Wie viel mehr Leben könnte die Sonne durch Star Lifting gewinnen?

TL;DR: Die Hauptreihenlebensdauer der Sonne kann um den Faktor 12,2 erhöht werden.

Die vielleicht vollständigste astrophysikalische Analyse der Sterntechnik zur Erweiterung der Erdbewohnbarkeit ist Martin Beechs Buch Rejuvenating the Sun and Avoiding Other Global Catastrophes (2008).

Um die Biosphäre zu erhalten, muss das Sonneninnere durchmischt (um die Phase des Roten Riesen zu vermeiden) und Material abgetragen werden (um eine zu große Leuchtkraft zu vermeiden).

Materialabtrag

Das Entfernen von Material ist schwierig, weil die potentielle Energie an der Sonnenoberfläche so ist$U_\odot = GM_\odot/R_\odot=$1,9e11 J/kg. Während nur 2e-6 der Masse-Energie in der Materie verkörpert sind und 0,3% der potenziellen Fusionsenergie, ist es immer noch umständlich. Wenn eine Dyson-Kugel mit perfekter Effizienz verwendet würde, wäre die maximale Massenextraktionsrate

$$\begin{equation} \dot{m}=\frac{L_\odot}{U_\odot} = \frac{L_\odot R_\odot}{GM_\odot} \approx 2.0061\cdot 10^{15} \text{kg/s}, \end{equation}$$ eine typische Masse für einen kleinen Asteroiden pro Sekunde. Die Zeitskala, um die Sonne nur mit Sonnenleuchtkraft zu zerlegen, ist $$\begin{equation}\tau_{disassemble}=\frac{3GM_\odot^2}{5R_\odot L_\odot} = 18.852\text{Myr}.\end{equation}$$ Lange vor dieser Zeit würden Druckänderungen die Leuchtkraft verringern, was diese Schätzung um etwa eine Größenordnung unterschätzt. Ich bekomme 556,93 Myr, etwas mehr als Criswells 300 Myr.

Ein weiteres idealisiertes Modell ist, dass der Hebeprozess Wasserstoff verschmilzt (unter Verwendung der$p-p$Prozess), um weiteres Heben anzutreiben. In diesem Fall produziert jedes Kilogramm angehobener Masse$6.45\cdot 10^{14}$J, was das Heben von 3380 kg mehr Kraftstoff ermöglicht. Das ließe sich natürlich beliebig beschleunigen, wenn es dafür Technik gäbe.

Ich lasse aus, wie es geht. Neben Criswells klassischen Vorschlägen (Beschleunigung der Rotation, Absaugen von Plasma durch Magnetfelder usw.) schlägt Beech vor, dass ein Strom von Widderschaufeln oder eine Sternenhülle dies tun könnten. Das ist nicht wirklich entscheidend für die Frage.

Helligkeitsabnahme

Die Leuchtkraft kann auch durch Erhöhen des nichtthermischen Kerndrucks verringert werden, möglicherweise durch starke Magnetfelder oder schnelle interne Rotation. Dies würde die Lebensdauer der Hauptsequenz verlängern, da

$$\begin{equation}\tau_{NTPS}\sim \tau_{MS} \left(1-\frac{p_{NT}}{p_T}\right )^{-7.5}.\end{equation}$$ Eine 10%ige Erhöhung des aktuellen Drucks würde die Lebensdauer der Hauptsequenz der Sonne verdoppeln und die Leuchtkraft bei Wasserstofferschöpfung etwa halbieren. Dies zu erreichen, ist angesichts der aktuellen Sonnenstruktur nicht trivial (die Magnetfelder werden in der konvektiven äußeren Hülle erzeugt), aber Beech stellt fest, dass die modifizierte Sonne vollständig konvektiv wäre und Magnetfelder auch eine erzeugen würden, wenn die Masse unter etwa die Hälfte der aktuellen Masse reduziert würde höher$p_{NT}$im Kern.

Eine andere Möglichkeit, die Leuchtkraft zu verringern, ist die Erhöhung der Sternopazität$\kappa$. Um die Leuchtkraft um den Faktor 100 (und die Oberflächentemperatur um den Faktor 10) zu reduzieren, muss die Opazität um den Faktor 100 erhöht werden. Beech weist jedoch darauf hin, dass das bloße Hinzufügen schwerer Elemente nicht hilft, da sie die Masse erhöhen und damit Leuchtkraft. Während man sich eine "Dialyse" vorstellen kann, bei der Helium entfernt und durch größere ersetzt wird$Z$Elemente erscheint dies komplex, und es gibt keine lokalen leicht verfügbaren Quellen mit ausreichend hohem Gehalt$Z$Materie im Sonnensystem.

Mischen

Das technische Verbessern des Mischens, bevor die Masse entfernt wird, ist nicht trivial. Impaktoren und Laser dringen einfach nicht tief genug ein, um eine Rolle zu spielen. Beech schlägt vor, ein Schwarzes Loch mit substellarer Masse zu verwenden, das durch die Sonne oszilliert, um sie zu mischen. Wenn das Loch klein ist, ist die Zeit bis zur Absorption lang.

Ergebnis

Bei Massenverlust und vollständiger Durchmischung erhöht sich nach Beech die Lebensdauer der Hauptsequenz um den Faktor 12,2, mit vernünftigen Faktoren zwischen 4 und 6.

Das Szenario von Beech hat das Problem, dass die Sonne im Endstadium, obwohl sie eine akzeptable Leuchtkraft auf der Erdumlaufbahn hat, viel heißer sein wird und erhebliche UV-Strahlung freisetzen wird. Das Endergebnis ähnelt in vielerlei Hinsicht einem blauen Nachzüglerstern.