Wie lange braucht ein weißer Zwerg, um sich zu einem schwarzen Zwerg abzukühlen?

Ich habe über weiße Zwerge gelesen und bin auf diesen Satz gestoßen -

Ohne Energiequellen kühlt sich der Weiße Zwerg in wenigen Milliarden Jahren zu einem Schwarzen Zwerg ab. ^[1]

Als ich mir jedoch die Wikipedia-Seite über den Weißen Zwerg ansah , stand darin:

Da die Zeitspanne, die ein Weißer Zwerg benötigt, um diesen Zustand zu erreichen, länger ist als das aktuelle Alter des Universums (ungefähr 13,8 Milliarden Jahre), wird angenommen, dass es noch keine Schwarzen Zwerge gibt.

Also was ist wahr?

Und was ist die richtige Definition eines schwarzen Zwergs?

Verweise:

[1] Einführungsastronomie und Astrophysik. Zellik, M. Gregory, S. 4. Auflage. Brooks / Cole. 1998

Ich denke, was Sie brauchen, ist hier auf der Wikipedia . Im Abschnitt "Strahlung und Kühlung" heißt es: "Die Abkühlungsrate wurde geschätzt ... Nach anfänglichen 1,5 Milliarden Jahren für die Abkühlung auf eine Oberflächentemperatur von 7140 K sind für die Abkühlung von weiteren 500 K ... rund 0,3 Milliarden erforderlich Jahre, aber die nächsten zwei Schritte von rund 500 K ... dauern erst 0,4 und dann 1,1 Milliarden Jahre. "

Eine Erkenntnis ist, dass die Abkühlungsrate (die eine feste Temperaturänderung ergibt, dh alle 500 K) nicht linear zunimmt. Dies liegt daran, dass die Kühlung durch einen Diffusionsprozess gesteuert wird. Bei niedrigen Temperaturen würde das Abkühlen von 500 K mehr sehr viel Zeit in Anspruch nehmen als in der Vergangenheit.

Wie jemand in dem Kommentar sagte, gibt es keine genaue Definition eines schwarzen Zwergs. Ich würde also nicht sagen, wer richtig oder falsch ist, ohne zu verstehen, wie sie den Cutoff definieren.

Wenn Sie es jedoch grob so definieren, dass seine Farbtemperatur die sichtbare Wellenlänge (dh> 7000 A oder <4000 K) überschreitet, und wenn Sie die oben genannten Informationen befolgen, indem Sie von ca. 5500 K extrapolieren und die Rate annehmen Die Änderung von 500 K ist wie im vorherigen Schritt konstant (dh von 6000 auf 5500 K in 1,1 Milliarden Jahren). Wir erhalten ungefähr die Obergrenze für die Kühlung von 5500 auf 4000 K in 3 Milliarden Jahren. Wenn wir die letzten 2 Milliarden Jahre von der Anfangstemperatur bis auf 5500 K addieren, haben wir> 5 Milliarden Jahre für einen Weißen Zwerg von seinem Anfangszustand bis auf 4000 K. Beachten Sie, dass die 5 Milliarden eine Untergrenze sind, weil wir dies nicht getan haben Nichtlinearität berücksichtigen.

(Beachten Sie, dass Sie den Nichtlinearitätseffekt auch approximieren können, indem Sie ein Inkrement von 1 Milliarde Jahren in jedem Schritt annehmen, das den Schritt 6000-5000 K impliziert. Auf diese Weise wäre die Untergrenze> 7 Milliarden Jahre.)

Da das Alter des Universums 13 Milliarden Jahre beträgt, hängt es von i) der Definition, ii) der Abkühlungsrate und iii) der Variation ab, ob ein schwarzer Zwerg existiert oder nicht (was bedeutet, dass ein weißer Zwerg kühl geboren wurde) oder in einer Umgebung leben, die eine bessere Kühlung unterstützt als die typische Bevölkerung).

Ich glaube nicht, dass es eine akzeptierte Definition eines "schwarzen Zwergs" gibt - es ist kein Begriff, der in der wissenschaftlichen Literatur verwendet wird.

Eine populäre Definition, die im Internet zu kursieren scheint, ist, dass es sich um einen weißen Zwerg handelt, der sich soweit abgekühlt hat, dass er im sichtbaren Teil des Spektrums keine Strahlung mehr abgibt. Dies ist jedoch eine nicht praktikable theoretische Definition. Sogar die kühlsten Objekte strahlen im optischen Teil des Spektrums etwas Strahlung ab. ob es erkennbar ist oder nicht, hängt von der Größe des Objekts ab und davon, wie weit es von uns entfernt ist.

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

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

Wenn Sie also die obige Definition akzeptieren, können schwarze Zwerge durch die Abkühlung massiver weißer Zwerge in etwa 10 Milliarden Jahren entstehen. Die Darstellung unten stammt aus der Arbeit von Kaplan et al. (2014) zeigt einige Kühlmodelle für massive Weiße Zwerge mit Wasserstoffatmosphäre. Innerhalb von 10 Milliarden Jahren kühlen sie leicht unter 3000 K ab.

$\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}$

$T_s \sim t^{-7/20}$ und Konten für das starke „Knie“ zu Beginn der Debye Kühlung.

Ich denke, der wichtigste Teil jeder Antwort ist, wie Rob Jeffries sagte, dass "Schwarze Zwerge" in der astronomischen Literatur nicht wirklich eine Sache sind, und ich vermute, dass dies der Grund ist, warum Sie unterschiedliche Antworten darüber erhalten, wie lange es dauert, bis sie werden einer. Verschiedene Menschen haben unterschiedliche Grenzen, um eins zu werden.

Ich würde argumentieren, dass 3000 K zu heiß ist, um etwas Schwarzes zu nennen. Das Filament einer leuchtenden Glühbirne ist kühler als das. Laut Wikipedia "beginnen praktisch alle festen oder flüssigen Substanzen bei 798 K (525 ° C) zu glühen, mit einer schwach stumpfen roten Farbe". Ich konnte keine Referenz für die theoretische Zeit finden, die zum Abkühlen auf diese Temperatur erforderlich ist.