Jak długo trwa schłodzenie białego karła do czarnego karła?

Czytałem o białych karłach i spotkałem to zdanie…

Bez źródeł energii biały karzeł stygnie do czarnego karła za kilka miliardów lat. ^[1]

Kiedy jednak zajrzałem na stronę Wikipedii na temat białego karła , jest napisane

Ponieważ oblicza się, że czas potrzebny do osiągnięcia tego stanu białego karła jest dłuższy niż obecny wiek wszechświata (około 13,8 miliarda lat), uważa się, że nie istnieją jeszcze czarne karły.

Więc co jest prawdą?

A jaka jest właściwa definicja czarnego karła?

Bibliografia:

[1] Astronomia wprowadzająca i astrofizyka. Zellik, M. Gregory, S. 4. wydanie. Brooks / Cole. 1998

Myślę, że to, czego potrzebujesz, znajduje się tutaj na Wikipedii . W części „Promieniowanie i chłodzenie” napisano: „Szybkość chłodzenia została oszacowana ... Po początkowym czasie około 1,5 miliarda lat do ostygnięcia do temperatury powierzchni 7140 K, ochłodzenie około 500 więcej K ... zajmuje około 0,3 miliarda lat, ale kolejne dwa kroki w wysokości około 500 K. ... najpierw wynoszą 0,4, a następnie 1,1 miliarda lat. ”

Jedną na wynos jest to, że szybkość chłodzenia (dająca stałą zmianę temperatury, tj. Co każde 500 K) rośnie nieliniowo. Jest tak, ponieważ chłodzenie jest regulowane przez proces dyfuzji. Tak więc, w niskiej temperaturze, ochłodzenie o 500 K więcej zajęłoby dużo więcej czasu niż w przeszłości.

Jak ktoś powiedział w komentarzu, nie ma dokładnej definicji czarnego karła. Nie powiedziałbym więc, kto ma rację, a kto nie, bez zrozumienia, w jaki sposób definiują granicę.

Jeśli jednak z grubsza określisz, że jest na poziomie, w którym jego temperatura barwowa przekracza widzialną długość fali (tj.> 7000 A lub <4000 K) i jeśli postępujesz zgodnie z informacjami wymienionymi powyżej, ekstrapolując z około 5500 K i przyjmując szybkość zmiana 500 K jest stała, jak w poprzednim kroku (tj. od 6000 do 5500 K przy 1,1 miliarda lat), w przybliżeniu otrzymujemy górną granicę chłodzenia z 5500 do 4000 K jako 3 miliardy lat. Dodając około 2 miliardy lat od początkowej temperatury do 5500 K, mamy> 5 miliardów lat dla białego karła ze stanu początkowego do około 4000 K. Należy pamiętać, że 5 miliardów to dolna granica, ponieważ nie rozważ nieliniowość.

(Należy zauważyć, że można również przybliżyć efekt nieliniowości, zakładając przyrost o 1 miliard lat na każdym etapie, co oznacza krok 6000-5000 K. W ten sposób dolna granica wynosiłaby> 7 miliardów lat.)

Ponieważ wiek wszechświata wynosi 13 miliardów lat, niezależnie od tego, czy uważasz, że czarny karzeł istnieje, czy nie, zależy od i) definicji, ii) szybkości chłodzenia i iii) zmienności (co oznacza, że ​​może być biały karzeł, który urodził się fajny lub życie w środowisku, które wspiera lepsze chłodzenie niż typowa populacja).

Nie sądzę, aby istniała akceptowana definicja „czarnego karła” - nie jest to termin używany w literaturze naukowej.

Popularną definicją, która wydaje się krążyć w Internecie, jest to, że jest to biały karzeł, który ostygł do tego stopnia, że ​​nie emituje już promieniowania w widzialnej części widma. Ale jest to niewykonalna teoretyczna definicja. Nawet najzimniejsze obiekty emitują pewną promieniowania w części optyczne widma; to, czy będzie wykrywalne, będzie zależeć od wielkości obiektu i odległości od nas.

$\sim 1M_{\odot}$$M_R>19.1$

$\sim 0.6M_{\odot}$$\sim 4000$

Zatem jeśli z przyjemnością zaakceptujesz powyższą definicję, czarne karły mogą powstać w wyniku ochłodzenia masywnych białych karłów za około 10 miliardów lat. Poniższy wykres zaczerpnięty z pracy Kaplana i in. (2014), pokazuje niektóre modele chłodzenia dla masywnych białych karłów z atmosferą wodoru. Z łatwością schładzają się poniżej 3000 K w ciągu 10 miliardów lat.

$\propto T^3$$\propto T^{3.5}$$T$$\propto T_s^4$$T_s$

$dT_s/dt \propto -T_s^{3/7}$$T_s \sim -t^{7/4}$

$T_s \sim t^{-7/20}$

Myślę, że najważniejszą częścią każdej odpowiedzi jest to, że, jak powiedział Rob Jeffries, „czarne karły” nie są tak naprawdę rzeczami w literaturze astronomicznej i podejrzewam, że to jest powód, dla którego otrzymujesz różne odpowiedzi na temat tego, ile czasu potrzeba, aby zostać jeden. Różni ludzie wymyślają różne progi, aby stać się jednym.

Twierdziłbym, że 3000 K jest zbyt gorący, aby nazwać coś czarnym. Żarnik świecącej żarówki jest chłodniejszy. Według Wikipedii „praktycznie wszystkie substancje stałe lub płynne zaczynają świecić w temperaturze około 798 K (525 ° C) (977 ° F), z lekko matowym czerwonym kolorem”. Nie udało mi się znaleźć odniesienia do teoretycznego czasu potrzebnego do schłodzenia do tej temperatury.