Subida estelar - Enciclopedia

El levantamiento estelar es cualquier uno de varios procesos hipotéticos por los cuales una civilización suficientemente avanzada (específicamente, una de nivel Kardashev-II o superior) podría extraer una porción sustancial de la materia de una estrella, que luego puede ser reutilizada, al mismo tiempo que posiblemente optimiza la salida de energía y la longevidad de la estrella. El término parece haber sido acuñado por David Criswell.

Las estrellas ya pierden una pequeña corriente de masa a través del viento solar, eyectos de masa coronal y otros procesos naturales. A lo largo de la vida de una estrella en la secuencia principal, esta pérdida es generalmente insignificante en comparación con la masa total de la estrella; solo al final de la vida de una estrella cuando se convierte en una enana roja o en una supernova se eyecta una proporción grande de material. Las técnicas de levantamiento estelar propuestas operarían aumentando este flujo de plasma natural y manipulándolo con campos magnéticos.

Las estrellas tienen pozos gravitacionales profundos, por lo que la energía requerida para dichas operaciones es grande. Por ejemplo, levantar material solar desde la superficie del Sol hasta el planeta Mercurio requiere 1.6 × 10^13 J/kg. Esta energía podría ser proporcionada por la propia estrella, recopilada por una esfera de Dyson; utilizando el 10% de la salida de energía total del Sol permitiría levantar 5.9 × 10^21 kg de materia al año (0.0000003% de la masa total del Sol), o el 8% de la masa de la luna de la Tierra.

Métodos para levantar material

= Flujo impulsado térmicamente =

El sistema más simple para el levantamiento estelar aumentaría la tasa de salida del viento solar al calentar directamente pequeñas regiones de la atmósfera estelar, utilizando cualquier número de diferentes medios para entregar energía, como haces de microondas, láseres o haces de partículas – lo que resultara más eficiente para los ingenieros del sistema. Esto produciría una erupción grande y sostenida similar a una erupción solar en la ubicación objetivo, alimentando el viento solar.

El flujo resultante se recopilaría utilizando un circuito de corriente en un anillo alrededor del ecuador de la estrella para generar un potente campo magnético toroidal con sus dipolos sobre los polos de rotación de la estrella. Esto desviaría el viento solar de la estrella en un par de jets alineados a lo largo del eje de rotación de la estrella pasando por dos boquillas de cohete magnéticas. Las boquillas magnéticas convertirían parte de la energía térmica del plasma en velocidad hacia afuera, ayudando a enfriar el flujo. El circuito de corriente requerido para generar este campo magnético se generaría por un anillo de estaciones de aceleradores de partículas en órbita cercana alrededor del ecuador de la estrella. Estas aceleradoras serían físicamente separadas entre sí, pero intercambiarían dos haces de iones cargados con dirección opuesta con su vecino en cada lado, formando un circuito completo alrededor de la estrella.

= “Huff-n-Puff” =

David Criswell propuso una modificación al sistema de jet polar en el que el campo magnético podría utilizarse para aumentar directamente el flujo del viento solar sin requerir calefacción adicional de la superficie de la estrella. Lo llamó el método “Huff-n-Puff”, inspirado en las amenazas del Gran Lobo Malo en el cuento de hadas de los Tres Cerditos.

En este sistema, el anillo de aceleradores de partículas no estaría en órbita, en su lugar, dependiendo de la fuerza hacia afuera del campo magnético en sí para el soporte contra la gravedad de la estrella. Para inyectar energía en la atmósfera de la estrella, el circuito de corriente se cerraría temporalmente, permitiendo que las estaciones de aceleradores de partículas comenzaran a caer libremente hacia la superficie de la estrella. Una vez que las estaciones hubieran desarrollado suficiente velocidad hacia adentro, el circuito de corriente se reactivaría y el campo magnético resultante se utilizaría para revertir la caída de las estaciones. Esto “apretaría” a la estrella, empujando la atmósfera estelar a través de las boquillas magnéticas polares. El circuito de corriente se cerraría nuevamente antes de que las estaciones alcanzaran suficiente velocidad hacia afuera para alejarse demasiado de la estrella, permitiendo que la gravedad de la estrella las tirara de vuelta hacia adentro para repetir el ciclo. Un solo conjunto de estaciones en anillo resultaría en un flujo muy intermitente. Es posible suavizar este flujo utilizando múltiples conjuntos de estaciones en anillo, con cada conjunto operando en una etapa diferente del ciclo de Huff-n-Puff en cualquier momento, de modo que siempre haya un anillo “apretando”. Esto también suavizaría los requisitos de energía del sistema con el tiempo.

= Aceleración centrífuga =

Una alternativa al método Huff-n-Puff para aumentar el flujo del viento solar a través del campo magnético toroidal implica colocar las estaciones en órbita polar en lugar de ecuatorial. Las dos boquillas magnéticas se ubicarían entonces en el ecuador de la estrella. Para aumentar la tasa de salida del flujo a través de estos dos jets ecuatoriales, el sistema de anillo se rotaría alrededor de la estrella a una velocidad significativamente mayor que la rotación natural de la estrella. Esto causaría que la atmósfera estelar arrastrada por el campo magnético se lanzara hacia afuera.

Este método presenta varias complicaciones significativas en comparación con los otros. Girar el anillo de esta manera requeriría que las estaciones utilicen empuje de cohete poderoso, lo que requiere grandes sistemas de cohete y una gran cantidad de masa reactiva. Esta masa reactiva puede ser “reciclada” dirigiendo los escapes de los cohetes para que impacten la superficie de la estrella, pero recolectar masa reactiva fresca del flujo de salida de la estrella y entregarla a las estaciones en suficiente cantidad agrega aún más complejidad al sistema. Finalmente, los jets resultantes girarían hacia afuera desde el ecuador de la estrella en lugar de emerger directamente desde los polos; esto podría complicar su recolección, así como la disposición de la esfera de Dyson que alimentaría el sistema.

Recolectando masa levantada

La masa levantada de una estrella aparecerá en forma de jets de plasma cientos o miles de unidades astronómicas de largo, compuestos principalmente de hidrógeno y helio y altamente difusos según los estándares de ingeniería actuales. Los detalles de extraer materiales útiles de este flujo y almacenar las grandes cantidades que resultarían no han sido ampliamente explorados. Una posible aproximación es purificar elementos útiles de los jets utilizando espectrometría de masa a gran escala, enfriarlos mediante enfriamiento láser y condensarlos en partículas de polvo para su recolección. Un método alternativo podría implicar utilizar solenoides grandes para ralentizar los jets y separar sus componentes. También se generará electricidad a través de este sistema. Se podrían construir pequeños gigantes gaseosos artificiales a partir del hidrógeno y el helio excedentes para almacenarlos para un uso futuro. El gas excedente también podría ser utilizado para construir nuevos planetas terrestres a especificaciones personalizadas.

En el caso del sistema solar, un posible uso para el material cosechado del Sol sería agregarlo a Júpiter. Aumentar la masa de Júpiter en aproximadamente 100 veces lo convertiría en una estrella, permitiéndole proporcionar energía a sus lunas y también a la cinturón de asteroides. Sin embargo, esto tendría que hacerse con cuidado para evitar cambiar catastróficamente las órbitas de otros cuerpos en el sistema solar.

Criptografía estelar

La longevidad de una estrella está determinada por el tamaño de su suministro de “combustible” nuclear y la tasa a la que gasta ese combustible en reacciones de fusión en su núcleo. Aunque las estrellas más grandes tienen una mayor cantidad de combustible, la presión del núcleo resultante de esa masa adicional aumenta enormemente la tasa de combustión; por lo tanto, las estrellas grandes tienen una vida útil significativamente más corta que las pequeñas. Las teorías actuales de la dinámica estelar también sugieren que hay muy poca mezcla entre la mayor parte de la atmósfera de una estrella y el material de su núcleo, donde tiene lugar la fusión, por lo que la mayoría del combustible de una estrella grande nunca se utiliza naturalmente. Las estrellas enanas rojas pequeñas, que son completamente convectivas naturalmente, permiten que el helio del núcleo se mezcle con las capas exteriores de hidrógeno, lo que permite longevidades estelares extremadamente largas del orden de los trillones de años.

A medida que se reduce la masa de una estrella mediante el levantamiento estelar, su tasa de fusión nuclear disminuye, reduciendo la cantidad de energía disponible para el proceso de levantamiento estelar pero también reduciendo la gravedad que debe superar. Teóricamente, sería posible eliminar una porción arbitrariamente grande de la masa total de una estrella con suficiente tiempo. De esta manera, una civilización podría controlar la tasa a la que su estrella usa combustible, optimizando la salida de energía y la longevidad de la estrella a sus necesidades. El hidrógeno y el helio extraídos en el proceso pueden utilizarse para alimentar reactores de fusión. Alternativamente, el material puede ser ensamblado en estrellas más pequeñas adicionales para mejorar la eficiencia de su uso. Teóricamente, la mayoría de la energía almacenada en la materia levantada de una estrella podría ser cosechada si se convierte en agujeros negros, mediante el mecanismo de radiación de Hawking.

En la ficción

En la serie Stargate Universe, el barco antiguo Destiny y las naves semillas enviadas 2,000 años antes de Destiny están alimentados por plasma de estrellas. El barco desliza sobre la superficie de una estrella justo antes de sumergirse debajo de la fotosfera de la estrella para recoger plasma utilizando sus colectores retractiles.

En la franquicia Star Wars de Knights of the Old Republic, la Star Forge es capaz de realizar el levantamiento estelar. De alguna manera, la Base Starkiller en el séptimo filme canónico realiza un levantamiento estelar para alimentar su cañón láser destructor de planetas, aunque consume toda la estrella para hacerlo.

En la novela Star Trek: Voyager – The Murdered Sun, una raza reptiliana utiliza el material de una estrella para sostener la apertura de un agujero de gusano. Sin embargo, la novela representa el proceso como acortando precipitadamente la longevidad de la estrella en lugar de extenderla.

En la Trilogía de la Madrugada de Noche por Peter F. Hamilton, la especie alienígena los Kiint crearon un arco de planetas personalizados alrededor de su sol desde la masa extraída de su estrella.

En el episodio “42” de Doctor Who, la tripulación de la nave estelar Pentallian utiliza un colector solar para extraer materia de una estrella para usarla como combustible para su nave.

En la novela Palimpsest de Charles Stross, el Stasis utiliza el levantamiento estelar para reemplazar el núcleo del Sol con un agujero negro, produciendo un “necestrella” con una longevidad ampliamente extendida.

En la novela The Time Ships de Stephen Baxter, los Morlocks crean una esfera de Dyson dentro de la órbita de la Tierra utilizando materia levantada del Sol.

En la historia corta The Golden Apples of the Sun de Ray Bradbury, los humanos hacen volar el cohete Copa de Oro al Sol y sumergen una copa mecánica en él para capturar el calor de la estrella para la Tierra.

En la serie de videojuegos Destiny, la raza mecánica conocida como los Vex utilizan el levantamiento estelar para extender artificialmente la vida de su Forge Star 2082 Volantis.

Referencias

Migración interestelar y la experiencia humana, editores Ben R. Finney y Eric M. Jones, University of California Press, ISBN 0-520-05898-4, Capítulo 4: Industrialización del Sistema Solar, por David R. Criswell
Levantamiento estelar por Isaac Arthur