Черный карлик
Теоретический звездный остаток
Диаграмма звездной эволюции , показывающая различные стадии звезд с разной массой.

Черный карлик — это теоретический остаток звезды , в частности, белый карлик , который достаточно остыл, чтобы больше не излучать значительного количества тепла или света . Поскольку время, необходимое для достижения белым карликом этого состояния, по расчетам, больше, чем текущий возраст Вселенной (13,8 миллиарда лет), в настоящее время во Вселенной не ожидается существования черных карликов. Температура самых холодных белых карликов является одним из наблюдаемых пределов возраста Вселенной. [1]

Название «черный карлик» также применялось к гипотетическим остывшим коричневым карликам поздней стадии — субзвездным объектам с недостаточной массой (менее примерно 0,07  M ☉ ) для поддержания ядерного синтеза с сжиганием водорода . [2] [3] [4] [5]

Формирование

Белый карлик — это то, что осталось от звезды главной последовательности малой или средней массы (менее 9–10 масс Солнца ( M ☉ )) после того, как она либо вытеснила, либо сплавила все элементы, для синтеза которых у нее была достаточная температура. [1] Затем остается плотная сфера электронно-вырожденной материи , которая медленно охлаждается под действием теплового излучения , в конечном итоге превращаясь в черного карлика. [6] [7]

Если бы черные карлики существовали, их было бы сложно обнаружить, поскольку по определению они бы испускали очень мало излучения. Однако их можно было бы обнаружить по их гравитационному влиянию. [8] Различные белые карлики, охлажденные ниже 3900 К (3630 °C; 6560 °F) (что эквивалентно спектральному классу M0 ), были обнаружены в 2012 году астрономами с помощью 2,4-метрового телескопа обсерватории MDM . По оценкам, их возраст составляет от 11 до 12 миллиардов лет. [9]

Поскольку отдаленная эволюция звезд зависит от физических вопросов, которые плохо изучены, таких как природа темной материи и возможность и скорость распада протонов (существование которого еще предстоит доказать), неизвестно, сколько времени потребуется белым карликам, чтобы остыть до черноты. [10] : §§IIIE, IVA  Барроу и Типлер подсчитали, что белому карлику потребуется 10 15 лет, чтобы остыть до 5 К (−268,15 °C; −450,67 °F); [11] однако, если существуют слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), взаимодействия с этими частицами могут поддерживать некоторые белые карлики намного более теплыми, чем эта температура, в течение приблизительно 10 25 лет. [10] : §IIIE  Если протоны нестабильны, белые карлики также будут поддерживаться в тепле за счет энергии, выделяющейся при распаде протонов. Для гипотетического времени жизни протона 10 37 лет Адамс и Лафлин подсчитали, что распад протона повысит эффективную температуру поверхности старого белого карлика с массой в одну солнечную примерно до 0,06 К (−273,09 °C; −459,56 °F). Хотя это холодно, считается, что это будет горячее, чем температура реликтового излучения в 10 37 лет в будущем. [10]

Предполагается, что некоторые массивные черные карлики могут в конечном итоге произвести взрывы сверхновых . Это произойдет, если пикноядерный (плотностный) синтез переработает большую часть звезды до никеля-56, который распадается на железо, испуская позитрон. Это снизит предел Чандрасекара для некоторых черных карликов ниже их фактической массы. Если эта точка будет достигнута, он затем коллапсирует и инициирует неуправляемый ядерный синтез. Самый массивный, который взорвется, будет чуть ниже предела Чандрасекара около 1,41 солнечной массы и займет порядка10 1100  лет , в то время как наименее массивная, которая взорвется, будет иметь массу около 1,16 солнечных масс и займет порядка10 32 000  лет , что составляет около 1% всех черных карликов. Одной из главных оговорок является то, что распад протона уменьшит массу черного карлика гораздо быстрее, чем происходят пикноядерные процессы, предотвращая любые взрывы сверхновых. [12]

Будущее Солнца

Как только Солнце прекратит синтез гелия в своем ядре и выбросит свои слои в планетарную туманность примерно через 8 миллиардов лет, оно станет белым карликом , а также, через триллионы лет, в конечном итоге больше не будет излучать свет. После этого Солнце не будет видно невооруженным глазом , что исключит его из оптического поля зрения, даже если гравитационные эффекты будут очевидны. Расчетное время, необходимое Солнцу для того, чтобы остыть достаточно, чтобы стать черным карликом, составляет не менее 10 15 (1 квадриллион) лет, хотя это может занять гораздо больше времени, если существуют слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), как описано выше. Описанные явления считаются многообещающим методом проверки существования WIMP и черных карликов. [13]

Смотрите также

Найдите значение слова «черный карлик» в Викисловаре, бесплатном словаре.

Ссылки

  1. ^ ab Heger, A.; Fryer, CL; et al. (2003). «Как массивные одиночные звезды заканчивают свою жизнь». The Astrophysical Journal . 591 (1): 288– 300. arXiv : astro-ph/0212469 . Bibcode :2003ApJ...591..288H. doi :10.1086/375341. S2CID  59065632 . Получено 25 марта 2022 г. .
  2. ^ Jameson, RF; Sherrington, MR; Giles, AR (октябрь 1983 г.). «Неудачный поиск черных карликов как спутников близких звезд». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 205 : 39–41 . Bibcode : 1983MNRAS.205P..39J. doi : 10.1093/mnras/205.1.39P .
  3. ^ Кумар, Шив С. (1962). «Изучение вырождения очень легких звезд». Astronomical Journal . 67 : 579. Bibcode : 1962AJ.....67S.579K. doi : 10.1086/108658 .
  4. ^ Дарлинг, Дэвид. "коричневый карлик". Энциклопедия астробиологии, астрономии и космических полетов . Дэвид Дарлинг . Получено 24 мая 2007 г. – через daviddarling.info.
  5. ^ Тартер, Джилл (2014), «Коричневый — это не цвет: введение термина «коричневый карлик»», в Joergens, Viki (ред.), 50 лет коричневым карликам , Библиотека астрофизики и космической науки, т. 401, Springer, стр.  19–24 , doi :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) . Университет штата Огайо . Получено 3 мая 2007 г. .
  7. ^ Ричмонд, Майкл. "Поздние стадии эволюции маломассивных звезд". Рочестерский технологический институт . Получено 4 августа 2006 г.
  8. ^ Alcock, Charles; Allsman, Robyn A.; Alves, David; Axelrod, Tim S.; Becker, Andrew C.; Bennett, David; et al. (1999). "Барионная темная материя: результаты исследований микролинзирования". В Третьем симпозиуме Stromlo: Галактическое гало . 165 : 362. Bibcode : 1999ASPC..165..362A.
  9. ^ "12 миллиардов лет белых карликовых звезд всего в 100 световых годах от нас". spacedaily.com . Норман, Оклахома. 16 апреля 2012 г. Получено 10 января 2020 г.
  10. ^ abc Адамс, Фред К. и Лафлин, Грегори (апрель 1997 г.). «Умирающая Вселенная: долгосрочная судьба и эволюция астрофизических объектов». Reviews of Modern Physics . 69 (2): 337– 372. arXiv : astro-ph/9701131 . Bibcode : 1997RvMP...69..337A. doi : 10.1103/RevModPhys.69.337. S2CID  12173790.
  11. ^ Таблица 10.2, Барроу, Джон Д .; Типлер, Фрэнк Дж. (1986). Антропный космологический принцип (1-е изд.). Oxford University Press . ISBN 978-0-19-282147-8. LCCN  87028148.
  12. ^ Каплан, ME (2020). «Черная карликовая сверхновая в далеком будущем». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 497 (4): 4357– 4362. arXiv : 2008.02296 . Bibcode : 2020MNRAS.497.4357C. doi : 10.1093/mnras/staa2262 . S2CID  221005728.
  13. ^ Куварис, Крис; Тиняков, Питер (2011-04-14). "Ограничение асимметричной темной материи посредством наблюдений за компактными звездами". Physical Review D. 83 ( 8): 083512. arXiv : 1012.2039 . Bibcode : 2011PhRvD..83h3512K. doi : 10.1103/PhysRevD.83.083512. ISSN  1550-7998. S2CID  55279522.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Черный_карлик&oldid=1268909710"