Esferas de Dyson alrededor de enanas blancas

Por Daniel Marín, el 1 abril, 2015. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • SF ✎ 66

No sabemos si existen o siquiera si son posibles, pero las esferas de Dyson son una de las estructuras más impresionantes concebidas por la mente humana. Para los que no estén familiarizados con el concepto, se trata de una esfera que rodea por completo una estrella como el Sol, lo que permitiría a una hipotética especie alienígena -o a nosotros en el futuro- aprovechar toda la energía de su astro y convertirse así en una civilización de Tipo II en la Escala de Kardashiov. Vamos, que seríamos capaces de aprovechar una energía de 3,8 × 10^26 vatios en vez de estar limitados a los 1,7 x 10^17 vatios que recibe la Tierra del Sol.

Esfera de Dyson tradicional (Wikipedia).
Esfera de Dyson tradicional (Wikipedia).

La esfera de Dyson original concebida en 1960 por Freeman Dyson -un tipo genial que también concibió la nave Orión a base de explosiones termonucleares- tendría unas dimensiones colosales. Para garantizar unas temperaturas adecuadas, Dyson imaginó una esfera con un diámetro similar al de la órbita terrestre, o sea, 300 millones de kilómetros. Naturalmente, construir una estructura sólida de semejantes proporciones es simplemente imposible de imaginar, así que Dyson sugirió sustituir esta esfera sólida por multitud de cuerpos menores de unos pocos kilómetros de diámetro. Cada cuerpo seguiría su propia órbita independiente alrededor del Sol, así que para evitar colisiones los polos de la esfera deberían quedar descubiertos. Este tipo de esfera recibe a veces el nombre de enjambre de Dyson para resaltar su naturaleza fragmentaria. Aunque tampoco es que su construcción fuese moco de pavo: para crear semejante monstruo habría que desmantelar Júpiter -u otro planeta similar en otro sistema estelar-, lo que se dice pronto.

Los habitantes de un enjambre de Dyson deberían vivir en un medio artificial como el de una estación espacial y estarían sometidos a un ambiente de microgravedad, ya que la única gravedad que experimentarían sería la del Sol (se supone que los cuerpos menores del enjambre tendrían una gravedad despreciable para evitar desajustes gravitatorios graves en la estructura). Si queremos una esfera de Dyson con una gravedad considerable en su cara interna deberíamos hacer rotar la estructura, pero ya hemos visto que crear una esfera sólida es una tarea imposible. Un atajo podría ser construir un anillo o anillos, que, dotados de gravedad artificial por el giro de la estructura, serían capaces de mantener su propia atmósfera (siempre que los anillos tuviesen unos bordes de varios kilómetros de altura). Esto es lo que se conoce como un anillo de Niven, en honor de Larry Niven, el autor de ciencia ficción que imaginó una estructura de este tipo en la saga de novelas de Mundo Anillo. Desgraciadamente, los anillos de Niven son inestables y se requiere una energía colosal para mantenerlos en la posición correcta.

Una alternativa a estos problemas es situar la esfera de Dyson alrededor de una enana blanca en vez de una estrella normal de la secuencia principal, una curiosa solución que se les ha ocurrido a dos físicos turcos. Las enanas blancas están formadas por materia degenerada, lo que implica que su tamaño es muy pequeño (similar al de la Tierra aproximadamente) y por este motivo podemos acercar la esfera de Dyson significativamente, reduciendo su tamaño. A primera vista esto no parece muy buena idea. Las enanas blancas emiten una importante cantidad de radiación ionizante (rayos X y ultravioleta) y las fuerzas de marea a su alrededor son más que importantes. No obstante, las enanas blancas se enfrían con el tiempo al carecer de reacciones nucleares en su interior y su tamaño es relativamente constante gracias al Límite de Chandrasekhar (una enana blanca que supere este límite, situado en 1,4 masas solares, se convierte en una estrella de neutrones). De este modo podemos elegir una enana blanca no demasiado luminosa para construir la esfera de Dyson a su alrededor.

Si elegimos la enana blanca adecuada, podríamos tener una esfera de Dyson rígida con un radio de ‘solo’ 3 a 5 millones de kilómetros, con una gravedad superficial de 6 a 12 m/s^2 -recordemos que en la Tierra disfrutamos de una aceleración superficial media de 9,8 m/s^2- y una temperatura de 260 a 310 kelvin. Los humanos o alienígenas vivirían en el exterior de la esfera, evitando la nociva radiación estelar, y en la cara interior se emplearía un sistema adecuado para captar la energía de la estrella. Una ventaja adicional de elegir una enana blanca en vez de una estrella de la secuencia principal es que una estructura de este tipo podría ser habitable durante miles o decenas de miles de millones de años.

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Enanas blancas conocidas adecuadas (en rojo) para construir una esfera de Dyson a su alrededor (I. Semiz et al.).
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Características de las esferas de Dyson habitables en función de sus características (I. Semiz et al.).

 

 

Todo sería ideal si no fuera porque una esfera de Dyson rígida de este tipo también sería prácticamente imposible. En este caso no tanto por el enorme tamaño y masa de la estructura sino por el régimen de tensiones estructurales que el material debería soportar, simplemente por encima de cualquier límite imaginable. Eso sí, si en vez de una esfera rígida nos da por construir un enjambre de Dyson todo sería mucho más sencillo, pero entonces perderíamos la ventaja de disfrutar de una gravedad similar a la terrestre.

Las esferas de Dyson puede que solo sean posibles en nuestra imaginación, pero si de verdad alguna especie inteligente ahí fuera se ha convertido en una civilización de Tipo II se podrían detectar con nuestros telescopios. Efectivamente, una esfera de Dyson emitirá mucha más radiación en el infrarrojo que el visible, traicionando su existencia de forma clara. Por ahora los datos de los telescopios infrarrojos como WISE -sí, hay gente que se ha dedicado a buscar esferas de Dyson- son negativos. Quizás se deba a que simplemente no exista ninguna esfera de Dyson en nuestro vecindario galáctico, o puede que las que existan sean esferas de Dyson alrededor de enanas blancas, muchísimo más difíciles de detectar por su menor luminosidad. Quién sabe.

PD: quien quiera leer la mejor novela de ciencia ficción ambientada en una esfera de Dyson, le recomiendo Mundos en el abismo, de Juan Miguel Aguilera y Javier Redal.

Referencias:



66 Comentarios

  1. Algo parecido a una esfera de Dyson, pero a lo bruto (encierran un sistema) se puede ver en las novelas La Estrella de Pandora y Judas Desencadenado de Peter F. Hamilton.

  2. Una manera de conseguir que las estaciones orbitales en un enjambre de Dyson tengan “gravedad” artificial es, que en vez de que sean estaciones tipo ISS, sean colonias rotatorias, similares al Toro de Stanford o a las colonias imaginadas por Gerard K. O’neill.

  3. Y de donde sale todo el material para constuir esos “n” objetos kilométricos que se situarían alrededor de la estrella? Y otra preguntilla… porque habría que desmantelar a Jupiter? (como si eso fuera algo fácil de hacer…)

      1. Pues vaya ida de olla… y porque no encerrar en una esfera a la via lactea, desmantelando a su vez a la galaxia vecina más próxima? Puestos a plantear imposibles hagámoslo a lo grande 🙂

          1. Y hay que tener en cuenta el factor slywalker, que no sea cosa que la esfera galáctica esa tenga un punto debil cual estrella de la muerte y surja un jedi que venga y te la destruya

  4. Supongo que una civilización, que haya alcanzado un estadío tecnológico tal que le permita la construcción de tal estructura, habrá encontrado antes opciones más fáciles y avanzadas de obtener energía. La esfera Dyson es algo demasiado incómodo. Seguro que existe en el universo una forma más elegante y portátil de obtener grandes cantidades de energía. Evidentemente, con nuestro estado humano actual de postración cognitiva y nuestro prácticamente nulo conocimiento de las entrañas de la física, solo podemos imaginar soluciones “convencionales” utilizando “métodos” clásicos (como la esfera Dyson). Me pregunto qué hubiera pensado un ciudadano de la antigua República de Roma si le hubieran dicho que se podían usar ondas de radio para transmitir un mensaje casi instantáneamente a miles de leguas, sin necesidad de usar palomas o mensajeros a caballo…

    1. Estoy con Darío, es mas lógico pensar que deben haber formas mas eficientes y cómodas de generar grandes cantidades de energía sin tener que desmantelar planetas o exprimir estrellas como limones XD.
      Es como si nosotros hoy en día, hiciéramos una presa hidroeléctrica en el atlántico desde Lisboa a Nueva York, sin ni siquiera haber intentado construir un reactor de fusión.

      De todas formas, el gran santo grial de la “energía” no es tanto el como conseguirla, si no el como transportarla o transmitirla.
      Si en cada objeto colector de la esfera hay una “ciudad”, esta tendría energía de sobra. Pero digamos que se quiera usar toda o gran parte de la energía capturada para, por ejemplo, abrir un agujero de gusano o lanzar un rayo láser de la muerte…
      ¿De que forma se podría recolectar la energía de toda la esfera/enjambre? ¿Pensó Dyson en ello?

      1. Si, eso esta pensado, la energía se transmitiria en forma de un rayo super concentrado de luz, o láser, y sería recepcionado por un colector a almacene esa energía o q haga el mismo proceso, enviandola a otro lado, claro q este método es ineficiente a larga distancia ya q un objeto q se cruce puede interrumpir el láser y hasta resultar dañado por la gran energía, pero dentro de un sistema solar funciona bastante bien.
        espero haber respondido acorde a lo q preguntabas 😉

    2. Siempre nos quedarán los socorridos motores agujeros de gusano hacia la singularidad primigenia o la tan de moda energía del vacío.

      😉

    1. Hay uno bien conocido también, “Mundo Anillo” de Larry Niven. Buen ejemplo de ciencia ficción blanda. Anotada tu saga para su posterior lectura.
      PD.: Buen artículo Dani, saludos desde Chile.

      1. Veo que ya han mencionado a “Relics” -el episodio de Star Trek: La Nueva Generación, en el que sale una esfera Dyson-.

        La enana blanca tiene también la ventaja de que está muerta y que no sufre “flares” como una enana roja, teniendo una luminosidad constante aunque vaya decreciendo con los miles de millones de años.
        Del artículo es interesante que las enanas blancas óptimas sean muy débiles, es decir de una baja temperatura superficial y muy viejas. Tanto que si estuviera lejos de aquí no podríamos detectarla por débil, siempre y cuando hubiera alguna civilización en esta galaxia lo suficientemente avanzada para construirla, claro (puede que no y seamos la única).

        Parece más bien una idea para el futuro distante del Universo, cuando todas las estrellas se apaguen y haya que tirar de lo que hay -y haya habido tiempo suficiente para que surja alguien capaz de fabricar esas obras de ingeniería-.

    2. Después de leer mundos en el abismo e hijos de la eternidad debo agradecer enormemente esta recomendación. Magnífico material sin duda a la altura desde mi modesto punto de vista de la saga fundación.
      Gracias!!!

  5. Una pregunta un poco fuera de onda, ¿que tipo de aplicacion militar tendria?, por que mantener tropas cerca, me parece absurdo considerando las distancia estelares y de captura de energia, por que si se puede viajar entre las estrellas, la energia es lo de menos que uno se puede preocupar, mi pregunta es que tipo de aplicación auto destructiva tendría? Ya sabes en lo que se gasta mas dinero, disculpa mi cinismo pero es que hay que ser realista.

    1. Absolutamente ninguna, salvo que tengas como enemigo a una raza alienígena y necesites para defenderte una absurda cantidad de energía.

  6. Puestos a leer ficcion cientifica, leed la española Las memorias de Klatu, de Alfonso Teran. Una micro edicion que esta llena de referencia para los 40-50 tones.

    Pocas ideas son más sujerentes para un igeniero que una obra de tal calibre, y el articulo repasa muchos aspectos pero creo, señor Marin, que peca de etnocentrismo. Repite que no es posible que es inabordable. Pero lo es para nosotros y nuestra tecnologia antropopiteca. Vivimos en una estrella de tercera generación razonablemente joven, ¿no es cierto? Bastante joven, nada impide que halla habido no una sino varias civilizaciones avanzadas mucho antes de nuestra aparicion y nada impide que su tecnologia y ciencia fueran mucho mas avanzada, no me apoyo en cabalisticos supuestos del tipo magufo «si no se demuestra que es imposible puede ser posible» Pero es que no sabemos hasat donde podrían llegar. Punto.

    Es probable que no sea posible, pero al igual que no hemos sido capaces de ver “vecinos” puede que tampoco seamos capaces de ver una esfera de Dyson, apenas somos capaces de ver planetas y en el caso del la esfera, no tendriamos una estrella para servinos de referencia, hasta dudo que con el enjambre disitiguieramos la estrella a unos cuantos cientos de parsec.

    Por ejemplo, imaginemos que nos llevamos un chasco y no es posible viajar mas deprisa que la luz. Es perfectamente posible que una especie avanzada decidiera dedicar sus recursos a quedarse en casa ya qu ela colonizacion espacial seria problematica, y mejorar su mundo, ¿como? devorando los sitemas cercanos y creando un mundo “inagotable”. ¿Cuanto tardarian, un par de millones de años? ¡Que importa! Eso no es tiempo.

    Con Alfonso tuve una interesante discursion sobre la gravedad, en el supuesto de una esfera tan gruesa que tuviera, en virtud de la masa local, gravedad, discutimos si la gravedad se anularia como un primer calculo idicaria o si, considerando su cara interna como la superficie diurna de un planeta, simplemente, a escala local, los “esferitas” no notarian diferencia con un planeta normal.

    En fin, muy sugerente.

  7. ¿No es en la saga Hyperion donde aparece una Esfera Dyson fabricada mediante materia vegetal que crecia alrededor de una estrella usando planetas para anclarla? Creo recordar que era asi, pero no estoy seguro del todo.

  8. Siempre que leo estas cosas me pregunto de dónde sale la masa de reacción para mover los materiales. Quiero decir, una esfera Dyson construida con anillos girando a velocidad orbital (para eliminar los esfuerzos mecánicos) es perfectamente imaginable… pero incluso dejando aun lado la razón para construirla (quiero decir, para qué necesitas tanto espacio?), o cómo desmantelas un gigante gaseoso para conseguir los materiales (vas a construirlo de hidrógeno y helio, por cierto?), luego está el tema de mover toda esa masa hasta un órbita de construcción. Si no te cargas la mecánica clásica en el proceso, eso implica una masa similar usada en propelente…

    Por cierto, dar a un anillo individual gravedad interna (y mucha más superficie habitable) es tan fácil como transformarlo en un toro con cierta elasticidad (probablemente construido con segmentos tubulares independientes, así que más que anillo sería un plano orbital de un enjambre Dyson) y ponerlo a girar sobre su trayectoria orbital. Las tensiones estructurales entonces son las de la típica colonia O’Neill, que permiten radios de kilómetros con materiales de andar por casa (como acero o aluminio), y cada segmento sigue su órbita independiente así que eliminas las inestabilidades inherentes de un anillo rígido.

  9. Si la falta de materiales descarta las estrellas, ¿sería factible construir una esfera más pequeña alrededor de un planeta? Por ejemplo, Venus. Controlando el flujo de radiación solar podríamos terraformizar el planeta, además de dispone de bases espaciales con una gravedad razonable aunque inferior a la terrestre.
    Me suena que las esferas también tienen un problema importante de estabilidad aunque, si conseguimos construirla, quizás ese sea el menor de los problemas.

  10. La primera vez que conocí a Dyson fue por sus “orígenes de la vida”, pero no llegué a saber que él había propuesto esa esfera alrededor de una estrella. Buena entrada. Gracias.

  11. Una cosilla que no me ha quedado muy clara, cada esfera menor debe tener una orbita que no sea la de otra esfera menor ¿por qué? si van a la misma velocidad no van a colisionar y tampoco me ha quedado muy claro por qué los polos deben quedar descubiertos

    Si alguien me respondé le agradezco su enorme paciencia conmigo 🙂

    Sigue así Daniel, se agradece muchisimo este blog.

  12. En un capitulo de Star Trek: La Nueva Generación, en concreto, en el que sale el ingeniero de la primera serie (Scotty) se nos enseña una esfera Dyson. La verdad es que es solida y debido a las inestabilidades de la estrella, esa civilización ha de abandonarla. Scott dice que los calculos de ingenieria necesarios para construirla debieron ser enormes, como a si mismo la construcción. Es un capitulo muy nostalgico, pero el poder ver algo tan grandioso como la esfera Dyson no deja de ser sorprendente.

    Si alguna civilización ha construido semejante monstruo, menuda civilización sera.

  13. En la película starshpi troopers en una escena aparece una especie de esfera dyson alrededor de la luna creo que en unos 100 o 200 años tendríamos la capacidad para hacerlo . una así en la luna o en la misma tierra.

    1. He borrado de mi mente esa película pero… ¿¿¿¿qué sentido tiene una esfera de Dyson en una Luna o en la Tierra?????
      Y no… ni en 100 ni en 200 si no en miles de años, no ya por una cuestión de tecnología si no del tiempo necesario para efectuar semejante obra.

      1. En la luna aria la función de un puerto espacial al cual estarían anclados asientos de ascensores espaciales con los cuales poner en olvita minerales y recursos y al rededor de la tierra la misma idea puerto espacial anclado cientos de ascensores y cactacion de energía y el embio a la tierra.

        1. Pero… ¿pero tú has leído lo que es una esfera de Dyson? Porque no tiene ningún sentido lo que estás diciendo… lo siento no te sigo en nada.

          1. Lose pero seria lomas sercano a la esfera Dyson y se puede ir agrandando por ejemplo si se hace alrededor de la luna se puede es traer materiales de la luna e ir agrandando el cinturón

          2. No se realmente qué tiene menos sentido, si tu castellano o tus ideas.
            No tiene ni pies ni cabeza lo que dices, construir semejante estructura para no sacar energía, solo como base y ascensores es sencillamente absurdo.

    2. En realidad ese es un delgado anillo alrededor de la luna, no una esfera, se parece mucho a la que aparece alrededor de la tierra en la novela 3001 de Arthur C. Clarke, donde llega hasta la orbita geoestacionaria conectado al suelo por 4 torres de kilometros de diametro.

      1. Alfon el que no piensa bien eres tu porque esta sobre entendido que si se construye una estructura así en órbita lunar seguro que aparte de ser un puerto espacial como en la película se utilizaría para producción de energía o es que usted tiene la mente tan estrecha para entenderlo.

        1. Eso… en el supuesto, nada claro que se pudiese alterar una estructura gravitacional tan cercana a La Tierra. Pero además… es que no veo la realción entre hacerlo en la Luna y luego en una estrella.

  14. Las esferas de Dyson pueden ser un buen ejercicio mental para físicos y son un recurso fantástico para los creadores de ciencia-ficción. Pero en el mundo real sabemos que construir algo requiere energía, y más energía cuanto más grande es lo que pretendemos construir. Me temo que una civilización tipo I carecería de la energía requerida para construir una esfera de Dyson. Y no digamos una civilización tipo 0 como la nuestra. Pero no debemos alarmarnos: la Humanidad ‘solo’ consume 1.5 x 10^13 W, es decir, resulta completamente innecesaria una esfera de Dyson y sus 3,8 × 10^26 W para la Humanidad de hoy y del futuro. Actualmente solo el 0.04% de la energía que consumimos es de origen solar, aunque sabemos que “una sola hora de Sol –aprovechada totalmente- podría cubrir toda la demanda energética de la Humanidad durante un año” (Amador Menéndez, 2013). Cabe pensar que una civilización avanzada desarrollará sistemas ‘baratos’ y eficientes para aprovechar la energía de su estrella central. Y esto tiene que ver, al menos en nuestro mundo, con nuevos materiales, nanotecnología, etc. y no con armatostes tamaño estelar.

    1. No hay por que construirla toda de golpe, bien se puede ir expandiendo de un “pequeño proyecto” que vaya adaptandose a un consumo al alza. A una civilización de este tipo quizá le de igual estar unos miles de años aportando a su ampliación.

    2. Gabri tiene toda la razón, una esfera de Dyson es para aprovechar toda la energía radiada de una estrella. TODA.
      Si aquí consiguieramos utilizar TODA la mínima parte que nos llega, abastecería toda la humanidad durante milenios.
      Una esfera de Dyson está pensada para una civilización que domine el viaje interestelar, en mi opinión.
      No construyes una central nuclear para utilizarla al 5%, si la construyes es para sacarle el máximo partido, lo mismo pasa con esto.

      1. Una central nuclear es monolítica. Una esfera de Dyson es escalable, como un campo de placas solares, construirla toda de golpe, en mi opinión, sería un poco barbaridad.

        1. Me refería a que no vas a empezar a construir algo con la esperanza que de que en unos siglos avance lo suficiente la tecnología como para terminarlo.
          Cuando seas capaz de desmantelar Júpiter entonces plantea construirlo.

    1. Eso es poco más que un powerpoint…. ¿Rodear la Luna con paneles solares? En 5 o 10 años van a quedar obsoletos… No creo que ese proyecto llegue a nada. Por no mencionar la ENORME obra de ingenieria que sería precisa…
      Si vas a usar microwaves para transmitir energía te da igual que esté en la Luna que en órbita a la distancia de Mercurio, lo que la haría producir más energía….

        1. Lo débil es tu comprensión del lenguaje.
          No he dicho nada de construir nada en Mercurio, si no en una órbita similar (Aunque una reflexión más realista y a corto plazo me hace decantarme por un punto de Lagrange).
          Dado que, por si no lo has notado, un cinturón así (Del que estás tan enamorado) sólo puede generar energía al 50% de su capacidad (En la Luna también se hace de noche, sí) con lo que la relación eficacia/coste se desploma.

  15. Hablando del futuro: Ad Astra ha anunciado un contrato de tres años con la NASA para crear el prototipo de su motor de propulsión VASIMR. La NASA invertirá 10 millones de dólares en este proyecto, aprobado en el marco del programa de asociación público-privada NextSTEP. Visto en: http://adastrarocket.com/AdAstraRelease033115final.pdf y en: http://www.nasa.gov/press/2015/march/nasa-announces-new-partnerships-with-us-industry-for-key-deep-space-capabilities/

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