Черный карлик - Black dwarf

Для использования в других целях см. Черный карлик (значения).
Не путать с черная дыра или черная звезда (полуклассическая гравитация).
Звездная эволюция.

А черный карлик теоретический звездный остаток, в частности белый Гном который достаточно остыл, что больше не выделяет значительных высокая температура или свет. Поскольку время, необходимое белому карлику для достижения этого состояния, по расчетам больше текущего возраст вселенной (13,8 миллиарда лет), в настоящее время во Вселенной не ожидается никаких черных карликов, а температура самых холодных белых карликов является одним из наблюдаемых пределов возраста Вселенной.[1]

Название «черный карлик» также применялось к гипотетическому охлаждению поздней стадии. коричневые карлики – субзвездные объекты которые не имеют достаточной массы (менее примерно 0,08M☉ ) поддерживать водород -горящий ядерный синтез.[2][3][4][5]

Черных карликов не следует путать с черные дыры или черные звезды.

Формирование

Белый карлик - это то, что осталось от главная последовательность звезда низкой или средней массы (примерно ниже 9-10солнечные массы (M☉ )) после его изгнания или сплавлен все элементы при которой он имеет достаточную температуру для плавления.[1] Остается плотная сфера из электронно-вырожденная материя что медленно остывает тепловое излучение, в конечном итоге став черным карликом.[6][7] Если бы черные карлики существовали, их было бы чрезвычайно трудно обнаружить, потому что они, по определению, излучали бы очень мало излучения. Однако их можно было бы обнаружить через гравитационный оказать влияние.[8] Различные белые карлики, охлажденные ниже 3900 К (M0 спектральный класс ) были обнаружены в 2012 году астрономами с помощью Обсерватория МДМ 2,4-метровый телескоп. По оценкам, им от 11 до 12 миллиардов лет.[9]

Поскольку эволюция звезд в далеком будущем зависит от плохо изученных физических вопросов, таких как природа темная материя а также возможность и скорость распад протона, точно неизвестно, сколько времени потребуется белым карликам, чтобы остыть до черноты.[10]:§§IIIE, IVA Барроу и Типлер подсчитали, что на это потребуется 1015 лет, чтобы белый карлик остыл до 5 К;[11] однако, если слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMPs) существуют, вполне возможно, что взаимодействие с этими частицами будет держать некоторые белые карлики намного теплее, чем это, примерно на 1025 лет.[10]:§IIIE Если протоны нестабильны, белые карлики также будут оставаться теплыми за счет энергии, выделяющейся при распаде протона. Для гипотетического времени жизни протона 1037 лет, Адамс и Лафлин подсчитали, что распад протона повысит эффективная температура поверхности старого-солнечная масса белый карлик примерно до 0,06 К. Хотя он холодный, считается, что он горячее, чем космический фон температура 1037 годы в будущем.[10]:§IVB

Предполагается, что некоторые массивные черные карлики могут в конечном итоге вызвать взрывы сверхновых. Это произойдет, если пикноядерный синтез (основанный на плотности) превратит большую часть звезды в железо, что снизит Предел Чандрасекара для некоторых черных карликов меньше их реальной массы. Если эта точка будет достигнута, то он разрушится и запустит безудержный ядерный синтез. Самый массивный взрыв будет иметь массу около 1,35 солнечной массы и потребует порядка 101100 лет, в то время как наименее массивный для взрыва будет иметь массу около 1,16 солнечной массы и будет иметь порядок 1032000 лет, что составляет около 1% всех черных карликов. Одно важное предостережение заключается в том, что распад протона уменьшит массу черного карлика гораздо быстрее, чем происходят пикноядерные процессы, предотвращая любые взрывы сверхновых.[12]

Будущее Солнца

Однажды солнце перестает синтезировать гелий в своем ядре и выбрасывает свои слои в планетарная туманность примерно через 8 миллиардов лет он станет белый Гном и, через триллионы лет, в конечном итоге перестанет излучать свет. После этого Солнце не будет видно эквиваленту невооруженный человеческий глаз, удаляя его из оптического поля зрения, даже если гравитационные эффекты очевидны. Расчетное время, когда Солнце остынет настолько, чтобы стать черным карликом, составляет около 10 минут.15 (1 квадриллион) лет, хотя это может занять гораздо больше времени, если слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP) существуют, как описано выше.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б §3, Heger, A .; Fryer, C.L .; Woosley, S.E .; Langer, N .; Хартманн, Д. Х. (2003). «Как массовые одиночные звезды заканчивают свою жизнь». Астрофизический журнал. 591 (1): 288–300. arXiv:astro-ph / 0212469. Bibcode:2003ApJ ... 591..288H. Дои:10.1086/375341. S2CID  59065632.
  2. ^ Jameson, R.F .; Шеррингтон, М. Р .; Джайлз, А. (Октябрь 1983 г.). «Неудачный поиск черных карликов как спутников ближайших звезд». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 205: 39–41. Bibcode:1983МНРАС.205П..39J. Дои:10.1093 / mnras / 205.1.39P.
  3. ^ Кумар, Шив С. (1962). «Исследование вырождения очень легких звезд». Астрономический журнал. 67: 579. Bibcode:1962AJ ..... 67S.579K. Дои:10.1086/108658.
  4. ^ Дорогой, Дэвид. "коричневый карлик". Энциклопедия астробиологии, астрономии и космических полетов. Дэвид Дарлинг. Получено 24 мая, 2007 - через daviddarling.info.
  5. ^ Тартер, Джилл (2014), «Коричневый - это не цвет: введение термина« коричневый карлик »'" в Йоргенсе, Вики (ред.), 50 лет коричневым карликам - от предсказаний до открытий и передовых исследований, Библиотека астрофизики и космических наук, 401, Springer, стр. 19–24, Дои:10.1007/978-3-319-01162-2_3, ISBN  978-3-319-01162-2
  6. ^ Джонсон, Дженнифер. «Экстремальные звезды: белые карлики и нейтронные звезды» (PDF). Государственный университет Огайо. Получено 3 мая 2007.
  7. ^ Ричмонд, Майкл. «Поздние стадии эволюции маломассивных звезд». Рочестерский технологический институт. Получено 4 августа 2006.
  8. ^ Олкок, Чарльз; Allsman, Robyn A .; Алвес, Дэвид; Axelrod, Tim S .; Беккер, Эндрю С .; Беннет, Дэвид; и другие. (1999). «Барионная темная материя: результаты исследований микролинзирования». В Третьем симпозиуме Стромло: Галактический гало. 165: 362. Bibcode:1999ASPC..165..362A.
  9. ^ «Белые карлики возрастом 12 миллиардов лет всего в 100 световых годах от нас». spacedaily.com. Норман, Оклахома. 16 апреля 2012 г.. Получено 10 января 2020.
  10. ^ а б c Адамс, Фред С. и Лафлин, Грегори (апрель 1997 г.). «Умирающая Вселенная: долгосрочная судьба и эволюция астрофизических объектов». Обзоры современной физики. 69 (2): 337–372. arXiv:Astro-ph / 9701131. Bibcode:1997РвМП ... 69..337А. Дои:10.1103 / RevModPhys.69.337. S2CID  12173790.
  11. ^ Таблица 10.2, Барроу, Джон Д.; Типлер, Фрэнк Дж. (1986). Антропный космологический принцип 1-е издание 1986 г. (переработано в 1988 г.). Oxford University Press. ISBN  978-0-19-282147-8. LCCN  87028148.
  12. ^ Каплан, М. Э. (2020). «Сверхновая звезда черного карлика в далеком будущем». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 497 (4): 4357–4362. arXiv:2008.02296. Bibcode:2020МНРАС.497.4357С. Дои:10.1093 / mnras / staa2262. S2CID  221005728.