Una nave espacial con agujero negro es una idea teórica para permitir el viaje interestelar al impulsar una nave espacial utilizando un agujero negro como fuente de energía. El concepto se discutió por primera vez en la ciencia ficción, en particular en el libro Imperial Earth de Arthur C. Clarke , y en el trabajo de Charles Sheffield , en el que la energía extraída de un agujero negro Kerr-Newman se describe como el motor de los motores de los cohetes en la historia. "Killing Vector" (1978). [1]
En un análisis más detallado, Louis Crane y Shawn Westmoreland discutieron en 2009 una propuesta para crear un agujero negro artificial y usar un reflector parabólico para reflejar su radiación Hawking . [2] Su conclusión fue que estaba al borde de la posibilidad, pero que los efectos de la gravedad cuántica que actualmente se desconocen lo harán más fácil o imposible. [3] Bolonkin también esbozó conceptos similares. [4]
Ventajas
Aunque más allá de las capacidades tecnológicas actuales, una nave espacial de agujero negro ofrece algunas ventajas en comparación con otros métodos posibles. Por ejemplo, en la fusión o fisión nuclear , solo una pequeña proporción de la masa se convierte en energía, por lo que se necesitarían enormes cantidades de material. Por lo tanto, una nave espacial nuclear agotaría enormemente a la Tierra de material fisionable y fusil. Una posibilidad es la antimateria , pero la fabricación de antimateria es enormemente ineficaz desde el punto de vista energético y la antimateria es difícil de contener. El documento de Crane y Westmoreland afirma:
Por otro lado, el proceso de generar un BH a partir del colapso es naturalmente eficiente, por lo que requeriría millones de veces menos energía que una cantidad comparable de antimateria o al menos decenas de miles de veces dado un futuro generador de antimateria optimista. En cuanto al confinamiento, un BH se limita a sí mismo. Tendríamos que evitar chocar con él o perderlo, pero no explotará. La materia que chocaba contra un BH caería sobre él y aumentaría su masa. Por lo tanto, hacer un BH es extremadamente difícil, pero no sería tan peligroso ni tan difícil de manejar como una gran cantidad de antimateria. Aunque el proceso de generar un BH es extremadamente masivo, no requiere ninguna Física nueva. Además, si un BH, una vez creado, absorbe nueva materia, la irradiará, actuando así como una nueva fuente de energía; mientras que la antimateria solo puede actuar como un mecanismo de almacenamiento de energía que ha sido recolectada en otro lugar y convertida con una eficiencia extremadamente baja. (Ninguna de las otras ideas sugeridas para el vuelo interestelar parece viable tampoco. La propuesta de un estatorreactor interestelar resulta producir más resistencia que empuje, mientras que la idea de propulsar una nave con un rayo láser se topa con el problema de que el rayo se propaga demasiado rápido. .)
Criterios
Según los autores, un agujero negro que se utilizará en viajes espaciales debe cumplir cinco criterios: [5]
- tiene una vida útil lo suficientemente larga como para ser útil,
- es lo suficientemente potente como para acelerarse hasta una fracción razonable de la velocidad de la luz en un período de tiempo razonable,
- es lo suficientemente pequeño como para que podamos acceder a la energía para hacerlo,
- es lo suficientemente grande como para que podamos concentrar la energía para hacerlo,
- tiene una masa comparable a la de una nave estelar.
Los agujeros negros parecen tener un punto óptimo en términos de tamaño, potencia y vida útil, que es casi ideal. Un agujero negro que pesa 606.000 toneladas métricas (6,06 × 10 8 kg) tendría un radio de Schwarzschild de 0,9 attómetros (0,9 × 10-18 m, o 9 × 10-19 m), una potencia de salida de 160 petavatios (160 × 10 15 W, o 1,6 × 10 17 W) y una vida útil de 3,5 años. Con tal salida de potencia, el agujero negro podría acelerar al 10% la velocidad de la luz en 20 días, asumiendo una conversión del 100% de energía en energía cinética. Suponiendo solo un 10% de conversión en energía cinética, se necesitarían 10 veces más. [2]
Hacer que el agujero negro actúe como fuente de energía y motor también requiere una forma de convertir la radiación de Hawking en energía y empuje. Un método potencial implica colocar el orificio en el punto focal de un reflector parabólico unido al barco, creando un empuje hacia adelante, si se puede construir tal reflector. Un método un poco más fácil, pero menos eficiente, implicaría simplemente absorber toda la radiación gamma que se dirige hacia la proa de la nave para empujarla hacia adelante y dejar que el resto salga disparada por la parte trasera. [5] [6] Sin embargo, esto generaría una enorme cantidad de calor a medida que el plato absorbiera la radiación.
Crítica
No está claro que una nave estelar impulsada por la radiación de Hawking pueda ser factible dentro de las leyes de la física conocida. En el modelo termodinámico estándar de los agujeros negros, la energía promedio de los cuantos emitidos aumenta a medida que disminuye el tamaño, y los agujeros negros extremadamente pequeños emiten la mayor parte de su energía en partículas distintas de los fotones. [7] [8] En el Journal of the British Interplanetary Society , Jeffrey S. Lee de Icarus Interstellar afirma que un cuanto de radiación típico de un agujero negro de un attómetro sería demasiado energético para ser reflejado. Lee argumenta además que la absorción (por ejemplo, por producción de pares a partir de rayos gamma emitidos) también puede ser inviable: una "tapa Dyson" de titanio, optimizada con un espesor de 1 cm y un radio de alrededor de 33 km (para evitar la fusión), absorbería casi la mitad del energía incidente, pero la velocidad máxima de la nave espacial durante la vida útil del agujero negro sería inferior a 0,0001 c (aproximadamente 30 km / s), según los cálculos de Lee. [8]
Govind Menon de la Universidad de Troy sugiere explorar el uso de un agujero negro rotatorio (Kerr-Newmann) en su lugar: "Con agujeros negros no rotativos, esto es algo muy difícil ... normalmente buscamos energía casi exclusivamente de agujeros negros rotativos. Los agujeros negros de Schwarzschild no irradian desde un punto de vista astrofísico de explosión de rayos gamma. No está claro si la radiación de Hawking por sí sola puede impulsar las naves estelares ". [5]
En ficción
- Arthur C. Clarke , Tierra imperial (1976)
- Charles Sheffield , "Killing Vector" (1978)
- Peter Watts , "La revolución del cuadro congelado" (2016)
- En la novela de ciencia ficción de Hannu Rajaniemi de 2014, The Causal Angel, la nave Leblanc de Jean le Flambeur tiene un agujero negro que emite radiación de Hawking que se utiliza para la propulsión.
- En el universo de Star Trek , el pájaro de guerra de clase Romulan D'deridex utiliza una singularidad cuántica artificial como fuente de energía para su propulsión warp.
- En la película de terror de ciencia ficción de 1997 de Paul WS Anderson , Event Horizon , la nave estelar del mismo nombre utiliza un impulso de agujero negro artificial para lograr un viaje más rápido que la luz .
- En el MMO Eve Online , las naves espaciales diseñadas por la facción de Triglavian utilizan singularidades desnudas contenidas en el casco externo como la principal fuente de energía de su nave.
Ver también
- Fuerza Abraham-Lorentz
- Más allá de los agujeros negros
- Electrón de agujero negro
- Radiación de Hawking
- Kugelblitz (astrofísica)
- Lista de investigadores de la gravedad cuántica
- Micro agujero negro
Referencias
- ^ Sheffield, Charles, "Killing Vector", Galaxy Magazine , marzo de 1978
- ^ a b Louis Crane y Shawn Westmoreland, " ¿Son posibles las naves espaciales de agujero negro? " (preimpresión de ArXiv 12 de agosto de 2009). Consultado el 7 de abril de 2017.
- ^ Chown, Marcus (25 de noviembre de 2009). "Poder oscuro: grandes diseños para viajes interestelares" . Nuevo científico (2736). (requiere suscripción)
- ^ Alexander Bolonkin, Alexander, Vida. Ciencias. Future, lulu.com, 2011, págs. 198-199.
- ^ a b c Tim Barribeau, "Un motor de agujero negro que podría impulsar naves espaciales" , io9, 4 de noviembre de 2009
- ^ Jeff Lee "Cómo alimentar una nave estelar con un agujero negro artificial" , io9, 6 de enero de 2014 (consultado el 7 de abril de 2017)
- ^ Page, Don N. (1976). "Tasas de emisión de partículas de un agujero negro: partículas sin masa de un agujero sin carga, no giratorio". Physical Review D . 13 (2): 198-206. Código Bibliográfico : 1976PhRvD..13..198P . doi : 10.1103 / PhysRevD.13.198 .
- ^ a b Lee, Jeffrey S. (marzo-abril de 2015). "Aceleración de una nave espacial Schwarzschild Kugelblitz" . Revista de la Sociedad Interplanetaria Británica . 68 : 105-116.