Imagine a distant future when humans reach beyond our pale blue dot, forge cities on planets thousands of light-years away, and maintain a galactic web of trade and transport. What would it take for our civilization to make that leap? There are many things to consider— how would we communicate? What might a galactic government look like? And one of the most fundamental of all: where would we get enough energy to power that civilization— its industry, its terraforming operations, and its starships?
Imagina un futuro lejano en el que los humanos lleguen más allá de nuestro planeta, construyan ciudades en planetas que están a millones de años luz y mantengan una red galáctica de comercio y transporte. ¿Qué necesita nuestra civilización para dar ese salto? Hay que tener en cuenta varios factores: ¿cómo nos comunicaríamos? ¿cómo sería un gobierno galáctico? Y uno de los factores más importantes de todos: ¿de dónde obtendríamos la suficiente energía para impulsar dicha civilización, su industria, sus operaciones de terraformación y sus naves espaciales?
An astronomer named Nikolai Kardashev proposed a scale to quantify an evolving civilization’s increasing energy needs. In the first evolutionary stage, which we’re currently in, planet-based fuel sources like fossil fuels, solar panels and nuclear power plants are probably enough to settle other planets inside our own solar system, but not much beyond that. For a civilization on the third and final stage, expansion on a galactic scale would require about 100 billion times more energy than the full 385 yotta joules our sun releases every second. Barring a breakthrough in exotic physics, there’s only one energy source that could suffice: a supermassive black hole.
El astrónomo Nikolai Kardashev planteó una escala para cuantificar las necesidades energéticas en auge de una civilización en crecimiento. En la primera etapa evolutiva, en la que estamos en la actualidad, las fuentes de energía que están en el planeta como los combustibles fósiles, los paneles solares y las centrales de energía nuclear probablemente son suficientes para colonizar otros planetas del sistema solar pero no para llegar mucho más lejos. Para una civilización que esté en la tercera y última etapa, la expansión a escala galáctica exigiría unos 100 mil millones de veces más energía que todos los 385 yottajulios que el Sol libera cada segundo. Salvo que se produzca un gran avance en materia extraña, solo existe una fuente de energía que pueda ser suficiente: un agujero negro supermasivo.
It’s counterintuitive to think of black holes as energy sources, but that’s exactly what they are, thanks to their accretion disks: circular, flat structures formed by matter falling into the event horizon.
Es paradójico pensar en los agujeros negros como fuentes de energía, pero eso es justo lo que son, gracias a sus discos de acreción: estructuras circulares y planas compuestas por la materia que cae
Because of conservation of angular momentum, particles there don’t just plummet straight into the black hole. Instead, they slowly spiral. Due to the intense gravitational field of the black hole, these particles convert their potential energy to kinetic energy as they inch closer to the event horizon. Particle interactions allow for this kinetic energy to be radiated out into space at an astonishing matter-to-energy efficiency: 6% for non-rotating black holes, and up to 32% for rotating ones. This drastically outshines nuclear fission, currently the most efficient widely available mechanism to extract energy from mass. Fission converts just 0.08% of a Uranium atom into energy.
en el horizonte de sucesos. Debido a la protección del momento angular, las partículas no caen directamente en picada en el agujero negro. En vez de eso, se mueven lentamente en espiral. Debido al intenso campo gravitatorio del agujero negro, estas partículas transforman su posible energía en energía cinética según avanzan hacia el horizonte del evento. Las interacciones entre partículas permiten que esta energía cinética sea irradiada al espacio en una asombrosa cantidad de materia-energía eficaz: un 6 % para los agujeros negros no giratorios, y hasta un 32 % para los rotativos. Esto eclipsa drásticamente la fisión nuclear, que actualmente es la manera más eficaz con amplia validez para extraer energía de la masa. La fisión solo convierte el 0,08 % del átomo de Uranio en energía.
The key to harnessing this power may lie in a structure devised by physicist Freeman Dyson, known as the Dyson sphere. In the 1960s, Dyson proposed that an advanced planetary civilization could engineer an artificial sphere around their main star, capturing all of its radiated energy to satisfy their needs. A similar, though vastly more complicated design could theoretically be applied to black holes. In order to produce energy, black holes need to be continuously fed— so we wouldn’t want to fully cover it with a sphere. Even if we did, the plasma jets that shoot from the poles of many supermassive black holes would blow any structure in their way to smithereens.
La clave para aprovechar este poder puede estar en una estructura creada por el físico Freeman Dyson, conocida como la esfera de Dyson. En la década de 1960, Dyson planteó que una civilización planetaria avanzada podría diseñar una esfera artificial alrededor de su estrella principal, que captase toda la energía irradiada para satisfacer sus necesidades. Un diseño similar, aunque mucho más complejo podría aplicarse teóricamente para los agujeros negros. Para generar energía, los agujeros negros necesitan alimentarse continuamente; por lo que no nos convendría cubrirlos por completo con una esfera. Incluso si lo hiciéramos, los chorros de plasma que brotan de los polos de muchos agujeros negros supermasivos harían añicos cualquier estructura que se encontraran en el camino.
So instead, we might design a sort of Dyson ring, made of massive, remotely controlled collectors. They’d swarm in an orbit around a black hole, perhaps on the plane of its accretion disk, but farther out. These devices could use mirror-like panels to transmit the collected energy to a powerplant, or a battery for storage. We’d need to ensure that these collectors are built at just the right radius: too close and they’d melt from the radiated energy. Too far, and they’d only collect a tiny fraction of the available energy and might be disrupted by stars orbiting the black hole. We would likely need several Earths worth of highly reflective material like hematite to construct the full system— plus a few more dismantled planets to make a legion of construction robots. Once built, the Dyson ring would be a technological masterpiece, powering a civilization spread across every arm of a galaxy.
De modo que, en vez de eso, podríamos diseñar una especie de anillo de Dyson, hecho a base de muchos recolectores controlados a distancia. Estos vagarían por una órbita alrededor de un agujero negro, quizá al nivel de su disco de acreción, aunque más lejos. Estos dispositivos podrían usar paneles en forma de espejo para transferir la energía recogida a una central eléctrica o a una batería para su almacenamiento. Debemos asegurarnos de que estos recolectores estén situados en el radio adecuado: si están demasiado cerca se derretirían por la energía irradiada. Si están demasiado lejos, solo recogerían una pequeña parte de la energía disponible y podría ser obstruida por las estrellas que orbitan el agujero negro. Probablemente necesitaríamos varias Tierras hechas de material muy brillante como la hematita, para construir el sistema por completo; más algunos planetas desmantelados más para crear una legión de robots constructores. Una vez construido, el anillo de Dyson sería una obra maestra tecnológica, impulsando la expansión de una civilización en cada brazo de una galaxia.
This all may seem like wild speculation. But even now, in our current energy crisis, we’re confronted by the limited resources of our planet. New ways of sustainable energy production will always be needed, especially as humanity works towards the survival and technological progress of our species. Perhaps there’s already a civilization out there that has conquered these astronomical giants. We may even be able to tell by seeing the light from their black hole periodically dim as pieces of the Dyson ring pass between us and them. Or maybe these superstructures are fated to remain in the realm of theory. Only time— and our scientific ingenuity— will tell.
Todo esto puede parecer una especulación salvaje. Pero incluso ahora, en la actual crisis energética, nos enfrentamos por los recursos limitados de nuestro planeta. La producción de nuevas formas de energía sostenible siempre será necesaria, sobre todo cuando la humanidad se dirige hacia la supervivencia y el progreso tecnológico de nuestra especie. Quizá ya exista una civilización ahí fuera que haya conquistado estos colosos astronómicos. Incluso podríamos saberlo al ver la luz de su agujero negro oscureciéndose periódicamente según pasan los trozos del anillo de Dyson entre nosotros y ellos. O tal vez estas estructuras estén predestinadas a quedarse en algo teórico. Solo el tiempo y nuestro ingenio científico lo dirá.