En svart dvärg är en vit dvärg som har svalnat till temperaturen på den kosmiska mikrovågsbakgrunden, och så är osynlig. Till skillnad från röda dvärgar, bruna dvärgar och vita dvärgar är svarta dvärgar helt hypotetiska.
När en stjärna har utvecklats till att bli en vit dvärg har den inte längre en inre värmekälla och lyser bara för att den fortfarande är varm. Liksom något som tas ur ugnen, kommer en vit dvärg att kyla ner tills den har samma temperatur som omgivningen. Till skillnad från kvällens middag, som svalnar genom konvektion, ledning och strålning, kyls en vit dvärg endast genom strålning.
Eftersom det är elektroniskt degenerationstryck som hindrar det från att kollapsa för att bli ett svart hål, är en vit dvärg en fantastisk värmeledare (faktiskt Fermi-gasernas fysik förklarar konduktiviteten hos både vita dvärgar och metaller!). Hur snabbt en vit dvärg svalnar är alltså lätt att träna ... det beror bara på dess ursprungliga temperatur, massa och sammansättning (de flesta är kol plus syre; vissa kanske främst syre, neon och magnesium; andra helium). Åh, och eftersom åtminstone en del av kärnan i en vit dvärg kan kristallisera, kommer kylkurvan att ha lite av en bult runt då.
Universumet är bara 13,7 miljarder år gammalt, så även en vit dvärg bildades för 13 miljarder år sedan (osannolikt; stjärnorna som blir vita dvärgar tar en miljard år, eller så, för att göra det) skulle det fortfarande ha en temperatur på några tusen grader. Den svalaste vita dvärgen som hittills observerats har en temperatur på drygt 3 000 K. En lång väg att gå innan den blir en svart dvärg.
Att arbeta ut hur lång tid det tar för en vit dvärg att svalna till temperaturen på CMB är faktiskt ganska svårt. Varför? Eftersom det finns många intressanta effekter som kan vara viktiga, kan effekter vi inte kan modellera ännu. Till exempel kommer en vit dvärg att innehålla en del mörk materia, och åtminstone en del av det kan sönderfalla, över tidsperioder på fyrdubblar år, generera värme. Kanske är diamanter inte för evigt (protoner kan också förfalla); mer värme. Och CMB blir svalare hela tiden också när universum fortsätter att expandera.
Hur som helst, om vi godtyckligt säger att vid 5 K blir en vit dvärg en svart dvärg, så tar det minst 10 ^ 15 år innan en bildas.
En sak till: ingen vit dvärg är helt ensam; vissa har binära följeslagare, andra kan vandra genom ett dammmoln ... den infallande massan genererar värme också, och om tillräckligt med väte bygger sig upp på ytan, kan det gå som en vätebomb (det är vad noverna är!), värmer den vita dvärgen ganska mycket.
Mer från Space Magazine: Hur dör en stjärna? Varför dör stjärnor? Och Hubble upptäcker en konstig samling av vit dvärg ... Dvärgar.
The End of the Universe del 1 och del 2 är avsnitt av Astronomy Cast som är värda att lyssna på, liksom The Life of the Sun och The Life of Other Stars.
referenser:
NASA
NASA: Age of the Universe
Wikipedia
