Mất bao lâu để một sao lùn trắng nguội đến một sao lùn đen?


14

Tôi đang đọc về những ngôi sao lùn trắng, và tôi đã bắt gặp câu này

Không có nguồn năng lượng, sao lùn trắng nguội dần thành sao lùn đen trong vài tỷ năm. [1]

Tuy nhiên, khi tôi nhìn vào trang Wikipedia về Sao lùn trắng , nó nói

Bởi vì khoảng thời gian để một sao lùn trắng đạt đến trạng thái này được tính là dài hơn tuổi hiện tại của vũ trụ (khoảng 13,8 tỷ năm), người ta cho rằng chưa có sao lùn đen nào tồn tại.

Vậy điều gì là đúng?

Và định nghĩa đúng của sao lùn đen là gì?


Người giới thiệu:

[1] Thiên văn học và Vật lý thiên văn nhập môn. Zellik, M. Gregory, S. tái bản lần thứ 4. Brooks / Cole. 1998


4
AFAIK không có định nghĩa đúng về sao lùn đen và không có ai bạn không thể tính được thời gian để làm mát đến trạng thái đó.
Rob Jeffries

Câu trả lời:


13

Tôi nghĩ những gì bạn cần là ở đây trên Wikipedia . Trong phần "Phóng xạ và làm mát", nó nói "Tốc độ làm mát đã được ước tính ... Sau khi ban đầu mất khoảng 1,5 tỷ năm để làm mát đến nhiệt độ bề mặt 7140 K, làm mát thêm khoảng 500 K ... mất khoảng 0,3 tỷ năm, nhưng hai bước tiếp theo khoảng 500 K ... mất 0,4 và sau đó là 1,1 tỷ năm. "

Một điểm đáng chú ý là tốc độ làm mát (tạo ra sự thay đổi nhiệt độ cố định, tức là cứ sau 500 K) lại tăng phi tuyến tính. Điều này là do việc làm mát bị chi phối bởi quá trình khuếch tán. Vì vậy, ở nhiệt độ thấp, để hạ nhiệt 500 K sẽ mất nhiều thời gian hơn so với những gì nó đã làm trong quá khứ.

Như ai đó đã nói trong bình luận, không có định nghĩa chính xác về một sao lùn đen. Vì vậy, tôi sẽ không nói ai đúng hay sai mà không hiểu cách họ định nghĩa điểm cắt.

Tuy nhiên, nếu bạn xác định đại khái là ở mức nhiệt độ màu của nó vượt quá bước sóng khả kiến ​​(tức là> 7000 A hoặc <4000 K) và nếu bạn làm theo thông tin được đề cập ở trên bằng cách ngoại suy từ khoảng 5500 K và giả sử tốc độ thay đổi 500 K là không đổi như những gì đã làm trong bước trước (nghĩa là từ 6000 đến 5500K mất 1,1 tỷ năm), chúng ta có giới hạn trên để làm mát từ 5500 đến 4000 K là 3 tỷ năm. Bằng cách thêm khoảng 2 tỷ năm trước từ nhiệt độ ban đầu xuống tới 5500 K, chúng ta có> 5 tỷ năm cho một sao lùn trắng từ trạng thái ban đầu xuống còn khoảng 4000 K. Lưu ý rằng 5 tỷ là giới hạn thấp hơn vì chúng ta không xem xét phi tuyến tính.

(Lưu ý rằng bạn cũng có thể tính gần đúng hiệu ứng phi tuyến tính bằng cách giả sử mức tăng 1 tỷ năm trong mỗi bước ngụ ý bước 6000-5000 K. Bằng cách này, giới hạn dưới sẽ là> 7 tỷ năm.)

Vì tuổi của vũ trụ là 13 tỷ năm, cho dù bạn tin rằng sao lùn đen tồn tại hay không phụ thuộc vào định nghĩa i), ii) tốc độ làm mát và iii) biến đổi (có nghĩa là có thể có một sao lùn trắng được sinh ra mát mẻ hoặc sống trong môi trường hỗ trợ làm mát tốt hơn so với dân số điển hình).


Nếu nó làm mát chậm hơn, đó là một tỷ lệ giảm . Thời gian để làm mát một đơn vị nhiệt độ nhất định là những gì đang tăng, không phải là tốc độ.
jpmc26

Vấn đề ở đây là phép ngoại suy thô này của tốc độ làm mát không hoạt động nếu công suất nhiệt thay đổi theo nhiệt độ. Các sao lùn trắng dày đặc, có khối lượng lớn có thể xâm nhập vào chế độ Debye nơi nhiệt độ của chúng giảm nhanh theo nhiệt độ và chúng có thể tỏa nhiệt còn lại nhanh chóng. Cốt truyện thể hiện trong câu trả lời của tôi.
Rob Jeffries

Có phải làm mát Debye chỉ áp dụng cho lõi của nó, trong khi công suất nhiệt tổng thể và nhiệt độ bề mặt cũng liên quan đến các tính chất của phong bì vẫn không chắc chắn?
Kornpob Bhirombhakdi

Cốt lõi thống trị khả năng nhiệt. Phong bì không thoái hóa là không đáng kể, đặc biệt là trong một sao lùn trắng khổng lồ.
Rob Jeffries

19

Tôi không nghĩ có một định nghĩa được chấp nhận về "sao lùn đen" - đó không phải là một thuật ngữ được sử dụng trong các tài liệu khoa học.

Một định nghĩa phổ biến dường như lưu hành trên internet là nó là một sao lùn trắng đã hạ nhiệt đến mức nó không còn phát ra bất kỳ bức xạ nào trong phần nhìn thấy của quang phổ. Nhưng đây là một định nghĩa lý thuyết không khả thi. Ngay cả những vật thể mát nhất cũng phát ra một số bức xạ trong phần quang học của quang phổ; nó có thể được phát hiện hay không sẽ phụ thuộc vào kích thước của vật thể và nó cách chúng ta bao xa.

~1MMR>19.1

~0,6M~4000

Do đó, nếu bạn vui vẻ chấp nhận định nghĩa trên, thì sao lùn đen có thể là kết quả của việc làm mát những sao lùn trắng khổng lồ trong khoảng 10 tỷ năm. Cốt truyện dưới đây, lấy từ bài báo của Kaplan et al. (2014), cho thấy một số mô hình làm mát cho các sao lùn trắng khổng lồ với khí quyển hydro. Chúng dễ dàng hạ nhiệt dưới 3000 K trong vòng 10 tỷ năm.

Mô hình làm lạnh lùn trắng khổng lồ DA

αT3αT3,5TαTS4TS

ddt T3 dTα-T7/2

dTS/dtα-TS3/7TS~-t7/4

TS~t-7/20


9

Tôi nghĩ phần quan trọng nhất của bất kỳ câu trả lời nào là, như Rob Jeffries đã nói, "sao lùn đen" không thực sự là một điều trong văn học thiên văn, và tôi nghi ngờ đó là lý do khiến bạn nhận được những câu trả lời khác nhau về việc mất bao lâu để trở thành một. Những người khác nhau đưa ra các ngưỡng khác nhau để trở thành một.

Tôi sẽ tranh luận rằng 3000 K là quá nóng để gọi một cái gì đó màu đen. Dây tóc của một bóng đèn phát sáng mát hơn thế. Theo Wikipedia , "hầu như tất cả các chất rắn hoặc lỏng bắt đầu phát sáng khoảng 798 K (525 ° C) (977 ° F), với màu đỏ xỉn nhẹ". Tôi đã không thể tìm thấy một tài liệu tham khảo cho thời gian lý thuyết cần thiết để làm mát đến nhiệt độ đó.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.