¿Qué tamaño de agujero negro se necesita para esta historia?

La historia comienza al estilo clásico de una película de desastres. Un pequeño agujero negro rebelde se acerca a nuestro Sistema Solar. No se acercará lo suficiente como para destruirlo todo, pero agitará nuestro Sol, provocando terribles erupciones solares cuando alcance el perihelio. Esas llamaradas van a hornear la superficie de la Tierra en niveles fatales de radiación. Las estimaciones conservadoras sugieren que los campos magnéticos del planeta tardarán mil años en recuperarse, momento en el que estará listo para la recolonización.

No tenemos viajes FTL y solo tenemos una década para prepararnos, por lo que el mundo se une en un esfuerzo por construir una flota de naves de generación capaces de albergar diez mil almas, además de una variedad de animales domesticados del arca de Noé. El truco será mantener vivo ese acervo genético viable durante mil años en el espacio profundo. Las mejores mentes vivas trabajan en el problema, pero simplemente no hay forma de traer ni siquiera una fracción del oxígeno, los alimentos y el agua necesarios.

Desesperado, se adopta un plan loco.

Las naves se lanzarán aproximadamente un año antes del perihelio y procederán en un curso de colisión con el agujero negro que se aproxima. En el momento en que la singularidad pase más cerca de nuestro Sol, las naves se sumergirán en su pozo de gravedad y se lanzarán lo suficientemente cerca del horizonte de eventos como para causar una dilatación temporal significativa.

Emergiendo después de la mitad de una órbita del agujero (encendiendo los motores nucleares de Orión para alcanzar la velocidad de escape), volverán corriendo hacia la Tierra, llegando justo antes de que se agoten los suministros de soporte vital. Si la dilatación del tiempo hace lo que debe, el viaje de dos años de la flota, encontrará una Tierra más de mil años más vieja y completamente curada.

Ahora mi pregunta...

¿Qué combinación de tamaño/masa del agujero negro y distancia de nuestro Sistema Solar haría viable esta historia?

  • Debe acercarse lo suficiente como para que un impulsor nuclear de Orión (y tal vez una maniobra de salida en picado solar/tirachinas) pueda llevar nuestras naves allí en un tiempo relativamente corto (para que no nos quedemos sin soporte vital en el camino hacia allí) .
  • Tiene que ser lo suficientemente pequeño para que no saque a la Tierra de su órbita cuando pasa. Puede tomar el resto de los planetas, pero la Tierra y nuestra luna tienen que sobrevivir.
  • Debe ser lo suficientemente grande como para generar una dilatación del tiempo suficiente para que puedan pasar mil años en la Tierra durante el viaje de uno o dos años de la flota.

Una pregunta adicional…

¿Es creíble que una interacción cósmica a corto plazo con un agujero negro distante pueda hacer que nuestro sol se intensifique temporalmente, arrojando llamaradas solares durante unos años antes de volver a la normalidad?

Con una fuente de energía poderosa y confiable, el barco no necesita transportar 1000 años de alimentos, agua, oxígeno, puede reciclar todo. Con suficiente energía, si la nave puede mantener 1G de aceleración durante 30 años, la dilatación del tiempo significa que 30 años de tiempo de la nave son 1000 años de tiempo terrestre. Creo que cualquier agujero negro lo suficientemente largo como para permitir la supervivencia en el horizonte de eventos sería tan masivo que absorbería todo el sistema solar, incluido el Sol. Aunque la mejor oportunidad de supervivencia es probablemente en cuevas profundas en la tierra hasta que pase la radiación fatal en lugar de un barco construido apresuradamente.
Acercarse tanto a un agujero negro probablemente causará una en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force significativa , hasta el punto en que su nave se destrozará.
Si el agujero negro pasa demasiado cerca de la tierra, ¿no causará la dilatación del tiempo también en la tierra? ¿Puede alguien por favor educarme sobre esto?
Aquí también hay otro gran problema: la dilatación del tiempo significa que la nave solo experimentará 30 años... sin embargo, el agujero negro seguirá volando por el espacio durante 1000 años. Cuando completes el tiro de honda, estarás muy lejos de la tierra.
@DanSmolinske A menos que sea lo suficientemente grande. Pero tendría que ser verdaderamente masivo para no ser letal.
"Tiene que ser lo suficientemente pequeño para no arrancar a la Tierra de su órbita cuando pasa. Puede llevarse al resto de los planetas, pero la Tierra y nuestra luna tienen que sobrevivir". Bueno, la Tierra y nuestra luna no sobrevivirían si el resto de los planetas fueran arrancados. ¡Todo el sistema solar está en equilibrio!
@Lightning..., Intuitivamente, no estaba de acuerdo con usted sobre el efecto de perder planetas, así que salté al intercambio de pila de física para verificar. Encontré una pregunta sobre exactamente ese tema y resulta que tienes razón (+1), al menos en términos de Júpiter y Saturno. Editaré mi pregunta más tarde esta noche. ¡Gracias!
Una nota importante: el perigeo es el paso más cercano a la Tierra; el paso más cercano al Sol se llama perihelio.
@Henry: np :)
Y mientras los bribones juegan con naves espaciales, simplemente voy a excavar y construir una ciudad subterránea. Cualquier nivel de radiación que deje el mundo intacto cuando termine no importará ni siquiera 50' hacia abajo.

Respuestas (3)

Esa es una dilatación extrema del tiempo.

Es posible, pero el agujero negro debe ser increíblemente masivo para que tu nave lo orbite sin caer en el horizonte de sucesos y pase la cantidad de tiempo adecuada.

La dilatación del tiempo gravitacional es así:

t 0 = t F 1 − r 0 r

Dónde,

  • t 0 es el tiempo adecuado entre los eventos A y B para un observador lento dentro del campo gravitatorio
  • t F es el tiempo de coordenadas entre los eventos A y B para un observador de tictac rápido a una distancia arbitrariamente grande del objeto masivo
  • r es la coordenada radial del observador (que es análoga a la distancia clásica desde el centro del objeto, pero en realidad es una coordenada de Schwarzschild)
  • r 0 = 2 GRAMO METRO C 2 es el radio de Schwarzschild de M.

Inicialmente resolví esto estimando la loca distancia mínima de 1 km desde el horizonte de eventos. Se suponía que esto era un límite mínimo para el tamaño del agujero negro, pero parece no ser lo suficientemente loco. Dijiste que querías media órbita, una honda, es difícil decir cuánto tiempo tomaría eso. Supongo que una décima parte de un año; unas cinco semanas.

0.1   y mi a r = 1000   y mi a r s 1 − r 0 r 0 + 1000   metro mi t mi r s

Resolver esto da un radio de Schwarzschild de aproximadamente 99,999,999,000 metros. Que requiere 33.851.584 masas solares para producir. Este sería un agujero negro supermasivo más grande que el del centro de nuestra galaxia. Más grande en casi un orden de magnitud.

Que una cosa así pase lo suficientemente cerca de nuestro sistema solar como para que la nave pueda llegar allí en un año es probable que haga más que hacer que nuestro sol se apague un poco. Colocar el agujero negro más lejos significa que debe ser aún más masivo para compensar el tiempo de viaje adicional. Lo que podría no funcionar de todos modos porque la nave también tendría que orbitar en menos tiempo, lo que comienza a ser imposible a medida que el agujero negro se hace más grande.

Para que esta historia sea plausible, el tiempo transcurrido debe reducirse significativamente. Desafortunadamente, esa reducción probablemente tendría que ser a menos de diez años. Incluso acercarse al agujero negro no lo resuelve. Llegar a tan solo diez metros todavía requiere un agujero negro de alrededor de 338.500 masas solares. Pero, 1 km ya era una locura y muy probablemente imposible de lograr.

No creo que un agujero negro que pasa sea un método viable para "intensificar" el clima de nuestro Sol. No puedo pensar en nada que puedas hacerle al Sol para que actúe de forma extraña durante solo 1000 años, ha existido por mucho más tiempo que eso.

Gracias por tu ayuda. Parece ser uno de esos casos en los que una buena premisa de la historia y la ciencia no tienen un terreno común, por lo que la historia morirá sin escribirse. +1 por todos tus esfuerzos con las matemáticas. ¡Gracias de nuevo!
Gran respuesta ... y se olvidó de mencionar los efectos complicados de las tensiones de las mareas que impondrían acercamientos tan cercanos. Si bien 100 km desde el horizonte de eventos podría ser seguro para un agujero negro de 33 000 000 de masa solar, sinceramente dudo que 10 km desde el horizonte de eventos para un agujero negro de 330 000 de masa solar lo sean.
@HenryTaylor No lo dejes morir, esta es una historia brillante y quiero leerla. ¡Creo que una cantidad suficiente de Unobtanium en el casco permitirá que un barco pase muy cerca del horizonte de eventos con un efecto adverso mínimo! ¡No dejemos que un hecho aburrido se interponga en el camino de una buena historia!
¿Sería posible orbitar el agujero negro a una distancia de supervivencia durante, digamos, diez años? Me pregunto si eso ayudaría a que las matemáticas funcionaran. En cuanto al agujero negro que se aleja durante 1000 años, tal vez este agujero negro no solo esté pasando por el sistema, tal vez apareció hace algún tiempo y no se irá pronto. Tal vez esté en un camino casi paralelo al sol, por lo que no se alejará demasiado en 1000 años. Ahora, puedes dejar la Tierra, pasar unos años llegando al agujero negro. Pasa 10 años en órbita. Luego, pase un par de décadas en el viaje de regreso.
Regresas dentro de una generación y han pasado 1000 años en la Tierra. En cuanto a que el agujero negro que hace que el sol freír la Tierra sea poco probable, tal vez solo tenga alguna otra catástrofe que haga que la Tierra sea inhabitable durante 1000 años, tal vez incluso por nuestra propia culpa o no relacionada con el agujero negro. Entonces, el agujero negro que aparece podría ser el salvador de la humanidad.
@ Jim2B Es exactamente por eso que volar tan cerca es probablemente imposible. El estrés de las mareas ya se mencionó en los comentarios.
@Samuel, lo siento, no vi eso. También estoy de acuerdo en que una historia como esta sería muy buena. ¿Los números indicados originalmente están "grabados en piedra" o podemos jugar con ellos para hacerlo más realista?
@Bryon Sí, orbitar durante más tiempo reduce significativamente el tamaño requerido del agujero negro. Está directamente relacionado, un año sería diez veces menor que la décima parte de un año, diez años serían diez veces menor que eso, etc.
@ Jim2B Las especificaciones que reuní fueron: dos años a bordo de la nave, media órbita y mil años en la Tierra. Todos los demás parecen variables dentro de lo razonable.
@HenryTaylor en resumen, ciertos elementos de la historia (dialización del tiempo) lo empujan a usar un BH supermasivo. Otros elementos de la historia (que mantienen la estructura del sistema solar mientras hacen que el sol se encienda) requieren BH de masa baja (quizás subestelar). El primero lleva a otras preguntas como "¿cómo es que no lo detectamos temprano?" y "¿qué efectos tiene en el resto de la galaxia?" Este último lleva a preguntas sobre "¿cómo se formaría un agujero negro de masa subestelar?"
Por favor, no dejes que esto muera. Suena increíble.
Gracias a todos por sus comentarios. Renovaré mis esfuerzos para que esta historia funcione. Todos sus esfuerzos y apoyo son muy apreciados. Después del trabajo de hoy, voy a modificar la pregunta, eliminando las limitaciones de tiempo de vuelo y tal vez trabajando en la idea de curso paralelo de Byron. Quizás entonces podamos crear una versión científicamente factible de esta historia. ¡Gracias de nuevo a todos!

Probablemente sea más un comentario que una respuesta, pero como no tengo suficiente reputación para comentar, veré cómo va esto:

¿ Has considerado usar una cuerda cósmica en lugar de un agujero negro? Es posible que aún pueda obtener el efecto de dilatación del tiempo debido a que la cuerda actúa como si tuviera una gran masa, y la tripulación podría viajar a lo largo de la cuerda a medida que pasa cerca del sistema solar para salir en el otro extremo de la cuerda. , todavía cerca del sistema solar pero en un momento en que la cuerda ha pasado fuera de peligro (en lugar del agujero negro donde saldrían muy lejos de donde comenzaron).

¡Buena idea! Estuve reelaborando la pregunta durante el fin de semana, y no importa cómo juegue con los números, parece que no puedo alejar las naves que no son ftl lo suficientemente lejos del sistema solar para hacer que el agujero negro errante sea inofensivo. Buscaré en sus cadenas de cosmis como una alternativa. Gracias.

Supongo que abordaré el ángulo de las erupciones solares, ya que nadie parece haberlo intentado todavía.

Mi principal objeción aquí es que una fuente externa tendrá muchas dificultades para causar erupciones solares. Las erupciones solares son, en el fondo, fenómenos magnéticos. Si bien se desconoce el mecanismo exacto detrás de ellos, un componente fundamental son las partículas cargadas que viajan a lo largo de las líneas del campo magnético , formadas dentro de la estrella. Hay varias ideas sobre los eventos que conducen a que estas partículas sean expulsadas: inestabilidades de torsión en bucles coronales ( Wood & Priest (1979) ), eyecciones de masa coronal (discutidas en Zhang et al. (2001) ), o estructuras más exóticas ( Kusano et al. (2012) ). En Shibata (2011) se ofrece una buena descripción general de muchas teorías diferentes .

El punto es que lo más probable es que una fuente externa no provoque erupciones solares. Es cierto que los agujeros negros pueden tener campos magnéticos, pero, como expliqué aquí , son generados por el disco de acreción que rodea al agujero negro, no por el agujero negro en sí. Necesitaría que traiga su disco de acreción para que tenga un campo magnético en sí mismo, lo que realmente arruinaría el Sistema Solar de otras maneras, y probablemente no cause erupciones solares, a menos que tenga en cuenta el otro extremo. Consecuencias de la entrada de un agujero negro en el Sistema Solar.

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