Черный карлик
Черный карлик – это теоретический остаток звезды , в частности, белый карлик , который достаточно остыл и больше не излучает значительного тепла или света . Поскольку время, необходимое белому карлику для достижения этого состояния, по расчетам, превышает текущий возраст Вселенной (13,8 миллиарда лет), ожидается, что в настоящее время во Вселенной не существует черных карликов. Температура самых холодных белых карликов является одним из наблюдательных пределов возраста Вселенной. [1]
Название «черный карлик» также применялось к гипотетическим охлажденным коричневым карликам поздней стадии - субзвездным объектам с недостаточной массой (менее примерно 0,07 M ☉ ) для поддержания водород . ядерного синтеза, сжигающего [2] [3] [4] [5]
Формирование
[ редактировать ]Белый карлик — это то, что осталось от звезды главной последовательности малой или средней массы (менее примерно 9–10 масс Солнца ( M ☉ )) после того, как она либо изгнала, либо слила все элементы, для которых у нее есть достаточная температура для слияния. [1] Остается плотная сфера электронно-вырожденной материи , которая медленно охлаждается тепловым излучением и в конечном итоге становится черным карликом. [6] [7]
Если бы черные карлики существовали, их было бы сложно обнаружить, поскольку по определению они излучали бы очень мало радиации. Однако их можно было бы обнаружить благодаря гравитационному влиянию. [8] Различные белые карлики, охлажденные ниже 3900 К (3630 °C; 6560 °F) (эквивалент спектрального класса M0 ), были обнаружены в 2012 году астрономами с помощью обсерватории МДМ 2,4-метрового телескопа . 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 темной материи , а также возможность и скорость распада протона (существование которого еще предстоит доказать), точно неизвестно, как долго это продлится. белым карликам потребуется время, чтобы остыть до черноты. [10] : §§IIIE, IVA По оценкам Бэрроу и Типлера, для этого потребуется 10 15 лет, чтобы белый карлик остыл до 5 К (-268,15 ° C; -450,67 ° F); [11] однако, если существуют слабовзаимодействующие массивные частицы (вимпы), взаимодействия с этими частицами могут поддерживать температуру некоторых белых карликов намного выше этой в течение примерно 10 25 годы. [10] : §IIIE Если протоны нестабильны, белые карлики также будут согреваться за счет энергии, выделяющейся при распаде протона. Для гипотетического времени жизни протона 10 37 лет Адамс и Лафлин подсчитали, что распад протона поднимет эффективную температуру поверхности старого белого карлика с массой в одну солнечную примерно до 0,06 К (-273,09 °C; -459,56 °F). Несмотря на то, что она холодная, считается, что она горячее, чем температура космического микроволнового фонового излучения 10 37 лет в будущем. [10]
Предполагается, что некоторые массивные черные карлики могут в конечном итоге вызывать взрывы сверхновых . Это произойдет, если пикноядерный (основанный на плотности) синтез превратит большую часть звезды в железо, что снизит предел Чандрасекара для некоторых черных карликов ниже их фактической массы. Если эта точка будет достигнута, она разрушится и начнет безудержный ядерный синтез. Самая массивная масса, которая взорвется, будет иметь массу около 1,35 солнечной массы и порядка 10 масс. 1100 лет , тогда как наименее массивная масса, способная взорваться, будет иметь массу около 1,16 солнечных масс и порядка 10 32 000 лет , что составляет около 1% всех черных карликов. Одно из главных предостережений заключается в том, что распад протона уменьшит массу черного карлика гораздо быстрее, чем происходят пикноядерные процессы, что предотвратит любые взрывы сверхновых. [12]
Будущее Солнца
[ редактировать ]Как только Солнце перестанет синтезировать гелий в своем ядре и выбросит его слои в планетарную туманность примерно через 8 миллиардов лет, оно станет белым карликом , а также, в течение триллионов лет, в конечном итоге перестанет излучать свет. После этого Солнце не будет видно невооруженным человеческим глазом , что уберет его из оптического поля зрения, даже если гравитационные эффекты будут очевидны. Расчетное время, необходимое Солнцу для того, чтобы остыть настолько, чтобы стать черным карликом, составляет не менее 10 15 (1 квадриллион) лет, хотя это могло бы занять гораздо больше времени, если бы существовали слабо взаимодействующие массивные частицы (вимпы), как описано выше. Описанные явления считаются перспективным методом проверки существования вимпов и черных карликов. [13]
См. также
[ редактировать ]
- Вырожденная материя - тип плотной экзотической материи в физике.
- Тепловая смерть Вселенной – Возможная судьба Вселенной
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Хегер, А.; Фрайер, CL; и др. (2003). «Как массивные одиночные звезды заканчивают свою жизнь» . Астрофизический журнал . 591 (1): 288–300. arXiv : astro-ph/0212469 . Бибкод : 2003ApJ...591..288H . дои : 10.1086/375341 . S2CID 59065632 . Проверено 25 марта 2022 г.
- ^ Джеймсон, РФ; Шеррингтон, MR; Джайлз, Арканзас (октябрь 1983 г.). «Неудачный поиск черных карликов как спутников близлежащих звезд» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 205 : 39–41. Бибкод : 1983MNRAS.205P..39J . дои : 10.1093/mnras/205.1.39P .
- ^ Кумар, Шив С. (1962). «Исследование вырождения очень легких звезд» . Астрономический журнал . 67 : 579. Бибкод : 1962AJ.....67S.579K . дои : 10.1086/108658 .
- ^ Дорогой, Дэвид. «коричневый карлик» . Энциклопедия астробиологии, астрономии и космических полетов . Дэвид Дарлинг . Проверено 24 мая 2007 г. - через daviddarling.info.
- ^ Тартер, Джилл (2014), «Коричневый - это не цвет: введение термина« коричневый карлик » » , в книге Йоргенс, Вики (редактор), 50 лет коричневых карликов , Библиотека астрофизики и космических наук, том. 401, Springer, стр. 19–24, номер документа : 10.1007/978-3-319-01162-2_3 , ISBN. 978-3-319-01162-2
- ^ Джонсон, Дженнифер. «Экстремальные звезды: белые карлики и нейтронные звезды» (PDF) . Университет штата Огайо . Проверено 3 мая 2007 г.
- ^ Ричмонд, Майкл. «Поздние стадии эволюции звезд малой массы» . Рочестерский технологический институт . Проверено 4 августа 2006 г.
- ^ Алкок, Чарльз; Оллсман, Робин А.; Алвес, Дэвид; Аксельрод, Тим С.; Беккер, Эндрю С.; Беннетт, Дэвид; и др. (1999). «Барионная темная материя: результаты исследований по микролинзированию». На Третьем симпозиуме Стромло: Галактическое гало . 165 : 362. Бибкод : 1999ASPC..165..362A .
- ^ «12 звезд-белых карликов возрастом в 100 световых лет » spacedaily.com . Норман, Оклахома. 16 апреля 2012 года . Проверено 10 января 2020 г. .
- ^ Jump up to: а б с Адамс, Фред К. 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 . Бибкод : 1997РвМП...69..337А . дои : 10.1103/RevModPhys.69.337 . S2CID 12173790 .
- ^ Таблица 10.2, Барроу, Джон Д .; Типлер, Фрэнк Дж. (1986). Антропный космологический принцип (1-е изд.). Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-282147-8 . LCCN 87028148 .
- ^ Каплан, Мэн (2020). «Сверхновая чёрный карлик в далёком будущем» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 497 (4): 4357–4362. arXiv : 2008.02296 . Бибкод : 2020MNRAS.497.4357C . дои : 10.1093/mnras/staa2262 . S2CID 221005728 .
- ^ Куварис, Крис; Тиняков, Петр (14 апреля 2011 г.). «Ограничение асимметричной темной материи посредством наблюдений за компактными звездами» . Физический обзор D . 83 (8): 083512. arXiv : 1012.2039 . Бибкод : 2011PhRvD..83h3512K . дои : 10.1103/PhysRevD.83.083512 . ISSN 1550-7998 . S2CID 55279522 .
