¿Qué le sucedería a una estrella si una esfera de Dyson revestida con espejos reflejara una parte significativa de la luz de las estrellas hacia la estrella?

Una esfera de Dyson parcialmente reflectante es equivalente a preguntar qué sucede si aumentamos artificialmente la opacidad de la fotosfera, similar a cubrir la estrella con grandes manchas estelares, porque al reflejar la energía, está limitando la cantidad de flujo (neto) que realmente puede escapar de la fotosfera

Los efectos globales dependen de la estructura de una estrella y difieren para una que es completamente convectiva o una como el Sol que tiene un interior radiante y una envoltura convectiva relativamente delgada en la parte superior. El fenómeno podría tratarse de manera similar a los efectos de las grandes manchas estelares. El artículo canónico sobre esto es de Spruit & Weiss (1986) . Muestran que los efectos tienen un carácter a corto plazo y luego una naturaleza a largo plazo. El punto de división es la escala de tiempo térmica de la envolvente convectiva, que es del orden$10^{5}$años para el sol.

En escalas de tiempo cortas, la luminosidad nuclear del Sol no cambia, la estructura estelar permanece igual al igual que la temperatura de la superficie. Como solo una fracción del flujo del Sol finalmente llega al espacio, la luminosidad neta en el infinito disminuirá. Sin embargo, las cosas cambian si dejas la esfera Dyson en su lugar por más tiempo.

En escalas de tiempo más largas, en una estrella como el Sol, la luminosidad tenderá a permanecer igual porque el núcleo nuclear en llamas no se ve afectado por lo que sucede en la delgada envoltura convectiva. Sin embargo, si una gran fracción de la luminosidad se refleja y pierde la misma luminosidad, resulta que el radio aumenta y la fotosfera se calienta un poco. En este caso, el radio al cuadrado multiplicado por la temperatura fotosférica aumentará para asegurarse de que la luminosidad observada más allá de la esfera de Dyson permanezca igual, es decir, por$R^2T^4(1 - \beta) = R_{\odot}^2 T_{\odot}^4$, dónde$\beta$es la fracción de la luminosidad solar reflejada por la esfera.

Los cálculos de Spruit et al. (1986) indican que para$\beta=0.1$la temperatura de la superficie aumenta solo un 1,4 %, mientras que el radio aumenta un 2 %. De este modo$R^2 T^4$se incrementa por un factor de 1.09. esto no es del todo$(1-\beta)^{-1}$porque la temperatura central y la luminosidad descienden ligeramente en respuesta al aumento del radio.

Probablemente no sea apropiado extrapolar cuantitativamente el tratamiento de Spruit para valores muy grandes de$\beta$, pero ¿por qué construiría una esfera Dyson que fuera altamente reflectante? Cualitativamente, la envoltura de la estrella se expandiría masivamente en respuesta al calor que se deposita en ella desde el exterior y, en este caso, la fotosfera podría volverse más fría, a pesar de la entrada de calor adicional.

La discusión anterior es válida para el Sol porque tiene una zona de convección muy delgada y las condiciones en el núcleo no se ven muy afectadas por las condiciones en la superficie. A medida que la zona de convección se espesa (por ejemplo, en una estrella de secuencia principal de menor masa), la respuesta es diferente. El aumento del radio se vuelve más pronunciado; para mantener el equilibrio hidrostático, la temperatura del núcleo disminuye y, por lo tanto, también lo hace la generación de energía nuclear. La luminosidad de la estrella cae y la temperatura de la superficie se mantiene más o menos igual.

Un análisis tendría que mirar los efectos a lo largo del tiempo. Con mi limitada comprensión de la física y la intuición, veo las capas exteriores de la estrella reabsorbiendo los rayos. Mientras que las partes exteriores de la estrella hasta ahora han experimentado grandes cantidades de energía fluyendo en una dirección, ahora tiene un flujo neto de energía hacia el exterior de quizás 1/2 a 1/10 de lo que solía ser.

Inicialmente, veo que el núcleo interno debería continuar su proceso de fisión como de costumbre. Veo que las capas exteriores absorben gran parte de la energía adicional y comienzan a expandirse hacia el exterior.

Suponiendo que hasta ahora estoy en el camino correcto, y digamos que en algún momento la estrella ha crecido hasta llenar la mitad del volumen de la esfera de Dyson, gran parte de la materia está significativamente desplazada. Aunque el centro de gravedad no ha cambiado, si no me equivoco, debería haber menos presión sobre el núcleo y debería haberse encogido y, por lo tanto, la tasa de fusión se ha ralentizado y la radiación emitida desde la superficie de la estrella ahora debería ser menor. mucho más frío que cuando los espejos comenzaron a redirigir la luz hacia la estrella. Además, la rotación de la estrella se habría ralentizado; las erupciones solares serían más pequeñas o inexistentes. La última afirmación puede no ser cierta por un tiempo hasta que el giro del núcleo también disminuya.

En última instancia, si no he cometido un error en mis suposiciones generales, tal vez podría expandirse y enfriarse, digamos, nuestro sol para llenar una esfera de Dyson del tamaño de un diámetro orbital de Mercurio o Venus. Esa tasa de fusión reducida en el sol reduciría el radio de la zona habitable, haciendo que una pequeña esfera Dyson habitable sea más fácilmente realizable para una civilización avanzada.

un poco fuera de tema, pero los tubos de calor con turbinas en ellos podrían tener sus evaporadores en el interior de la esfera Dyson y sus condensadores en el exterior. Concentrar la energía térmica a través de tubos de calor le daría a una civilización avanzada una forma de recolectar energía térmica y les permitiría construir una esfera Dyson habitable incluso más pequeña que lo que normalmente se considera la zona habitable alrededor de una estrella.

Buscando confirmación, correcciones, comentarios y otras posibles respuestas.

En Orion's Arm, esto se llama Starbooster y tiene el efecto de calentar las capas externas de la estrella, lo que hace que su espectro se desplace hacia arriba. Por lo general, se usa para cambiar una estrella de clase M o K en una clase G similar al Sol.

Dicho esto, Orion's Arm es ciencia ficción (aunque ciencia ficción que pretende ser lo más realista posible), así que no estoy seguro de cuán realista es esto.