Objeto hiperdenso

Si un planeta tiene un núcleo de material súper denso, ¿cómo podría afectar eso a la composición geológica de ese planeta?

Específicamente: imagine un planeta de tamaño lunar, con geología y densidad similares a las de la Tierra. Si el centro de ese planeta es una masa muy pequeña de unobtanio súper denso que no puede colapsar sobre sí mismo (piense en la densidad de una estrella de neutrones. Este material súper denso es aproximadamente el 97.3% de la masa terrestre comprimida en el tamaño de una cabina de ducha), ¿cómo ¿Afectaría eso a las capas circundantes de este planeta?

¿Las capas normalmente densas de la tierra simplemente se aplanarían contra el núcleo y el resto también se volvería superdenso?

¿Podría este planeta contener agua líquida y una atmósfera?

Gracias por la respuesta.

Respuestas (4)

No tendrías atmósfera y casi nada de agua líquida.

Correcto, el ambiente. La gravedad del planeta será bastante extraña, considerando que casi todo el material gravitacional estará en el mismo centro. Sin embargo, tendrás que preguntarle a alguien que sepa más sobre esas cosas que yo. Mi preocupación sería que, sin un gran núcleo giratorio, no hay campos magnéticos que protejan al planeta. Eso lo coloca inmediatamente en algún lugar cercano a un escenario similar a Marte, independientemente de cualquier otra cosa. El viento solar destruirá tu atmósfera y las matemáticas simples mostrarán que no tienes mucho que perder. El volumen de vuestro planeta es pequeño, por lo que no tardaréis mucho, astronómicamente hablando, en perder vuestros elementos más ligeros. Esto bajará la temperatura y la presión, perdiendo el agua que tengas en la superficie.

En segundo lugar, especificó que tiene un planeta de tamaño lunar, pero el 97,3% de la masa está en el centro, en un bloque del tamaño de una ducha. Comparado incluso con la Luna, eso es absolutamente pequeño. Incluso si asumimos un puesto generoso de tal vez 3 metro 3 , eso quiere decir que tienes prácticamente toda tu masa en...espéralo... 1.37 × 10 19 % de tu planeta. Eso es insignificante. El 3% de la masa de la Tierra es aproximadamente 1.8 × 10 23 k gramo lo que significa que la densidad de todo lo que no sea su núcleo es, en promedio, 7363 k gramo / metro 3 . Eso no suena tan mal; se trata de la densidad promedio del hierro fundido, y es más que la Tierra, que es aproximadamente 5515 k gramo / metro 3 . Sin embargo, considera que este planeta es mucho más pequeño. Una vez más, no sé qué le haría esto a un planeta, pero sería extraño; obviamente no sucede en la naturaleza. Lo primero que viene a la mente es la gravedad: este planeta tendría, en la superficie, una atracción gravitatoria de 132 metro / s 2 . eso es sobre 13.5 gramo por lo que cualquier ser humano, y la mayoría de los animales, estarían muertos en la superficie. Ningún organismo grande puede sobrevivir en eso. La mayoría de las plantas en la tierra tampoco pueden. Por otro lado, podría ayudarte a mantener un ambiente por más tiempo.

Por último, especificaste que el unobtanium no colapsa mágicamente, pero no dijiste nada al revés. La materia de las estrellas de neutrones se mantiene así a través de una gravedad verdaderamente enorme, y nuestro planeta no se acerca a eso. Sin supergravedad para mantenerlo bajo control, el núcleo del planeta explotará. Una cucharadita de materia de estrella de neutrones producirá aproximadamente 10 27 j de energía a medida que decae; tienes mucho más. Tu planeta durará tal vez unos minutos antes de que se vaporice. Con la cantidad de materia, producirá la producción de energía aproximada del sol durante 14 días seguidos. No quedará nada de su planeta y todo lo que lo rodea.

Si tiene una luna que permanece entre el planeta y su sol (el período de la luna que orbita el planeta es el mismo que el del planeta que orbita la estrella), la luna podría tener un campo magnético y una atmósfera para proteger al planeta. Si el planeta tiene calor interno (geotérmico), es posible que aún tenga agua líquida.
Tal vez. Sin embargo, no sé cómo funcionaría esto como una luna. Las lunas pueden ser un poco más grandes que las de la Tierra, al menos en nuestro sistema solar, pero un objeto con la masa de la Tierra podría comportarse de manera diferente.
no tiene que ser masivo, solo necesita bloquear el viento solar. Una luna realmente poco densa con un campo magnético decente.
No, este planeta en cuestión sería masivo. No estoy muy versado en astrofísica, pero no creo que un cuerpo celeste del peso de la Tierra sea tan común como una luna. Además, esto no produciría casi ningún campo magnético, creo. Luego está el hecho de que se vaporizaría después de unos 5 minutos.
Hola, Serenical, gracias por la respuesta. Algunas cosas: este 'planeta' es en realidad una luna. Dejé eso fuera, porque más detalles tienden a confundir a la gente. Tendrá un campo del gigante gaseoso que orbita. En segundo lugar, el 'unobtanium' es en realidad una máquina que, para todos los efectos, actúa como una masa súper densa, no cambiará de ninguna manera. Por último, ¿podría proporcionar más comentarios sobre por qué cree que la gravedad sería tan fuerte? Los cálculos que he hecho le dan a este objeto la masa total de una tierra, en un volumen lunar, con esa masa distribuida de manera desigual. Supongo que una masa terrestre: 1g.
Para algunos números reales: tengo la masa de las capas @ 153803936 * 10 ^ 15 kg, y el núcleo súper denso en alrededor de 5690745632 * 10 ^ 15 kg en un espacio estimado de, digamos 2,5 m ^ 3 Está bastante cerca a las cifras que usaste.
La gravedad no solo depende de la masa total: también depende de la distancia. Un objeto pequeño con la misma masa que un objeto grande tendrá una gravedad superficial mucho mayor. Si mal no recuerdo, la fórmula para la aceleración superficial es GRAMO METRO / r 2 donde G es la constante gravitatoria, M es la masa planetaria y r es el radio del planeta. Entonces, cuando r se vuelve mucho más pequeño, la gravedad aumenta mucho . Con la mayor parte de la masa en el centro, la distribución desigual no importará tanto, pero el planeta es extrañamente denso. La Tierra es la más densa de nuestro sistema solar y la superas por mucho.
Eso fue realmente útil; en el pasado, me dijeron que la masa es el único elemento importante... lo que no parecía correcto en ese momento, pero seguí con eso. suspiro _ Según esa fórmula, parece que este objeto en realidad necesitaría tener una masa negativa. Alrededor del orden de −1.5380393599999999E24 kg. Pero eso tampoco funcionará, porque si exuda masa/gravedad negativa, repelería las capas de masa. ¿Hay alguna solución, incluso hipotética, que se te ocurra, sobre cómo un objeto pequeño podría tener una gravedad similar a la de la Tierra? Puedo introducir algunos elementos 'mágicos', pero debe ser internamente consistente
Lo que quiero decir con eso es algo que es consistente con las leyes físicas conocidas. Entonces, por ejemplo, puedo crear cosas mágicas como objetos hiperdensos y antigravedad, pero aún deben seguir los principios físicos básicos, a menos que introduzca una escala de magia que distorsione las leyes de la física, lo cual estoy tratando de evitar.
Seguro. Menos gravedad en un radio más bajo. Disminuya el peso del planeta y coincidirá. Solo hay que resolver la ecuación para METRO

Me encantó la respuesta de Serenical y la voté. Tu también deberías. Además, piensa en esto:

Un objeto de tamaño lunar con una gravedad similar a la de la Tierra experimentaría:

  • Grave cizallamiento gravitatorio a lo largo de la curvatura de su superficie y radialmente desde el centro. En otras palabras, cualquier cosa más grande que una ameba tratando de vivir en ella probablemente sería destrozada.

  • No creo que la masa que no sea de unobtainio colapse (podría estar equivocado al respecto, si lo estoy, será una pequeña estrella gloriosa por un breve período de tiempo), pero será magma sobrecalentado. ¿Recuerdas lo que sucede cuando los patinadores sobre hielo retraen sus brazos? Sí, giran más rápido. La velocidad de rotación de la masa lunar será tremenda. Con todas las fuerzas en juego, creo que la masa que no es de unobtainio (toda) sería un líquido hirviendo. Sin superficie sólida. De hecho, podría vaporizarse en un planeta enano gaseoso.

El problema es que es mucha masa en un espacio muy pequeño. No es propicio para la estabilidad.


Editar

Corte gravitacional:   en comparación con la fuerza de la gravedad, el radio de la tierra es lo suficientemente grande como para que puedas conceptualizar la superficie como un plano. A medida que las personas caminan a lo largo de ese plano, la fuerza de la gravedad es estadísticamente la misma en todos los lugares donde pasan los pies, el torso y la cabeza.

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Pero estás reduciendo seriamente el radio. Ahora la fuerza se concentra más cerca del suelo que más alto. Tendría que hacer cálculos matemáticos para probarlo (me disculpo por no tener tiempo), pero caminar tendría un efecto menor, caerse y levantarse tendría un efecto mayor. Los edificios no podrían resistir el corte (en mi opinión).

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Por "cizallamiento" me refiero a diferencias sustanciales en la fuerza gravitatoria entre dos regiones cercanas.

Rotación:  a medida que un objeto de masa X se acerca a su centro, gira más rápido. Aquí hay un ejemplo aceptable:

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Piensa en un cilindro dibujado alrededor del patinador. Comienza con el radio A (la extensión exterior de su pierna). A medida que tira de la pierna por encima de la cabeza, el radio se reduce al radio B y gira más rápido. Este es un aspecto de la conservación de la cantidad de movimiento .

Entonces, el objeto de tamaño lunar (radio más pequeño que la Tierra) tiene la misma masa que la Tierra. Debe girar más rápido. Mucho más rápido.

Gracias, JBH, ¿puede dar más información sobre ambas partes de su respuesta? Específicamente, cómo se efectuaría la rotación de este objeto y qué quiere decir con cizallamiento gravitacional. Gracias de nuevo por tu tiempo 👍
Edité mi respuesta.

materia degenerada

Hagamos algunos números.

La masa de la Tierra comprimida a 3m^3 es aproximadamente 2e24 kg/m^3 . Eso es 10 millones de veces más denso que una estrella de neutrones . Esta estaría formada por materia degenerada de quarks.

Una estrella de neutrones se forma cuando una estrella que no tiene suficiente masa para convertirse en un agujero negro estelar colapsa. Se vuelve tan denso que su gravedad supera la fuerza electromagnética manteniendo separados a los electrones y los positrones. Se fusionan para formar neutrones. Los neutrones no pueden comprimirse más porque la fuerza nuclear fuerte se vuelve repulsiva a 0,7 fm.

Pero eres 10 millones de veces más denso que eso. En sus densidades, se teoriza que incluso los neutrones se descompondrían en quarks y gluones . También sería muy, muy, muy caliente del orden de 1e12 Kelvin. Con tan poca masa (y, por lo tanto, gravedad) para mantenerse unido, inmediatamente explotaría.


Gravedad

Supongamos que nada de eso sucede, no está a una temperatura cosmológicamente alta y no se explota en parte. Es mágicamente muy denso. Todavía hay gravedad de qué preocuparse. ¿Qué está pasando con la materia normal adyacente a esta cabina de ducha infernal?

La gravedad newtoniana es F = GRAMO metro / r 2 .

  • metro es la masa de la Tierra, 6e24kg
  • r es la distancia desde el centro de masa, alrededor de 1 metro
  • GRAMO es la constante gravitatoria , 6.7e−11 norte metro 2 k gramo 2

Junte eso y obtenemos 402,000,000,000,000 N o 4e14 N. ¿Cuánta fuerza es eso?

  • Es el peso de 100 millones de ballenas azules.
  • Es 10 millones de veces más que el empuje de un cohete Saturno V.

Es mucho. Cualquier cosa adyacente al núcleo se aplanará inmediatamente sobre el núcleo. Cualquier cosa por encima de eso colapsará. Su planeta se derrumba en una fina capa de materia degenerada en la superficie de la ducha.


Fuerzas de marea

Se pone peor.

La gravedad se debilita con el cuadrado de la distancia desde el centro de masa. A 2 metros de la peor ducha del universo, la atracción gravitacional es 4 veces menor. A 4 metros es 16 veces menos. A 8 metros es 64 veces menos. Este gradiente de fuerza extremo se conoce como fuerza de marea y desgarra las cosas.

Imagine una roca de 8 metros de altura a 8 metros del núcleo. El extremo más cercano al núcleo está a 8 metros de distancia y experimentará 4 mi 14 norte 8 o 6e12 N. El otro extremo está a 16 metros y experimentará 4 mi 14 norte 256 o 1,5e12 N. La roca será desgarrada por 4,5e12 N, la fuerza de 100.000 cohetes Saturno V.


igual explota

Se pone peor.

La fuerza de toda esta materia normal que cae en el denso núcleo de unobtanium y se comprime producirá más energía de la que me gustaría calcular. Vamos a calcularlo.

Digamos que un trozo de roca cae hacia el núcleo en este intenso campo gravitacional. Como estamos lidiando con un campo de gravedad tan grande como loco, usaremos la relatividad especial. Puedes ver la ecuación derivada aquí .

v = C 1 [ 1 GRAMO METRO C 2 ( 1 r F i norte a yo 1 r i norte i t i a yo ) + 1 ] 2

  • METRO es la masa de la ducha, 6e24 kg.
  • GRAMO es la constante gravitatoria, 6.7e−11 norte metro 2 k gramo 2
  • r i norte i t i a yo es la altura inicial sobre el centro de la masa.
  • r F i norte a yo es la altura sobre el centro de masa cuando aterriza, 1 m.
  • C es la velocidad de la luz, 3e8 m/s.
  • v es su velocidad cuando golpea la superficie de la ducha.

Corriendo los números, cayendo desde solo 2 metros va a 20,000,000 m/s o alrededor del 6.5% de la velocidad de la luz. A partir de 4 metros va al 8%. A partir de 10 metros va un 8,9%. Desde los 100 metros va al 9,4% y no se vuelve mucho más rápido por encima de eso.

Podemos calcular su energía cinética con las fórmulas de la relatividad especial...

k = ( γ 1 ) metro C 2
γ = 1 1 v 2 C 2

1 kg a 0,094c impactará el núcleo con aproximadamente 4e14 J o aproximadamente 100 kilotones de TNT.

Entonces, la roca que rodea el núcleo se panqueca brevemente sobre el núcleo antes de volar el planeta en pedazos.

Tengo un montón de problemas con lo que ha llegado hasta ahora:

Material de estrella de neutrones en auge: de acuerdo. Sin embargo, solo se especificó como unobtaininum de esa densidad, podría no explotar.

El planeta que tiene una geología similar a la de la Tierra: no, no va a suceder. El problema es que no tienes suficiente materia normal para que la radiactividad mantenga el núcleo fundido. Sin placas tectónicas. El planeta se erosiona hasta quedar prácticamente plano y permanece allí.

Atmósfera: Nada dice que el unobtainio no pueda generar un campo magnético. Sin embargo, no va a tener una atmósfera porque un mundo de ese tamaño no puede contener una. No es la gravedad de la superficie lo que cuenta para mantener una atmósfera, es la velocidad de escape. La velocidad de escape está determinada tanto por la gravedad de la superficie como por la rapidez con la que desciende con la distancia. Su objeto del tamaño de la Luna no tiene ni de lejos la gravedad total de la Tierra.

Puro gravitacional: estoy desconcertado aquí.

En primer lugar, cualquier criatura que realmente viviera en un entorno de este tipo tendría la curvatura adecuada, el borde estaría integrado y no causaría ninguna fuerza anormal sobre ellos.

En segundo lugar, aunque puedo ver que hay tal efecto si estuvieras caminando por el núcleo, este es un mundo del tamaño de Luna. El horizonte está mucho más cerca que en la Tierra, pero sigue siendo básicamente plano.