Czarny karzeł to biały karzeł, który ostygł do temperatury kosmicznego tła mikrofalowego i dlatego jest niewidoczny. W przeciwieństwie do czerwonych karłów, brązowych i białych karłów, czarne karły są całkowicie hipotetyczne.
Gdy gwiazda wyewoluowała, by stać się białym karłem, nie ma już wewnętrznego źródła ciepła i świeci tylko dlatego, że jest nadal gorąca. Podobnie jak coś wyjętego z piekarnika, pozostawiony samemu sobie biały karzeł ostygnie, aż osiągnie taką samą temperaturę jak otoczenie. W przeciwieństwie do dzisiejszej kolacji, która chłodzi przez konwekcję, przewodnictwo i promieniowanie, biały karzeł chłodzi tylko promieniowaniem.
Ponieważ ciśnienie zwyrodnienia elektronów powstrzymuje go od zapadnięcia się w czarną dziurę, biały karzeł jest fantastycznym przewodnikiem ciepła (w rzeczywistości fizyka gazów Fermiego wyjaśnia przewodnictwo zarówno białych karłów, jak i metali!). Szybkość stygnięcia białego karła jest więc łatwa do ustalenia… zależy tylko od jego początkowej temperatury, masy i składu (większość to węgiel plus tlen; niektóre z nich to głównie tlen, neon i magnez; inne hel). Aha, i ponieważ przynajmniej część rdzenia białego karła może się krystalizować, krzywa chłodzenia będzie miała wtedy trochę nierówności.
Wszechświat ma zaledwie 13,7 miliarda lat, więc nawet biały karzeł uformowany 13 miliardów lat temu (mało prawdopodobne; gwiazdy, które stają się białymi karłami, potrzebują około miliarda lat, aby to zrobić) nadal miałby temperaturę kilku tysięcy stopni. Najfajniejszy zaobserwowany do tej pory biały karzeł ma temperaturę nieco poniżej 3000 K. Długa droga do przejścia, zanim stanie się czarnym karłem.
Ustalenie, ile czasu zajmie ochłodzenie białego karła do temperatury CMB, jest w rzeczywistości dość trudne. Dlaczego? Ponieważ istnieje wiele interesujących efektów, które mogą być ważne, efektów, których nie możemy jeszcze modelować. Na przykład biały karzeł będzie zawierał trochę ciemnej materii, a przynajmniej niektóre z nich mogą rozpadać się w czasie przez okres wielu biliardów lat, generując ciepło. Być może diamenty nie są wieczne (protony również mogą ulec rozkładowi); więcej ciepła. CMB cały czas robi się coraz chłodniejszy, ponieważ wszechświat wciąż się rozwija.
W każdym razie, jeśli powiemy arbitralnie, że przy 5 K biały karzeł staje się czarnym karłem, powstanie co najmniej 10 ^ 15 lat.
Jeszcze jedno: żaden biały karzeł nie jest całkowicie sam; niektórzy mają binarnych towarzyszy, inni mogą wędrować przez chmurę pyłu… nieomylna masa również wytwarza ciepło, a jeśli wystarczająca ilość wodoru gromadzi się na powierzchni, może wybuchnąć jak bomba wodorowa (takie są nowe!), ogrzewając białego karła trochę.
Więcej z czasopisma Space Magazine: Jak umiera gwiazda ?, Dlaczego gwiazdy umierają ?, a Hubble odkrywa dziwną kolekcję białego karła… Krasnoludy.
The End of the Universe Part 1 and Part 2 to epizody z obsady astronomii, których warto posłuchać, podobnie jak Życie Słońca i Życie innych gwiazd.
Bibliografia:
NASA
NASA: Age of the Universe
Wikipedia
