Wie kann ich einen schwarzen Zwergstern machen?

Als Antwort auf eine Frage zu einem mit entarteter Materie gefüllten Asteroiden schlug Ender Look vor , dass die Verwendung von Materie eines Schwarzen Zwergs besser sei als die Verwendung von Materie eines Weißen Zwergs, da Schwarze Zwerge kühler sind. Die Temperatur eines typischen Weißen Zwergs könnte sein 10.000 K, was viel zu hoch ist.

Das Problem ist, dass es lange dauert, einen Schwarzen Zwerg zu bilden. Die Unterscheidung zwischen einem Weißen Zwerg und einem Schwarzen Zwerg ist etwas willkürlich, auch weil „Schwarzer Zwerg“ kein Fachbegriff ist. Einige sagen einfach, dass Schwarze Zwerge Weiße Zwerge sind, die bis zu dem Punkt abgekühlt sind, an dem sie nicht länger eine beträchtliche Menge an sichtbarem Licht emittieren . Nach dieser Definition könnten wir bereits einige Schwarze Zwerge haben (z. B. den Begleitstern von PSR J2222-0137). Dies entspricht jedoch einer Temperatur von etwa 2800 bis 3000 K, was für die Zwecke der ursprünglichen Frage nach entarteter Materie immer noch zu hoch ist. Daher muss ich einen Schwarzen Zwerg als einen Weißen Zwerg definieren, der auf etwa 1000 K oder weniger abgekühlt ist.

Das Problem ist, dass dies sehr lange dauern wird und es möglicherweise keine so coolen schwarzen Zwerge in der Galaxie gibt. Das bedeutet, dass ich bereit bin, künstliche Mittel einzusetzen, um einen normalen Weißen Zwerg ( T 10.000 K) in einen Schwarzen Zwerg ( T 1000K). Die Zivilisation, die die Transformation durchführt, ist auf der Kardashev-Skala eine Zivilisation vom Typ II und verfügt über alle Kräfte und Technologien, die Sie von ihr erwarten würden (wichtige Ausnahme: keine FTL-Reisen).

Wie kann diese Typ-II-Zivilisation innerhalb eines vernünftigen Zeitrahmens (sagen wir 100 bis 1000 Jahre) einen Weißen Zwerg in einen Schwarzen Zwerg verwandeln?

Andere Spezifikationen:

  • Wir gehen von einer Masse von etwa 0,25 Sonnenmassen und einem Radius von etwa 0,0038 Sonnenradien aus (Radius abgeleitet von einer Masse-Radius-Beziehung , mit Sirius B als Referenz).
  • Der fragliche Weiße Zwerg ist allein, ohne binären Begleiter oder Planeten.
  • Bei Bedarf könnte es in der Region eine praktische interstellare Gaswolke geben.
  • Massenentfernung oder -zugabe in großem Maßstab ist wahrscheinlich unerwünscht.
  • Das Objekt soll nicht nur schwarz erscheinen, man kann es also nicht schwarz malen.

Ich sollte hinzufügen: Was könnte getan werden, um aus einem Roten Zwerg in kurzer Zeit einen Blauen Zwerg, dann einen Weißen Zwerg und schließlich einen Schwarzen Zwerg zu machen? spricht darüber, aber es scheint, als würden sie einen schwarzen Zwerg verwenden, der extrem cool ist (eher 10 oder 100 K). Es gibt auch einige andere Unterschiede:

  • Ihre Zivilisation ist eine Typ-III-Zivilisation; Ich habe einen mickrigen Typ II.
  • Sie sind mit FTL-Reisen einverstanden; Ich bin es sicherlich nicht.
  • Sie wollen mit einem Roten Zwerg beginnen, was bedeutet, dass sie mehr Kontrolle über das Objekt haben. Ich gehe von einem weißen Zwerg aus.
  • Ich suche nach einem etwas heißeren Schwarzen Zwerg als sie, wie es scheint.
Ich dachte zuerst, das sagte "Kardashian-Skala", was mich in Richtungen lenkte, die ich nicht geplant hatte ...
Können die Rolling Stones dabei sein? Sie haben eine elegante Lösung ...
@L.Dutch Ich bevorzuge die Temperaturdefinition gegenüber einer Farbdefinition, daher schließe ich die Rolling Stones-Methode aus.
@L.Dutch Ich fürchte, ich verstehe das nicht. Worauf beziehst du dich?
@ArtificialSoul, ein berühmtes Lied von den Stones, Paint it Black .
@ Renan Ah! Okay, das Lied kannte ich noch nicht. Ich habe mich gefragt, warum mir nichts einfiel, was die Steine ​​mit der Neudefinition von Farben zu tun haben könnten.
Ich dachte definitiv, dass dies fragen würde, wie Zwerge, die in Minen leben und kaum Sonne sehen, sich zu einer dunklen Hautfarbe entwickeln könnten.
@ David K ​​Und die Antwort auf diese Frage wäre, ihn aufzuheben und in einen Bottich mit schwarzer Farbe oder Tinte zu werfen.
Das Problem, entartete Materie außerhalb der Gravitationsgrube des Zwergs stabil zu halten, ist um Größenordnungen schwieriger, als sie zu kühlen. Ich meine, ein paar Zehnerpotenzen zu warten, wird etwas abkühlen, also wissen wir, dass das zumindest möglich ist; Das Stabilisieren von Zwergenmaterie außerhalb eines Zwergs liegt nicht in einem ähnlichen Bereich. Diese Frage ist, als würde man Jäger und Sammler fragen, wie eine Zivilisation, die Atombomben baut, sie herumträgt; schließlich sind sie viel zu schwer für Rucksäcke.
@VBartilucci "Wir können den Kardies das Wurmloch nicht überlassen!"
Ich sehe nicht, wo eine Zivilisation vom Typ II / III schneller als Licht reisen muss. Soweit ich weiß, ist dies nur durch verschiedene Formen exotischer Materie möglich, die so theoretisch sind, dass sie möglicherweise nie realisiert werden ...
@Michael Ich habe das in Bezug auf die akzeptierte Antwort auf die andere Frage geschrieben , in der es hieß, dass FTL-Reisen notwendig seien, damit es funktioniert. Die Akzeptanz des OP zeigt, dass sie damit einverstanden sind; Ich mache nur klar, dass ich es nicht bin, um die Leute davon abzuhalten, falsche Annahmen zu treffen.

Antworten (5)

Im Grunde fragt man sich, wie man die Hitze aus einem kleinen Zwerg saugt, ohne die ganze Masse herauszusaugen. Das ist wirklich schwer.

Die drei klassischen Methoden des Wärmetransports sind Strahlung, Konvektion und Leitung. Ein Weißer Zwerg emittiert bereits im Wesentlichen die gesamte Strahlung, die er von seiner Oberfläche bekommen kann, also gibt es nicht viel mehr, was man mit Strahlung tun kann, außer etwa hundert Milliarden Jahre zu warten.

Konvektion führt Wärme durch die Bewegung heißer Materie ab. Das würde funktionieren, aber wenn Sie die Sache nicht zurückgeben, bleibt am Ende nichts vom Stern übrig. Wenn Sie die Materie zurückbringen, benötigen Sie eine enorme Energiequelle, um die heiße Materie vom Stern zu heben, sie ihre Wärme abstrahlen zu lassen und sie dann wieder abzusenken, ohne dass sie die (riesige) potenzielle Energie der Gravitation, die sie hat, abwendet die WD in Wärme und Wiedererhitzen der WD.

Die Leitung scheint nicht relevant zu sein, da der WD viel heißer ist als jeder Feststoff.

Angesichts der fast magischen Technologie kann ich mir nur vorstellen, das Innere des WD irgendwie zu rühren , um das wesentlich heißere Material im Inneren an die Oberfläche zu bringen, wo die gute alte Abhängigkeit von Stefan-Boltzman T 4 die Wärme viel schneller abstrahlen würde. Es ist immer noch ein langer, langsamer Prozess, aber viel schneller, als nur da zu sitzen und zuzusehen, wie der WD von alleine abkühlt. Beachten Sie, dass dieses Rühren sehr vorsichtig durchgeführt werden sollte, um nicht zu viel ungeschmolzenes Material in die heißeren Regionen zu mischen und eine erneute Entzündung oder sogar eine Nova zu verursachen. In diesem Artikel finden Sie einige Informationen zu WD-Strukturen. Einige WDs können gegen Rühren stabil sein; andere werden knallen oder sich neu entzünden.

Jede Technologie darüber hinaus sieht aus wie eine völlig magische Technologie, und natürlich kann man damit alles machen.

Hinweis: Das Material eines Schwarzen Zwergs wäre zwar sehr, sehr dicht, aber nicht stabil. Im Stern wird seine Stabilität durch den immensen Druck der immensen Gravitation des Sterns aufrechterhalten. Sobald eine Probe aus dem Zentrum des Sterns gehoben wird (die Oberfläche eines WD oder eines Schwarzen Zwergs ist gewöhnliche Materie, weil dort nicht genug Druck vorhanden ist, um sie zu degenerieren), würde sie ziemlich heftig explodieren.

Das ist ein toller Anfang. Von einigen Weißen Zwergen wird erwartet, dass sie fossile Magnetfelder haben, so wie ich es verstehe, daher könnte die Wechselwirkung mit einem von außen angelegten Feld eine nützliche Möglichkeit sein, Materie an die Oberfläche zu bewegen.
@ HDE 226868 Stimmt, aber ich mache mir weiterhin Sorgen darüber, dass das Oberflächenmaterial katastrophal schmilzt, wenn es heruntergetragen wird. Ich habe einen Link zu einigen Diagrammen der WD-Struktur hinzugefügt.
Ehrlich gesagt könnte dieser Punkt, vorsichtig zu sein, ein großartiger Punkt der Hintergrundgeschichte sein – vielleicht wurde diese Gefahr in den frühen Tagen nicht vorhergesehen, und Hunderte von Menschen wurden dadurch ausgelöscht.
@NicHartley Ja. Nur Hunderte von Menschen.
@CJDennis Nun, ja. Es ist nur eine Nova; Vermutlich wird das fast tote System um einen Weißen Zwerg herum keine Leute haben, die für Spaß herumstehen, besonders nicht, wenn es eines ist, das so unbenutzt ist, dass alle damit einverstanden sind, dass es absichtlich schneller abgekühlt wird. Sie haben nur die Forscher und Ingenieure und ihr Hilfspersonal. Hunderte, höchstens Tausende .
@NicHartley Tötet die Strahlung einer Nova nicht alles Leben innerhalb von hundert Lichtjahren?
@CJDennis Hm, vielleicht. Ich dachte, das wären nur Supernovae, und diese Novae wären viel begrenzter (Explosion eines Sterns im Vergleich zu einer Explosion auf einem Stern), aber ich könnte mich leicht irren. Ich bin kein Astrophysiker.
@Nic Hartley Du hast Recht. Eine Nova ist ein (vergleichsweise) dürftiges Ding. Ein SN ist typischerweise etwa 1000-mal energiereicher als ein N. Sterne können (und tun) viele Male novae. Aber ein Stern SNs, nur einmal.

Stern zerlegen und wieder zusammenbauen

Die Oberfläche eines Sterns ist der Ort, an dem die gesamte Energie durch Strahlung austritt. In einer regulären Sphäre also 4 π r ² , aber es ist Volumen 4 3 π r ³ was ein Oberflächen-Volumen-Verhältnis von impliziert 3 r . Mit r = 0,0038 R s Ö l a r = 2643.66 k m Sie hätten ein Verhältnis von 1.13479 × 10 6 m ² m ³ .

Wenn Sie die Form ändern oder den Stern in kleinere Objekte "aufteilen" würden, würden Sie dieses Verhältnis zugunsten der Oberfläche und damit der Strahlungsleistung erheblich verbessern.

Typ-II-Zivilisation

Wikipedia sagt über Typ-II-Zivilisationen:

Star Lifting ist ein Prozess, bei dem eine fortgeschrittene Zivilisation einen wesentlichen Teil der Materie eines Sterns auf kontrollierte Weise für andere Zwecke entfernen könnte.

Warum nicht den Stern in kleinere Teile zerlegen, von denen jedes eine deutlich stärkere Energieabgabe pro Volumen hat?

Angenommen, eine Zivilisation, die "wesentliche Teile der Materie eines Sterns entfernen" kann, um sie wiederzuverwenden, könnte die entfernten Teile auch stabilisieren, sollte dies anständig funktionieren, um sie abzukühlen (zumindest viel schneller, als sie alleine abkühlen würde). Sie könnten sogar die kleineren Portionen mit einem zusätzlichen Prozess kühlen.

Das einzige, was Sie danach brauchen würden, wäre die Wiederzusammenfügung der gesamten gesammelten Sternenmaterie, aber ich sehe dies nicht als Problem für eine Zivilisation an, die einen Stern auseinander nehmen und die kleineren Fraktionen wiederverwenden kann. Im Grunde müsstest du ihn nur zusammenbauen – und da es sich nicht um einen IKEA-Schrank handelt, spielt auch die Reihenfolge des Zusammenbaus keine Rolle.


Bitte beachten Sie: Ich bin kein Astronom, nur ein sehr physikinteressierter Ingenieur. Ich bin mir nicht sicher, was passieren würde, wenn Sie einen Stern neben dem Offensichtlichen teilen würden.

Ich bin mir nicht sicher, aber: Wird der Stern nicht größer, wenn Sie ihn aufgrund der Masse-Radius-Beziehung aufspalten ?
@EnderLook könnte sein, aber warum nicht in eine Million Teile oder mehr aufteilen? Eine solche Zivilisation sollte dazu in der Lage sein.
@EnderLook Das ist sogar noch besser; es bedeutet eine noch größere Oberfläche und damit mehr Kühlung.
@ HDE226868, das kenne ich: aber wie komprimiert man es dann wieder?? Oder wenn Sie einfach alle Teile zusammenfügen, werden sie automatisch kleiner?
@EnderLook Mein Verständnis ist, dass die Schwerkraft sie komprimiert, also ... Ja. Ich denke, es würde sich "automatisch" komprimieren.
@EnderLook Wir sprechen von einer Zivilisation, die Sterne spalten kann. Die gesamte Masse wieder zusammenzusprengen ist wahrscheinlich das kleinere der beiden Probleme. Sie könnten wahrscheinlich einfach die ganze Masse gleichzeitig zusammenschießen, vielleicht sogar mit hoher Geschwindigkeit, und sie aggressiv wieder zusammensetzen . Aber ich stimme Nic Hartley zu, Zwerge kommen sowieso durch die Schwerkraft in ihre Form, warum sollten sie das nicht mehr tun, wenn die Materie kälter ist?
Extrudieren Sie den Stern durch eine kleine Öffnung (oder mehrere, am besten in Bandform) und lassen Sie ihn beim Abkühlen als Materiefaden weit genug treiben, bis er auf einen handlichen Kometen- / Asteroidenkern trifft und wieder in die feste Masse eindringt. Wenn der Massefaden auf wenige Kelvin abkühlt und sich sanft neu formieren darf, sollte er sich nicht zu stark erwärmen.
@KalleMP Bonuspunkte, wenn Sie irgendwie Musik darauf codieren können.
@ArtificialSoul du hast recht. Das habe ich nicht gedacht.

Mit Lasern.

Ich meine es ernst. Laserkühlung ist eine Sache. Und es funktioniert am besten mit Gas, was in diesem Zusammenhang schön ist.

Nun, es könnte zu lange dauern und zu viele Laser, um das zu bekommen, was Sie wollen, wenn Sie nur auf den Stern schießen. Vielleicht möchten Sie einen anderen Stern mitbringen, der viel schwerer ist als Ihr Ziel. Es wird beginnen, Materie von der kleineren zu stehlen, wie folgt:

Es ist eine Start-Eat-Star-Welt da draußen Quelle für Bild

Schießen Sie mit Ihren Kühllasern auf die Materie, die zwischen den Sternen transportiert wird, um sie abzukühlen. Sammeln Sie es dann ein, bevor es in den schwereren Stern fällt. Bewahren Sie es woanders auf. Wenn Sie sich an das Ziel der verknüpften Frage halten, das darin besteht, Sternstücke und nicht einen ganzen zu haben, können Sie die Materie, die Sie aus diesem Prozess erhalten, in asteroidengroße Pakete verarbeiten.

Da es sich um eine Kardashev-II-Zivilisation handelt, kann Ihr Volk sogar etwas Energie aus dem schwereren Stern gewinnen, um die Laser und die an diesem Prozess beteiligten Sammelmaschinen anzutreiben.

Ich hatte über Laserkühlung gelesen, aber die wenigen Artikel, die ich las, sprachen speziell über mikrokosmische Dinge. Wie das Abkühlen einer Testsammlung von einigen tausend Atomen auf Temperaturen von 1 nK, um den Bose-Einstein-Kondensatzustand zu erreichen. Ich bin mir nicht sicher, ob die Prinzipien auf makrokosmische Objekte angewendet werden könnten. Ich könnte mich aber irren.
@ArtificialSoul, es ist alles eine Frage des Maßstabs. Eine Typ-II-Zivilisation könnte dazu in der Lage sein.
mag sein. Ich bin kein Physiker, aber mir erschien das Prinzip der Laserkühlung sehr quantenmechanisch schwer. Ich sage nicht, dass es absolut unmöglich ist, nur dass es nach dem, was ich gelesen habe, sehr viel Sci-Fi ist. Nun, aber eine Typ-II-Zivilisation ist das irgendwie immer, oder?
Laserkühlung wird bei nichts funktionieren, das ein (fast) kontinuierliches Spektrum von Quantenzuständen hat. Die größten Objekte, die Sie auf diese Weise kühlen können, sind viel, viel kleiner als ein Stern.

Wärmeenergie durch Eisenfusion in Materie umwandeln.

1: Beginnen Sie mit einer bestimmten Art von Weißen Zwergen, die für dieses Manöver geeignet sind: https://en.wikipedia.org/wiki/White_dwarf#Type_Iax_supernovae

Supernovae vom Typ Iax, die Heliumakkretion durch einen Weißen Zwerg beinhalten, wurden als Kanal für die Transformation dieses Typs von Sternüberresten vorgeschlagen. In diesem Szenario ist die in einer Supernova vom Typ Ia erzeugte Kohlenstoffdetonation zu schwach, um den Weißen Zwerg zu zerstören, und stößt nur einen kleinen Teil seiner Masse als Auswurf aus, erzeugt jedoch eine asymmetrische Explosion, die den Stern, der oft als Zombiestern bekannt ist , tritt. zu den hohen Geschwindigkeiten eines Hypergeschwindigkeitssterns. Die Materie, die bei der fehlgeschlagenen Detonation verarbeitet wurde, wird vom Weißen Zwerg wieder angereichert, wobei die schwersten Elemente wie Eisen in seinen Kern fallen, wo sie sich ansammeln. Diese Weißen Zwerge mit Eisenkern wären kleiner als die Kohlenstoff-Sauerstoff-Art von ähnlicher Masse und würden schneller abkühlen und kristallisieren als diese.

Der Zombiestern ist für diese Anwendung ohnehin gut, weil er schneller abkühlt. Und wir werden diesen Eisenkern verwenden, um es extra schnell zu kühlen

2: Eisenschmelze.

https://en.wikipedia.org/wiki/Iron_peak

Bei Elementen, die im Periodensystem leichter als Eisen sind, setzt die Kernfusion Energie frei, während die Spaltung sie verbraucht. Für Eisen und alle schwereren Elemente verbraucht die Kernfusion Energie, aber die Kernspaltung setzt sie frei. Chemische Elemente bis hin zum Eisenpeak werden in der gewöhnlichen stellaren Nukleosynthese produziert. Schwerere Elemente werden nur während der Supernova-Nukleosynthese produziert. Aus diesem Grund haben wir mehr Eisenspitzenelemente als in seiner Nachbarschaft.

Die Verschmelzung von Eisen ist endotherm und damit energetisch ungünstig. Wenn eine Schiffsladung Energie verfügbar ist, könnte sie diese in diese Richtung treiben. Unter allen Energiebedingungen würde die Fusion von Eisen (und schwereren Elementen) (Wärme-)Energie aus der Umgebung verbrauchen, die zur Schaffung neuer Materie führen würde.

Wie bei anderen endotherm ungünstigen Reaktionen würde ein Katalysator helfen, dies voranzutreiben. Wir werden verwenden

3: Myon-katalysierte Fusion. https://en.wikipedia.org/wiki/Muon-catalyzed_fusion

Die myonkatalysierte Fusion (μCF) ist ein Prozess, der es ermöglicht, die Kernfusion bei Temperaturen durchzuführen, die deutlich unter den für die thermonukleare Fusion erforderlichen Temperaturen liegen, sogar bei Raumtemperatur oder darunter. Es ist eine der wenigen bekannten Möglichkeiten, die Kernfusion zu katalysieren.

Glücklicherweise ist Ihre Typ-2-Zivilisation Meister des Myons, und sie verwenden routinemäßig Myon-katalysierte Fusion, um den gesamten Energiebedarf zu decken. Aber hier wenden wir diese überzeugenden Myonen auf widerspenstiges Eisen und überreden die Partner, sich zu treffen und zu verschmelzen. Ein enger Strahl von Myonen, der die äußere Sauerstoff-/Kohlenstoffschicht durchdringt, könnte funktionieren, oder vielleicht müssen die Myonen vor Ort erzeugt werden (wenn wir Maschinen finden können, die robust genug sind, um dem Druck standzuhalten).

Zusätzliche räumliche Dimensionen könnten dabei helfen, falls verfügbar, aber wahrscheinlich würde dies als reine Fantasie abgewertet.

Kompression. Dann Ausbau. Über künstliche Schwerkraft.

Wenn Materie zusammengedrückt wird, um weniger Platz einzunehmen, erwärmt sie sich. Wird es hingegen ausgedehnt, kühlt es ab.

https://physics.stackexchange.com/questions/17948/why-does-a-gas-get-hot-when-suddenly-compressed-what-is-happening-at-the-molecu

Wenn diese Zivilisation die Schwerkraft simulieren kann, hat sie vielleicht Möglichkeiten, den Raum zu krümmen - die Wirkung von Masse auf den Raum zu simulieren (um Schwerkraft zu erzeugen), ohne die Masse verwenden zu müssen. Wie genau die Zivilisation dies bewerkstelligt, bleibt dem Leser als Übung überlassen.

Also: Krümmt den Raum im Inneren des Schwarzen Zwergs stärker und erhöht effektiv seine Schwerkraft. Wenn es nach innen gezogen wird, erwärmt es sich. Vorsichtig sein! Wenn Sie es zu stark komprimieren, bringen Sie es an den Punkt, an dem es seinen Sauerstoff und Kohlenstoff verschmelzen kann, und das wird eine Menge neuer unerwünschter Wärme erzeugen! Stoppen Sie kurz davor. Drücken Sie ihn zu einem gemütlichen Schwarzkörperglühen zusammen und lassen Sie ihn wieder schnell Wärme in den Weltraum abstrahlen, wie er es in seinen Tagen als Weißer Zwerg tat.

Schalten Sie dann den Saft ab und lassen Sie den Raum entspannen. Während er sich ausdehnt, kühlt der Schwarze Zwerg ab. Eventuell brauchst du noch Topflappen.

Das ist leider falsch. Sternreste gehorchen als elektronenentartete Materie nicht dem idealen Gasgesetz, sondern den Fermi-Gasgesetzen. Druck und Temperatur sind im Wesentlichen unabhängig. Eine Erhöhung des Drucks durch technomagische Mittel würde den Stern schrumpfen lassen, ohne ihn zu erhitzen, bis er als Typ-Ia-Supernova explodierte.
@fluffysheap - Mir geht es gut mit einer Ablehnung im Austausch für etwas Erbauung. Ich werde mich über den Unterschied zwischen diesen Gasgesetzen informieren.
+1, weil dies Worldbuilding ist und selbst eine schlechte Antwort gute Ideen geben kann.