausible que el mundo anular tiene algún tipo de tecnología de generación de campo magnético lo suficientemente potente como para desviarlos.
  8. El período orbital de la estrella alrededor del agujero trasero debería ser comparable al de un día. Sin embargo, en cualquier lugar entre 12 y 48 horas funcionaría.
  9. Algo también a considerar: el ciclo día/noche se romperá si el radio de Schwartzchild del agujero negro es más pequeño que el radio de la estrella. Entonces, el radio del agujero negro tiene que ser mayor que el radio de la estrella. Me imagino que esto requerirá un agujero negro de masa considerable. Esto se puede eliminar con "amortiguadores de inercia" en el anillo o algo así si es necesario.

¿Es matemáticamente posible tal configuración orbital sin conducir a un anillo absurdamente grande?

¡Gracias!

No voy a trabajar, me temo. El principal problema es que el agujero negro será mucho, mucho más pequeño que la estrella, por lo que nunca tendrás "noche".
Eso se puede resolver con un sistema de espejo tradicional, supongo. El período orbital de 24 horas siempre fue un poco optimista. ¿Existen otras restricciones que no se pueden cumplir?
Y los mundos anulares no pueden orbitar centrífugamente ninguna estrella. Además, si gira lo suficientemente rápido como para producir un efecto de gravedad de 1 g, se desmoronará.
Ringworlds, por defecto son inestables. Sería varios órdenes de magnitud más fácil construir una solución estándar de ringworld + shadow squares sin comprar los problemas adicionales de un agujero negro de masa intermedia y una estrella descentrada. ¿Hay alguna razón por la que necesitaban ponerlo allí?

Respuestas (1)

Hay varios problemas con este tipo de ringworld. Creo que son solucionables, pero requieren cambios en su configuración.

El primer problema es que el agujero negro central será mucho más pequeño que la estrella, por lo que nunca la eclipsará. Todo lo que obtendrá es una estrella tambaleante, ya que la estrella y el agujero negro orbitan alrededor de su baricentro común. Sin noche. Para tener noche, necesitarás tener un mundo anular más pequeño, hecho de láminas opacas, orbitando a una velocidad orbital más alta. Dado que deberá estar cerca del mundo del anillo para evitar estar demasiado cerca del sistema estrella-agujero negro, esto significa que la diferencia de velocidad no será demasiado grande, por lo que necesitará un mundo del anillo formado por láminas conectadas con cables. - el área con los cables abastecerá el día, las láminas opacas abastecerán las noches.

Entonces, la estrella debe estar lo suficientemente lejos del agujero negro, por lo que el mundo del anillo debe estar aún más lejos. Lo que requiere una estrella algo más grande para lograr la misma irradiación en la superficie del mundo del anillo.

Finalmente, la gravedad. Un mundo anular de 1AU que gira alrededor de una estrella G0 como el Sol tendrá una velocidad orbital "neutral" de una rotación por año. Entonces no hay gravedad aparente dentro. Para tener gravedad, el mundo del anillo debe girar más rápido que eso. Necesitamos que el cuadrado de la velocidad periférica, dividido por el radio en metros, sea igual a 9,81 m/s^2. Dado que la velocidad periférica es 2*PI*R/T, esto da 9.81*T*T=4*PI*PI*R, o T=2*PI*SQRT(R/9.81)con R=150 mil millones de metros (1AU); T resulta ser un poco menos de nueve días.

Pero esto equivale a tensión en el anillo: imagine 1G de fuerza en casi mil millones de kilómetros del mundo del anillo. La tensión de un anillo que gira para desarrollar una G de "gravedad" resulta ser esa 1G multiplicada por la masa y dividida por 2*PI; incluso utilizando el material más ligero posible, la masa del mundo del anillo será demasiado. Este es un problema similar al del ascensor espacial: un cable que debe ser capaz de sostener su propio peso. Pero este cable tiene mil millones de kilómetros de largo. Hagas lo que hagas para reforzar el cable, aumentará su masa, aumentando la fuerza sobre el anillo. Para resumir, ningún material conocido es lo suficientemente fuerte (el récord de longitud de ruptura teórica es nanotubos de carbono especialmente diseñados, alrededor de 6200 km de longitud de ruptura, por lo que podemosconstruir un ascensor espacial. Lo que no podemos hacer es construir un ringworld de 980 000 000 km).

Por lo general, esto se agita a mano utilizando materiales hechos de materia anómala (hasta ahora puramente hipotética) , cuya resistencia a la tracción no se deriva de la fuerza electromagnética entre los orbitales atómicos como sucede en la materia ordinaria, sino de la fuerza nuclear fuerte. Debe poder construir núcleos atómicos en forma de anillo, luego unirlos como anillos de cadena sin que los núcleos se fusionen (algo así como el equivalente nuclear de los rotaxanos). La "cadena" resultante tiene una resistencia a la tracción adecuada para tejer la base de un mundo de anillos giratorio.

un ascensor espacial tendría que tener más de 36000 km de largo y tener un contrapeso al final, por lo tanto, no hay ascensor espacial.
@ths Sí, la longitud del cable debería ser de 36000 km. Pero se ha calculado (creo que por Robert L. Forward) que la estructura óptima para un cable de ascensor espacial (pasando de un 1G completo a microgravedad) sería la de una sección de cono semi-exponencialmente decreciente. Esto resulta ser equivalente a una longitud de rotura muy reducida (calculada a sección constante). Ahora, recuerdo (la mitad) que esto es alrededor de 6000 km para la Tierra. En el caso del Ringworld, se aplica el caso de la sección constante.
Crear un mundo anular estable y habitable que orbite un par binario estelar/agujero negro
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