Könnte eine Dyson-Kugel einen Stern zerstören?

Hauptreihensterne mit ungefähr einer Sonnenmasse sind – in vielerlei Hinsicht – wirklich, wirklich einfache Objekte.

Sie haben nicht konvektive Kerne und nicht konvektive Hüllen und können in der Mitte eine konvektive Schicht aufweisen.

Das einzige, was eine gleichmäßige Änderung der Außentemperatur bewirken könnte, ist, die Position und das Vorhandensein des Konvektionsbandes zu optimieren und die Gesamttemperatur geringfügig zu erhöhen.

Das könnte einen messbaren Einfluss auf den Lebenszyklus des Sterns haben (wie schnell er brennt, wie viel des äußeren Wasserstoffs bis zum Kern vor dem Umschalten auf Heliumverbrennung verschmilzt), aber in erster Linie würde ich erwarten, dass die Änderungen vermittelt werden durch$T_{ext}/T_{star}$, und so klein zu sein. (Übrigens – ich bin verdächtig, kann aber nicht beweisen, dass die$T_{star}$Sie verwenden möchten, hängt davon ab, was Sie betrachten (dh die mittleren Schichten für Konvektionsband-Optimierungen, aber die Kerntemperatur für Fusionsraten-Optimierungen).

Interessante Frage - ich weiß nicht viel über Sterndynamik, aber ich vermute, dass es sehr wenig Wirkung haben wird.

Meine Begründung: Im Moment empfängt die Sonne Wärmestrahlung von einem Wärmebad, das vom kosmischen Mikrowellenhintergrund dominiert wird, bei einer Temperatur von etwa 2K. Wenn die Dyson-Kugel gebaut werden sollte, wäre sie vermutlich so ausgelegt, dass sie bei einer Temperatur arbeitet, die für das menschliche Leben / die Technologie angenehm ist, etwa 300 K.

Der Hintergrund der Sonne wird also um mehrere hundert Grad steigen - aber das sollte im Vergleich zu ihrer eigenen enormen Temperatur vernachlässigbar sein, also sollte es wenig oder keine Änderungen geben.

Ich denke, diese Frage ist gleichbedeutend mit der Frage, was passiert, wenn wir die Opazität der Photosphäre künstlich erhöhen - ähnlich wie den Stern mit großen Sternflecken zu bedecken -, weil Sie durch Zurückreflektieren von Energie begrenzen, wie viel Fluss tatsächlich aus der Photosphäre entweichen kann

Die globalen Effekte hängen von der Struktur eines Sterns ab und unterscheiden sich für einen Stern, der vollständig konvektiv ist, oder einen Stern, der wie die Sonne ein strahlendes Inneres und eine relativ dünne konvektive Hülle darüber hat. Das Phänomen könnte ähnlich behandelt werden wie die Auswirkungen großer Sternflecken. Das kanonische Papier dazu stammt von Spruit & Weiss (1986) . Sie zeigen, dass die Wirkungen kurzfristigen und dann langfristigen Charakter haben. Der Teilungspunkt ist die thermische Zeitskala der konvektiven Hülle, die von Ordnung ist$10^{5}$Jahre für die Sonne.

Auf kurzen Zeitskalen bleibt die Kernleuchtkraft der Sonne unverändert, die Sternstruktur bleibt gleich, ebenso die Oberflächentemperatur. Da nur ein Bruchteil des Sonnenflusses in den Weltraum gelangt, wird die Nettoleuchtkraft im Unendlichen verringert. Die Dinge ändern sich jedoch, wenn Sie die Dyson-Sphäre länger an Ort und Stelle lassen.

Auf längeren Zeitskalen wird die Leuchtkraft in einem Stern wie der Sonne dazu neigen, gleich zu bleiben, weil der nukleare brennende Kern nicht von dem beeinflusst wird, was in der dünnen konvektiven Hülle vor sich geht. Wenn jedoch ein großer Teil der Leuchtkraft zurückreflektiert wird, um die gleiche Leuchtkraft zu verlieren, stellt sich heraus, dass der Radius zunimmt und die Photosphäre etwas heißer wird. In diesem Fall wird der Radius zum Quadrat multipliziert mit der photosphärischen Temperatur zunehmen, um sicherzustellen, dass die jenseits der Dyson-Sphäre beobachtete Leuchtkraft gleich bleibt – dh um$R^2T^4(1 - \beta) = R_{\odot}^2 T_{\odot}^4$, wo$\beta$ist der Anteil der Sonnenhelligkeit, der von der Kugel reflektiert wird.

Die Berechnungen von Spruit et al. (1986) weisen darauf hin, dass z$\beta=0.1$Die Oberflächentemperatur steigt nur um 1,4 %, während der Radius um 2 % zunimmt. Daher$R^2 T^4$um den Faktor 1,09 erhöht. Das ist nicht ganz$(1-\beta)^{-1}$denn Kerntemperatur und Leuchtkraft sinken durch den vergrößerten Radius etwas.

Es ist wahrscheinlich nicht angebracht, die Spruit-Behandlung für sehr große Werte von quantitativ zu extrapolieren$\beta$, aber warum sollte man eine hochreflektierende Dyson-Kugel bauen? Qualitativ denke ich jedoch, dass sich der Stern massiv ausdehnen und schließlich die Dyson-Sphäre verschlingen würde.

Die obige Diskussion gilt für die Sonne, da sie eine sehr dünne Konvektionszone hat und die Bedingungen im Kern nicht sehr von den Bedingungen an der Oberfläche beeinflusst werden. Wenn die Konvektionszone dicker wird (zum Beispiel in einem Hauptreihenstern mit geringerer Masse), ist die Reaktion anders. Die Radiuszunahme wird ausgeprägter; Um das hydrostatische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, sinkt die Kerntemperatur und damit auch die Kernenergieerzeugung. Die Leuchtkraft des Sterns nimmt ab und die Oberflächentemperatur bleibt ungefähr gleich.

Es als feste Hülle zu bauen, ist eine wirklich schreckliche Idee: Es würde aufgrund leichter Ungleichgewichte in der Schwerkraft einfach in den Stern stürzen. - das ist falsch, siehe Kommentare.

In Bezug auf die Sterndynamik glaube ich nicht, dass dies große Auswirkungen auf den Stern haben würde. Es würde immer noch einen Temperaturgradienten geben, da Sie ein Vakuum nicht wirklich erhitzen können. Es gibt vielleicht einen gewissen Strahlungsdruck aufgrund der reflektierten Photonen, aber das wird ziemlich unbedeutend sein. Der Stern könnte sich schließlich ausdehnen, aber ich denke, das wird sowieso weit über seine Hauptreihenphase hinausgehen.