¿Podríamos utilizar una esfera de Dyson para recolectar energía alrededor de un agujero negro?

 

¿Podríamos utilizar una esfera de Dyson para recolectar energía alrededor de un agujero negro?
Ilustración de una esfera Dyson para la revista Science & Vie Junior (n°317). Créditos: Renaud ROCHE

 Una esfera de Dyson alrededor de un agujero negro

La Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI) es algo más que apuntar con nuestros telescopios a estrellas lejanas con la esperanza de que algún planeta habitable esté orbitando alrededor de ellas. También tiene que ver con imaginar todas las posibilidades, pero sobre todo las plausibles.

En un estudio reciente, los científicos analizaron la posibilidad de que una civilización avanzada recogiera energía de un agujero negro. La idea procede del concepto de esfera de Dyson, una hipotética estructura construida alrededor de una estrella por una civilización avanzada para recoger energía a distancia de ella.

¿Qué es una esfera de Dyson?

Las esferas de Dyson fueron propuestas por Freeman Dyson en 1960. El concepto trata de explicar cómo las civilizaciones avanzadas podrían satisfacer su creciente sed de energía mientras exploran las estrellas.

Cuanto más avanzada sea la civilización, más energía necesitará para mantenerse. En algún momento, la única fuente de energía realista es la propia estrella, así que para recoger la mayor cantidad de energía posible, se construye una esfera de Dyson a su alrededor.

La esfera se pensó primero como una cáscara que orbita alrededor del Sol. Más tarde se sugirieron estructuras más plausibles, como el enjambre Dyson que, como su nombre indica, es un grupo de objetos que forman la órbita necesaria para la recolección de energía. La otra sugerencia es la de las burbujas de Dyson, que también es un enjambre de objetos, pero estacionario respecto a la fuente de energía.

Escala de Kardashev

Entonces, ¿qué tipo de civilización utilizaría una esfera de Dyson? En función de lo lejos que se han extendido y de la cantidad de energía que utilizarían, se pueden dividir a grandes rasgos en tres categorías, utilizando la escala de Kardashev definida por el astrónomo soviético Nikolai Kardashev

  •     La civilización de tipo I (una civilización planetaria) consume alrededor de 4 x 10^16 vatios;
  •     La civilización Tipo II (una civilización estelar) consume alrededor de 4 x 10^26 Vatios;
  •     La civilización de Tipo III (una civilización galáctica) consume alrededor de 4 x 10^37 vatios.


Así que, en términos generales, para pasar de una civilización planetaria a una estelar, se necesitaría unas 10^10 veces más energía, o 10.000.000.000 de veces más energía para llegar al siguiente estadio de civilización. Ahí es donde entra la esfera de Dyson.

La esfera de Dyson solo sería posible con las civilizaciones de tipo II y III. Las de tipo II serían las capaces de aprovechar la energía de su estrella madre, mientras que las de tipo III se cree que son una raza apta para consumir energía de múltiples estrellas de su propia galaxia. La humanidad aún no es de Tipo I, probablemente estemos a unos 100-300 años de ello. Pero eso no significa que no podamos pensar en ello.

Diferentes fuentes

En el reciente estudio, los científicos consideraron diferentes tipos de fuentes de energía para una prometedora civilización de Tipo II. Una fuente de energía podría ser la inversa de una Esfera de Dyson, en la que la civilización estaría rodeada por la propia fuente. En este caso, el mejor candidato es el Fondo Cósmico de Microondas (CMB).

Tu posición en el universo no importa, estés donde estés el CMB te rodea trayendo fotones de todas las direcciones del cielo en el espectro de microondas.

El CMB hoy en día está cerca de la temperatura más baja posible (a 2,73 K), pero era mucho más caliente al principio de los tiempos. A medida que el universo se expandía, el CMB se enfriaba, lo que es bueno para la vida en el universo. El universo se hizo habitable cuando tenía 300 K, así que si se considera que una civilización formada durante esa época podría obtener una ventaja de su energía.

Una civilización capaz de cosechar energía del CMB tendría que rechazar la energía residual en un agujero negro. Aunque parezca una locura, esto obedece a las leyes de la termodinámica y entra en el ámbito de lo razonable. Sin embargo, los investigadores llegaron a la conclusión de que la cantidad de energía obtenida del CMB, aunque fuera de un universo más joven, no sería suficiente para sostener una civilización de tipo II.

¿Podríamos utilizar una esfera de Dyson para recolectar energía alrededor de un agujero negro?
Esta imagen destaca y explica varios aspectos de la visualización de agujeros negros.
Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/Jeremy Schnittman.

¿Y qué pasa con los agujeros negros, cómo se podría extraer energía de un agujero negro utilizando un enjambre Dyson? ¿No se supone que los agujeros negros lo absorben todo, incluida la luz? Resulta que sí y que no - todavía hay fuentes potenciales de energía alrededor de un agujero negro.

¿Podríamos utilizar una esfera de Dyson para recolectar energía alrededor de un agujero negro?

El equipo consideró la radiación Hawking como una de las posibles fuentes de energía. Stephen Hawking propuso que, en contra de la creencia popular de la época, los agujeros negros no lo absorben todo, sino que dejan escapar algo de radiación. Esto se denomina radiación de Hawking.

Alrededor del horizonte de sucesos, el umbral que rodea al agujero negro y por el que ni siquiera la luz puede escapar, siguen existiendo algunas partículas virtuales: pares de una partícula y una antipartícula creados a partir de fluctuaciones cuánticas. El fuerte campo gravitatorio del agujero negro separa la pareja; una entra en el horizonte de sucesos y la otra se emite como radiación Hawking.

Si una civilización de tipo II pudiera construir una esfera de Dyson alrededor de un agujero negro para utilizar la radiación Hawking, su luminosidad no sería suficiente.

El disco de acreción, en cambio, podría ser un candidato más plausible. Un disco de acreción es una estructura (típicamente con forma de disco) formada por polvo y otro material difuso, que orbita alrededor de un cuerpo central, en este caso, un agujero negro.

Siendo la región en la que la fricción calienta un gran número de materiales que se arremolinan alrededor del horizonte de sucesos. Con suficiente calor, una civilización de Tipo II podría obtener lo que necesita, aunque el agujero negro no sea tan grande. Para una civilización de tipo III, las cosas no serían tan difíciles desde el punto de vista tecnológico, pero el disco de acreción tendría que pertenecer a un agujero negro de masa intermedia para producir suficiente energía.

Por supuesto, decidir dónde colocar el enjambre Dyson no es una decisión fácil. Demasiado lejos de la fuente reduciría su eficiencia, pero demasiado cerca de la fuente necesitará materiales que puedan sobrevivir a temperaturas de hasta 2.700 grados Celsius. Habrá que tener en cuenta el número de objetos colocados para recoger la energía y la cantidad de energía que se puede transferir.

Detección de civilizaciones de tipo II o III

Si una civilización de este tipo se sometiera a este tipo de recolección de energía, ¿lo sabríamos siquiera?

Con nuestro nivel actual de tecnología, encontrar civilizaciones como las descritas aquí requeriría algunos trucos. La mejor manera es mirar el calor residual. Al igual que el motor de nuestro coche, parte de la energía debe ser rechazada de la máquina.

Primero, se buscan los mejores candidatos y se busca una señal inusual. Por supuesto, esto suena mucho más fácil de lo que realmente es. Si estamos demasiado cerca del agujero negro, el brillo del disco podría dificultar la visión de la energía desperdiciada. Otro problema es que todo lo que se encuentra en nuestro camino -la Vía Láctea, la formación de estrellas, el polvo- todos estos objetos son ruido en nuestros datos, ofuscando nuestras observaciones.

En definitiva, tenemos más o menos (quizás) la tecnología para detectar una esfera de Dyson, si es que hay alguna civilización alrededor que utilice una. Pero incluso si la detectáramos, tendríamos que intentar resolver otro rompecabezas del SETI: ¿cómo hablar con ellos?

Fuentes, créditos y referencias:


El estudio se ha publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society MNRAS. arxiv.org

Originalmente publicado en Zmescience

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