¿Podrían incluso existir civilizaciones de agujeros negros?

Sé que actualmente, las civilizaciones de agujeros negros son solo teóricas. Pero aquí están mis pensamientos sobre por qué las civilizaciones de agujeros negros son imposibles.

Problemas de la civilización del agujero negro

1. Gravedad

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Este es un problema obvio. Hay tanta gravedad alrededor de un agujero negro. Lo más cerca que podría estar de un agujero negro sin tener una órbita de forma extraña sería 3 veces el radio del agujero negro o, en otras palabras, 3 veces el tamaño del horizonte de eventos. Esto cambia si el agujero negro está girando como casi todos los agujeros negros, pero aún así, eso está bastante lejos. Además, es muy poco probable que se forme un planeta alrededor de un agujero negro porque la gravedad es muy fuerte.

Pero incluso si pudieras acercarte más de 3 veces el tamaño del horizonte de sucesos, hay otro efecto gravitatorio que te llevaría mucho antes de llegar r i s C o . Eso es mareas. El rango de marea promedio en la tierra es de 2 pies o 0,6 metros. Alrededor de un agujero negro, esto aumentaría en una cantidad inimaginable. El radio en el que las fuerzas de las mareas no te afectarían significativamente es mucho mayor que r i s C o . Tan grande, de hecho, que lo más probable es que el planeta tenga que ser un planeta rebelde que esté de paso para poder sobrevivir cerca de un agujero negro. Eso o estar hecho de algo muy denso como el metal que no se vería afectado por las fuerzas de las mareas tanto como lo haría la roca. Pero un planeta hecho completamente de metal plantea más problemas, incluido el magnetismo, que ya es un problema con el propio agujero negro.

2. Campo magnético

El principal problema con el campo magnético del agujero negro es simplemente su fuerza. Una estrella de neutrones puede borrar su tarjeta de crédito antes de que la estrella de neutrones sea visible para sus ojos. El campo magnético de un agujero negro es aún más fuerte, al igual que la gravedad es más fuerte. Cualquier cosa magnética o que dependa de imanes dejaría de funcionar incluso antes de que el planeta esté en órbita. Si asume que el planeta está hecho completamente de metal, este campo magnético de agujero negro causaría un fuerte campo eléctrico alrededor del planeta que a su vez causaría un fuerte campo magnético. Este campo magnético planetario se alinearía con el campo magnético del agujero negro y sería otra razón por la que el planeta no sobreviviría. La fuerza magnética sería tan grande que, junto con la fuerza de las mareas, espaguetiría el planeta y todo lo que hay en él.

3. Radiación

Ahora, no estoy hablando de la radiación de Hawking aquí. Estoy hablando de la radiación que se produce cerca de un agujero negro debido a las partículas que se mueven rápidamente. Hay chorros de radiación en los polos del agujero negro. Pero esa no es la única radiación que existe. También hay una cantidad casi constante de radiación debido a las partículas que orbitan alrededor del agujero negro. Cualquier civilización que pudiera sobrevivir a la gravedad y al magnetismo seguramente no sobreviviría a la radiación. Quiero decir, solo piénsalo. La radiación alrededor de un agujero negro es como una cantidad constante de rayos gamma. Y sí, son rayos gamma porque el agujero negro actúa como un acelerador de partículas que libera muchos fotones de muy alta energía. Claro, el desplazamiento al rojo gravitacional podría cambiarlo a rayos X, pero aún así, mucha radiación a energías muy altas. No hay forma de que una civilización pueda sobrevivir a la radiación a nivel de agujero negro o incluso a la radiación a nivel de estrella de neutrones porque incluso con el campo magnético planetario, simplemente no es suficiente para la protección contra la radiación. El resultado sería una extinción total, incluso los microbios no sobrevivirían y la civilización sería imposible.

¿Pero es cierto mi razonamiento? ¿O es posible que sobreviva una civilización de agujero negro?

Por "civilización de agujero negro", ¿te refieres a una civilización en un planeta que orbita alrededor de un agujero negro? ¿Cómo es el sistema en general?
Me refiero a una civilización en un planeta que orbita alrededor de un agujero negro. ¿Por qué otra razón estaría mencionando la formación de planetas y el campo magnético planetario en mi pregunta?
@Caters Somos una civilización de agujero negro, hay uno supermasivo que orbitamos en el centro de la vía láctea. ¿Qué estás preguntando que nos excluye? Por supuesto, hay soles, todos nos movemos en relación mutua de acuerdo con la atracción y la inercia de la gravedad.
@Caters Es solo que no está claro a qué se refería con el término, que no he visto que se use ampliamente en ninguna parte. Tal vez sería útil editar algunos detalles más sobre la(s) civilización(es) que tiene en mente.
Su pregunta es: "¿Puede existir una civilización en un planeta que orbita alrededor de un agujero negro de masa estelar?"
Sí, porque sé que alrededor de los agujeros negros supermasivos, la existencia de una civilización no solo es posible sino también probable.
Awwe, hice clic en esta pregunta porque pensé que se trataría de una civilización dentro de un agujero negro (o, al menos, dentro del horizonte de eventos). :(
Además, @Caters, la gravedad del agujero negro no es más fuerte que la gravedad de cualquier otro objeto de la misma masa. Ese es un error común. Un agujero negro microscópico con la masa de una molécula tendría una cantidad de gravedad extremadamente baja. Un agujero negro que poseyera 1 masa solar tendría la misma gravedad que el sol excepto a distancias cortas. Por lo tanto, el comentario de Arkensein preguntando si es un agujero negro de masa estelar es relevante, ya que la principal diferencia entre una Tierra que orbita un agujero negro de 1 masa solar y nuestra Tierra es que la Tierra que orbita el agujero negro no recibe la luz. .
@Caters La pregunta sigue sin estar clara, edítela para reflejar sus intenciones, de modo que las personas no necesiten rastrear los comentarios para comprender lo que está preguntando.
También agregaría que en el caso de agujeros negros hipermasivos, incluso cerca del horizonte de eventos, no experimentaría muchos efectos de marea: dado un agujero negro lo suficientemente masivo, el gradiente de gravedad (la variación de la fuerza de gravedad en función de la distancia desde el centro de masa) será mucho menor que, por ejemplo, en la superficie de la Tierra
¿A qué te refieres exactamente con civilización? ¿Uno que surgió naturalmente en un planeta alrededor del agujero negro? ¿Simios más avanzados que se asientan en planetas o asteroides alrededor del agujero negro? O una civilización K2 que vierte materia en el agujero negro para recolectar luz del disco de acreción o ha construido una Esfera de Penrose a su alrededor para recolectar su energía rotacional. Los agujeros negros son bienes raíces asombrosos si eres muy avanzado, pero apestan si eres un habitante primitivo del planeta.

Respuestas (4)

De acuerdo, si bien su suposición puede no ser incorrecta en sí misma, el razonamiento que tiene para ello necesita algo de trabajo. Comencemos con la gravedad.

Los agujeros negros no son puntos de masa infinita, son puntos de densidad infinita , un agujero negro con la masa de nuestro sol pesa (y ejerce la misma fuerza gravitatoria) que nuestro sol. Es decir, si nuestro sol se convirtiera en un agujero negro de la noche a la mañana, la Tierra continuaría orbitándolo sin cambios en la órbita atribuibles a un cambio en la masa. (Esta es una simplificación pero funcionalmente correcta).

Ahora; mencionas la radiación, o más correctamente, las partículas cargadas, que no son lo mismo, aunque soy tan culpable como todos de describirlas como iguales por brevedad. El punto es que si su planeta está orbitando dentro del campo magnético del agujero negro o tiene su propio campo magnético fuerte, entonces probablemente no esté tan mal. Incluso nuestro sol emite un viento solar de partículas cargadas altamente energéticas que nos harían mucho daño si no fuera por nuestra propia magnetosfera en la tierra.

Entonces, de hecho, al menos hasta cierto punto, el campo magnético que mencionas y el viento de partículas cargadas (esta vez entrando rápidamente en lugar de salir) se cancelan entre sí hasta cierto punto.

Dicho esto, tienes muchos problemas con el concepto de civilización en este modelo. Esto implica que el planeta ha existido durante algunos miles de millones de años con vida en él, evolucionando lentamente, en un entorno que es relativamente estable. Ya hemos tenido un puñado de eventos de extinción en la Tierra y es posiblela vida inteligente habría evolucionado mucho antes sin ellos. Pero su planeta no solo tiene que lidiar con partículas cargadas, sino también con cualquier otro desecho que rodee el agujero negro que está siendo absorbido. Esto podría causar una tasa mucho mayor de eventos de extinción para su planeta, lo que hace que la vida inteligente sea mucho menos probable. También está el problema del nivel de energía; ¿Se está absorbiendo el gas fluorescente para darle a su planeta suficiente energía ambiental para que se formen reacciones endotérmicas de cualquier tipo, como la fotosíntesis? Si tu vida tiene alguna forma de síntesis geotérmica, eso al menos explicaría por qué tiene un campo magnético tan fuerte, pero esa vida tendría un ecosistema muy diferente a lo que normalmente imaginamos.

Su punto sobre los campos magnéticos en competencia significa que si logra que se forme vida inteligente, y si alcanzan algún tipo de competencia tecnológica, su tecnología se verá muy diferente a la nuestra porque (matemáticamente hablando), desde nuestra perspectiva, la unificación EM es la la unificación de fuerza fundamental más fácil y útil que tenemos. Sería inútil para su planeta debido a la interferencia, lo que significa que su tecnología probablemente tomaría un camino muy diferente.

En resumen, tu vida inteligente probablemente sea improbable desde mi punto de vista, pero no por las razones que expones. De hecho, 1 es un concepto erróneo, y 2 y 3 más o menos se anulan entre sí.

PERO, su agujero negro aún presenta cierta medida de escasez de energía en comparación con una estrella convencional, y potencialmente más inestabilidad orbital que causará una mayor probabilidad de eventos de extinción. Por lo tanto, la vida inteligente y, por extensión, la civilización encontrarán en su entorno un lugar muy difícil para sobrevivir.

Vivir demasiado cerca de un agujero negro es definitivamente peligroso y, con el universo tal como está actualmente, no es realmente ventajoso hacerlo. Un sistema estelar proporciona mucha energía. Donde las cosas se vuelven más interesantes es a medida que el universo envejece y las estrellas se extinguen lentamente. La vida del universo tardío que quiera seguir sobreviviendo necesitaría idear una estrategia para lidiar con la muerte de sus estrellas y el momento angular del agujero negro es un atractivo depósito de energía a largo plazo una vez que la fusión autosuficiente conveniente ya no está disponible. Por supuesto, en este punto, estás lidiando con tecnología de un futuro tan lejano que es difícil especular de lo que la vida podría ser capaz tecnológicamente.

Me imagino que una civilización de agujeros negros del universo tardío probablemente construiría sus hábitats a una distancia cómoda del agujero negro o simplemente aprovecharía los antiguos sistemas estelares que se han enfriado y los usaría para contener los hábitats. La energía se reuniría más cerca del agujero negro y luego, de alguna manera, se transportaría a los hábitats. Quizás transmisión electromagnética de largo alcance en vastas antenas de captura de colectores distribuidos. Un faro estacionado alrededor de un remolino cósmico que transforma las corrientes que decaen lentamente en la última luz de una civilización moribunda.

  1. Gravedad

No es un problema tan obvio después de todo. Si hablamos de agujeros negros de masa estelar, el ISCO se mide en meras decenas de kilómetros; por supuesto que no se formará un planeta allí, ¡porque no hay suficiente espacio! A una distancia normal para las órbitas planetarias, la gravedad no es diferente de la que hay alrededor de una estrella normal.

Los planetas podrían formarse alrededor de un agujero negro de la misma manera que se forman alrededor de las estrellas de neutrones; por ejemplo, un agujero negro formado en un sistema estelar binario es disparado fortuitamente a través del corazón de su compañera binaria por una supernova asimétrica, ganando inmediatamente un enorme disco de material cuya extensión "exterior" puede convertirse en un disco protoplanetario.

Si estamos hablando de agujeros negros supermasivos, entonces el ISCO puede estar a una distancia respetable, por lo que terminas con un gran sistema planetario disperso. No es gran cosa. A esa distancia, los efectos de las mareas serán insignificantes (al menos desde la perspectiva de "desgarrar el planeta").

  1. Campo magnético

Tampoco es un gran problema. Los agujeros negros no tienen campos magnéticos congelados como las estrellas de neutrones. El campo magnético de un agujero negro proviene exclusivamente de su giro combinado con su carga eléctrica. Y los agujeros negros astrofísicos estarán bastante cerca de ser eléctricamente neutros. E incluso los magnetares solo tienen fuertes campos magnéticos cerca de sus superficies . La única razón por la que una estrella de neutrones puede borrar su tarjeta de crédito antes de que sea visible es porque las estrellas de neutrones son pequeñas y no muy brillantes en el espectro visible. A las distancias típicas de las órbitas planetarias, sus campos no son tan fuertes, comparables a los de las estrellas regulares a distancias similares.

Los discos de acreción de agujeros negros pueden generar poderosos campos magnéticos, pero si su agujero negro todavía tiene un disco de acreción activo, bueno, de todos modos no hay nada vivo allí.

  1. Radiación

Los chorros solo son un problema si estás alineado con ellos, mientras que un sistema planetario típico formado por un disco protoplanetario alrededor del agujero negro sería perpendicular a los chorros polares; serían un completo problema para cualquiera que viva en un planeta así. Y además de eso, solo obtiene chorros si también tiene un disco de acreción activo, y no tendrá un disco de acreción activo.

Y no es cierto que un agujero negro actúe como un acelerador de partículas disparando rayos gamma de las partículas cargadas que lo orbitan. Las partículas neutras ciertamente no son un problema; ganarán velocidad al caer hacia el agujero negro, claro, pero la perderán en el camino de regreso, por lo que orbitar un agujero negro no es diferente en ese sentido de ir a la deriva solo a través del espacio interestelar profundo. Las partículas cargadas emitirán radiación a medida que aceleran hacia y desde el agujero negro... pero no mucha. Cualquier partícula cargada que termine lo suficientemente cerca del agujero negro para moverse lo suficientemente rápido como para emitir una radiación de sincrotrón significativa no permaneceráen órbita por mucho tiempo, estarán bien dentro de la ISCO y perderán energía debido a esa misma radiación. Y la tasa de reposición, incluso en medio de una nebulosa densa, no es muy alta.

Ahora, si el agujero negro tiene un disco de acreción activo, entonces sí, el entorno de radiación sería desagradable... ¡así que no elijas un agujero negro con un disco de acreción activo! Y si el (los) planeta (s) se formaron en el lugar como sugerí anteriormente, entonces ya no hay un disco de acreción activo para cuando terminen de formarse. Esas cosas van juntas.

En un futuro muy lejano, dentro de 10^127 años, gran parte de la masa del Universo estará contenida en agujeros negros. De hecho, puede ser posible que las civilizaciones continúen existiendo tan lejos en el futuro usando los Agujeros Negros como un disco duro:

https://www.scientificamerican.com/article/black-hole-computers-2007-04/

Un agujero de un kilogramo tiene un radio de unos 10 a 27 metros, o un xenómetro. (A modo de comparación, un protón tiene un radio de 10 a 15 metros). Reducir la computadora no cambia su contenido de energía, por lo que puede realizar 1051 operaciones por segundo, como antes. Lo que cambia es la capacidad de la memoria. Cuando la gravedad es insignificante, la capacidad total de almacenamiento es proporcional al número de partículas y, por tanto, al volumen. Pero cuando domina la gravedad, interconecta las partículas, por lo que colectivamente son capaces de almacenar menos información. La capacidad total de almacenamiento de un agujero negro es proporcional a su superficie. En la década de 1970, Hawking y Jacob D. Bekenstein, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, calcularon que un agujero negro de un kilogramo puede registrar alrededor de 1016 bits, mucho menos que la misma computadora antes de ser comprimida.

En compensación, el agujero negro es un procesador mucho más rápido. De hecho, la cantidad de tiempo que tarda en girar un bit, de 10 a 35 segundos, es igual a la cantidad de tiempo que tarda la luz en moverse de un lado a otro de la computadora. Por lo tanto, en contraste con la última computadora portátil, que es altamente paralela, el agujero negro es una computadora en serie. Actúa como una sola unidad.

¿Cómo funcionaría en la práctica una computadora de agujero negro? La entrada no es problemática: simplemente codifique los datos en forma de materia o energía y tírelos por el agujero. Al preparar adecuadamente el material que cae, un pirata informático debería poder programar el agujero para realizar cualquier cálculo deseado. Una vez que el material entra en un agujero, desaparece para siempre; el llamado horizonte de eventos marca el punto de no retorno. Las partículas que caen en picado interactúan entre sí, realizando cálculos durante un tiempo finito antes de llegar al centro del agujero, la singularidad, y dejar de existir. Lo que le sucede a la materia cuando se aplasta en la singularidad depende de los detalles de la gravedad cuántica, que aún se desconocen.

La salida toma la forma de radiación de Hawking. Un agujero de un kilogramo emite radiación de Hawking y, para conservar energía, disminuye en masa, desapareciendo por completo en apenas 10-21 segundos. La longitud de onda máxima de la radiación es igual al radio del agujero; para un agujero de un kilogramo, corresponde a rayos gamma extremadamente intensos. Un detector de partículas puede capturar esta radiación y decodificarla para el consumo humano.

Entonces, incluso con la cantidad muy limitada que sabemos actualmente sobre los agujeros negros, podemos conceptualizar usarlos como computadoras. Dadas las limitaciones descritas, las civilizaciones al final de los tiempos utilizarán agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias como depósito, o tal vez constelaciones de agujeros negros orbitando entre sí para proporcionar el equivalente de una unidad de almacenamiento RAID o un cúmulo de supercomputadoras Beowulf .

Dado que los agujeros negros ya existen, las civilizaciones de la galaxia pueden comenzar a experimentar ahora, por lo que las supercomputadoras definitivas estarán bien desarrolladas y listas dentro de 10^127 años, cuando finalmente se necesiten...