¿Puedo hacer un planeta de barro?

$10^{26}$kg es aproximadamente el 5% de la masa de Júpiter y mucho más grande que la masa de la Tierra. La contracción gravitacional aseguraría que su masa de "barro" formaría un planeta (aproximadamente) esférico. La escala de tiempo en la que lo hace depende completamente del tipo de radio con el que comenzó. La escala de tiempo de caída libre "dinámica" viene dada aproximadamente por$(G\rho)^{-1/2}$, dónde$\rho$es la densidad media.

Por tanto, si la masa inicial de$10^{26}$kg se repartió en una unidad astronómica de diámetro, entonces tomaría unos 15 años. Sin embargo, esta escala de tiempo es un límite inferior al tiempo que lleva establecerse en una configuración de equilibrio, ya que asume que el material puede caer libremente. A medida que se vuelve más compacto, el material se calentará considerablemente; de ​​acuerdo con el teorema del virial, aproximadamente la mitad del potencial gravitacional liberado se irradiará (principalmente en el infrarrojo) y la otra mitad calentará el material. El interior se convertirá en un gas/líquido y ejercerá una presión que retrasará la contracción.

Que la masa que se contrae pueda iniciar la fusión nuclear y convertirse en una estrella depende de una competencia entre si la temperatura puede aumentar lo suficiente como para permitir que los núcleos tengan suficiente energía cinética para acercarse lo suficiente como para interactuar a través de la fuerza nuclear fuerte (aunque la mecánica cuántica la tunelización es de vital importancia aquí) y si la densidad se vuelve tan alta que el material es compatible con la degeneración de electrones , por lo que el principio de exclusión de Pauli exige que los electrones en el gas ocupen diferentes estados cuánticos y da como resultado una presión casi independiente de la temperatura que evita más contracción. En el último caso, el "planeta" simplemente podría enfriarse a un tamaño más o menos constante y la fusión nuclear nunca ocurriría.

Por convención, "una estrella" se define como un cuerpo que puede iniciar la fusión de hidrógeno (protones). Suponiendo que su lodo contenga agua y, por lo tanto, mucho hidrógeno, entonces, en un gas de hidrógeno puro, la masa umbral en la que la gravedad gana esta batalla en particular y el gas se calienta lo suficiente como para iniciar la fusión de hidrógeno es de alrededor de 75 masas de Júpiter. Pero el "barro" también contiene una mezcla de carbono, silicio y oxígeno. En este caso el umbral será mucho mayor porque la barrera de Coulomb entre un par de núcleos de carbono es mucho mayor que entre un par de núcleos de hidrógeno. En términos generales, una masa de un poco más que la masa del Sol es capaz de ser sustentada solo por la degeneración de electrones antes de que pueda ocurrir la fusión de carbono.

Su lodo se encuentra en algún lugar entre estos dos extremos: tiene hidrógeno para fusionarse, pero la mayor parte de su masa es carbono, oxígeno y silicio. En todo caso$10^{26}$kg es demasiado bajo en órdenes de magnitud para convertirse en una estrella. Hay un umbral más bajo en aproximadamente 13 veces la masa de Júpiter donde el deuterio (un isótopo traza de hidrógeno) se fusionaría a temperaturas más bajas que el hidrógeno. Sin embargo, esto no se clasifica como "una estrella" ya que todo el contenido de deuterio se quema (astrofísicamente hablando) en un corto período de tiempo de unas pocas decenas de millones de años.

La historia de vida completa (ruta en el diagrama HR https://en.wikipedia.org/wiki/Hertzsprung%E2%80%93Russell_diagram  ) de una estrella está determinada por su masa inicial, composición química y momento angular. Demasiado momento angular y toda su masa inicial se va girando hacia el espacio. Pero "flotar libremente" suena como que no hay momento angular. Entonces, dependiendo de su definición de "planeta", seguramente verá un contrato de masa inicial de este tipo, y$10^{26}\mbox{kg}$Suena como suficiente para hacerlo bastante esférico.

Pero incluso si su "lodo" fuera hidrógeno puro, esa no es suficiente masa como para que la contracción gravitatoria lo calentaría lo suficiente como para "encenderlo". Así que ninguna estrella. Pero algunas estrellas fuera de la secuencia principal pueden eventualmente quemar carbono (  https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon-burning_process  ), por lo que si aumenta su masa lo suficiente, y si el "barro" es carbono más algunos elementos traza , podría comenzar con ese proceso de carbono. Pero no sé de antemano qué masa inicial (de carbono) se requeriría para eso. (Para una masa inicial de hidrógeno, y si la memoria no me falla, se necesitan unas diez masas jovianas para la ignición, que es$\sim2\times10^{28}\mbox{kg}$.)

Si toma todo su lodo en un solo viaje, entonces el planeta comenzará a formarse dentro de su vehículo y para cuando encuentre el lugar, ya está cerca de ser un planeta.

Pero si lo hace en múltiples/numerosos viajes pequeños, entonces, incluso si encuentra un lugar para flotar libremente, debe saber cómo se mueve el primer vertedero con respecto a su gran planeta para que pueda ubicarlo cuando traiga el segundo. carga.

Suponga que puede volcar todos los viajes bastante cerca uno del otro.

Incluso en este caso, al parecer, para cuando termines de descargar, ya debería estar muy cerca de ser un planeta porque la formación no esperará a que termines de descargar.

Como han dicho otros, será un planeta acuoso. Será mejor que lo hagas orbitar en la zona habitable de algún sol de mediana edad como una estrella.

Nunca verás una estrella de esto. No se necesitan cálculos aquí. Porque estás cavando un solo "gran planeta" para hacer un nuevo planeta. Eso lo dice todo.

Su pregunta depende de lo que defina como "planeta". Si un "planeta" es solo una enorme esfera alta en kilogramos, entonces el lodo definitivamente formaría un planeta.

En su situación, sin "gravedad", las únicas fuerzas gravitatorias estarían entre los trozos de barro. Esto inevitablemente haría que todos se juntaran y formaran lentamente una esfera cada vez más perfecta.

Si definieras un planeta como algo compuesto por algo más que "moléculas de barro", entonces no serías capaz de hacer un planeta.

En cuanto a hacer una estrella, es difícil de decir. Las estrellas necesitan enormes cantidades de calor para crear la fusión. Cuando los fragmentos de lodo colapsan entre sí debido a su gravedad, esto podría causar que el núcleo se caliente. Eventualmente, el núcleo podría convertirse en una estrella. Sin embargo, según mi investigación, esto parece ser principalmente el caso del polvo y el gas que colapsan entre sí.

Este artículo de la NASA me lo explicó bastante bien:

https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/how-do-stars-form-and-evolve