Чёрный карлик: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
(Показать все непатрулированные изменения)
[непроверенная версия][непроверенная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
м "все их атомы постепенно превратятся в железо-56" - в карликах не идут же ядерные реакции
Дополнение из английской статьи
Строка 2: Строка 2:


'''Чёрные ка́рлики''' — остывшие и вследствие этого не излучающие (или слабоизлучающие) в видимом диапазоне [[белый карлик|белые карлики]]. Представляют собой конечную стадию эволюции белых карликов в отсутствие [[аккреция|аккреции]].
'''Чёрные ка́рлики''' — остывшие и вследствие этого не излучающие (или слабоизлучающие) в видимом диапазоне [[белый карлик|белые карлики]]. Представляют собой конечную стадию эволюции белых карликов в отсутствие [[аккреция|аккреции]].

Название «чёрный карлик» также применялось к гипотетическим остывшим на поздних стадиях [[Коричневый карлик|коричневым карликам]] - субзвёздным объектам, которые не имеют достаточной массы (менее примерно 0,08 M<sub>☉</sub>) для поддержания реакций ядерного синтеза<ref>{{Статья|ссылка=https://doi.org/10.1093/mnras/205.1.39P|автор=R. F. Jameson, M. R. Sherrington, A. B. Giles|заглавие=A failed search for black dwarfs as companions to nearby stars|год=1983-11-01|издание=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|том=205|выпуск=1|страницы=39P–41P|issn=0035-8711, 1365-2966|doi=10.1093/mnras/205.1.39p}}</ref><ref>{{Статья|ссылка=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1962AJ.....67S.579K/abstract|автор=Shiv S. Kumar|заглавие=Study of Degeneracy in Very Light Stars.|год=1962|язык=en|издание=The Astronomical Journal|том=67|страницы=579|issn=0004-6256|doi=10.1086/108658}}</ref><ref>{{Cite web|lang=en|url=http://www.daviddarling.info/encyclopedia/B/browndwarf.html|title=brown dwarf|author=David, Darling|website=www.daviddarling.info|date=24 мая 2007|publisher=The Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy, and Spaceflight.|accessdate=2020-10-09}}</ref><ref>{{Статья|ссылка=https://doi.org/10.1007/978-3-319-01162-2_3|автор=Jill Tarter|заглавие=Brown Is Not a Color: Introduction of the Term ‘Brown Dwarf’|год=2014|ответственный=Viki Joergens|язык=en|место=Cham|издание=50 Years of Brown Dwarfs: From Prediction to Discovery to Forefront of Research|издательство=Springer International Publishing|страницы=19–24|isbn=978-3-319-01162-2|doi=10.1007/978-3-319-01162-2_3}}</ref>.

Не следует путать чёрных карликов с [[Чёрная дыра|чёрными дырами]] или [[Чёрная звезда (полуклассическая гравитация)|чёрными звездами]].


В настоящее время в астрономической литературе термин «чёрный карлик», как правило, не используется, поскольку они практически не встречаются ввиду долгого процесса остывания белых карликов. Известные объекты, которые можно было бы отнести к чёрным карликам, всё ещё достаточно горячи, поэтому такие объекты именуются белыми карликами (WD).
В настоящее время в астрономической литературе термин «чёрный карлик», как правило, не используется, поскольку они практически не встречаются ввиду долгого процесса остывания белых карликов. Известные объекты, которые можно было бы отнести к чёрным карликам, всё ещё достаточно горячи, поэтому такие объекты именуются белыми карликами (WD).
Строка 7: Строка 11:
Массы чёрных карликов, подобно массам белых карликов, ограничиваются сверху [[Предел Чандрасекара|пределом Чандрасекара]], нижний предел массы определяется скоростью эволюции звёзд [[Главная последовательность|главной последовательности]] в белые карлики и скоростью последующего остывания. Чёрные карлики, как и массивные [[Коричневый карлик|коричневые карлики]], находятся в состоянии гидростатического равновесия, поддерживаемого давлением [[Вырожденный газ|вырожденного электронного газа]] их недр.
Массы чёрных карликов, подобно массам белых карликов, ограничиваются сверху [[Предел Чандрасекара|пределом Чандрасекара]], нижний предел массы определяется скоростью эволюции звёзд [[Главная последовательность|главной последовательности]] в белые карлики и скоростью последующего остывания. Чёрные карлики, как и массивные [[Коричневый карлик|коричневые карлики]], находятся в состоянии гидростатического равновесия, поддерживаемого давлением [[Вырожденный газ|вырожденного электронного газа]] их недр.


== Дальнейшая эволюция ==
Современные модели (2006 г.) остывания белых карликов предсказывают, что белые карлики, образованные при эволюции первого поколения звёзд (возраст ≈13 миллиардов лет) должны в настоящее время иметь температуры [[Фотосфера|фотосферы]] ≈3200 K и блеск в ≈16 [[Абсолютная звёздная величина|абсолютных звёздных величин]], то есть быть весьма тусклыми объектами. Они рассматриваются в качестве одних из кандидатов-компонентов [[Скрытая масса|скрытой массы]], входящей в состав массивных компактных объектов галактических гало ([[Массивный компактный объект гало|MACHO]])<ref>{{Cite web |url=http://www.cfht.hawaii.edu/Reference/Bulletin/Bull37/html/bullet13.htm |title=''Harvey B. Richer''. White Dwarfs in the Galactic Halo. CFHT Information Bulletin Number 37, Semester 97II |accessdate=2007-09-02 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20111024131006/http://www.cfht.hawaii.edu/Reference/Bulletin/Bull37/html/bullet13.htm |archivedate=2011-10-24 |deadlink=yes }}</ref>. Одним из примеров таких «остывших» объектов является белый карлик [[WD 0346+246]] с температурой поверхности 3900 K<ref>[http://www.journals.uchicago.edu/cgi-bin/resolve?1997ApJ...489L.157HPDF ''N.C. Hambly, S.J. Smart, S.T. Hodgkin''. WD 0346+246: a very low luminosity, cool degenerate in Taurus. The Astrophysical Journal, 489:L157-L160, 1997 November 10]</ref>. Для остывания белого карлика до температуры 5 K потребуется около 10<sup>15</sup> лет.
Современные модели (2006 г.) остывания белых карликов предсказывают, что белые карлики, образованные при эволюции первого поколения звёзд (возраст ≈13 миллиардов лет) должны в настоящее время иметь температуры [[Фотосфера|фотосферы]] ≈3200 K и блеск в ≈16 [[Абсолютная звёздная величина|абсолютных звёздных величин]], то есть быть весьма тусклыми объектами. Они рассматриваются в качестве одних из кандидатов-компонентов [[Скрытая масса|скрытой массы]], входящей в состав массивных компактных объектов галактических гало ([[Массивный компактный объект гало|MACHO]])<ref>{{Cite web |url=http://www.cfht.hawaii.edu/Reference/Bulletin/Bull37/html/bullet13.htm |title=''Harvey B. Richer''. White Dwarfs in the Galactic Halo. CFHT Information Bulletin Number 37, Semester 97II |accessdate=2007-09-02 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20111024131006/http://www.cfht.hawaii.edu/Reference/Bulletin/Bull37/html/bullet13.htm |archivedate=2011-10-24 |deadlink=yes }}</ref>. Одним из примеров таких «остывших» объектов является белый карлик [[WD 0346+246]] с температурой поверхности 3900 K<ref>[http://www.journals.uchicago.edu/cgi-bin/resolve?1997ApJ...489L.157HPDF ''N.C. Hambly, S.J. Smart, S.T. Hodgkin''. WD 0346+246: a very low luminosity, cool degenerate in Taurus. The Astrophysical Journal, 489:L157-L160, 1997 November 10]</ref>. По оценкам, их возраст от 11 до 12 миллиардов лет<ref>{{Cite web|lang=en|url=https://www.spacedaily.com/reports/12_Billion_Year_Old_White_Dwarf_Stars_Only_100_Light_Years_Away_999.html|title=12-Billion-Year-Old White-Dwarf Stars Only 100 Light-Years Away|author=|website=www.spacedaily.com|date=16 апреля 2012|publisher=University of Oklahoma|accessdate=2020-10-09}}</ref>. По расчётам, для остывания белого карлика до температуры 5 K потребуется около 10<sup>15</sup> лет<ref>{{Книга|ссылка=https://www.worldcat.org/oclc/45731700|автор=Barrow, John D., 1952-|заглавие=The anthropic cosmological principle|год=1996|место=Oxford [England]|издательство=Oxford University Press|страниц=1 online resource (xx, 706 pages)|isbn=0-585-23888-X, 978-0-585-23888-3}}</ref>.


На последних этапах остывания чёрных карликов (после {{nobr|10<sup>15</sup> лет}}) важную роль будет играть процесс гравитационного захвата и аннигиляции [[тёмная материя|тёмной материи]]. В отсутствие дополнительного источника энергии чёрные карлики становились бы более холодными и тусклыми, пока их температура не сравнялась бы с фоновой температурой Вселенной. Однако благодаря энергии, которую они извлекают из аннигиляции тёмной материи, белые карлики смогут дополнительно излучать энергию на протяжении ещё очень долгого времени. Полная мощность излучения одного чёрного карлика, обусловленная процессом аннигиляции тёмной материи, составляет приблизительно 10<sup>15</sup> ватт. И хотя эта незначительная мощность примерно в сто миллиардов (10<sup>11</sup>) раз слабее мощности излучения Солнца, именно этот механизм производства энергии будет главным в почти остывших чёрных карликах будущего. Такая выработка энергии будет продолжаться, пока [[галактическое гало]] остаётся целым — то есть в течение 10<sup>20</sup> — 10<sup>25</sup> лет<ref name="adams">{{статья |ссылка=http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9701131v1 |заглавие=A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects |издание=[[Reviews of Modern Physics]] |том=69 |номер=2 |страницы=337—372 |doi=10.1103/RevModPhys.69.337 |arxiv=astro-ph/9701131 |bibcode=1997RvMP...69..337A |язык=en |тип=journal |автор=Fred C. Adams; Gregory Laughlin |месяц=4 |год=1997}}</ref><ref>https://litresp.ru/chitat/ru/%D0%90/adams-fred/pyatj-vozrastov-vselennoj/5</ref>. Затем аннигиляция тёмной материи постепенно прекратится и они остынут и кристаллизуются окончательно. Дальнейшее будущее и окончательное состояние черных карликов зависит от того [[распад протона|стабилен протон или нет]].
Если существуют слабовзаимодействующие массивные частицы тёмной материи ([[Вимп|вимпы]]), возможно, на последних этапах остывания чёрных карликов (после {{nobr|10<sup>15</sup> лет}}) важную роль будет играть процесс гравитационного захвата и аннигиляции [[тёмная материя|тёмной материи]]. В отсутствие дополнительного источника энергии чёрные карлики становились бы более холодными и тусклыми, пока их температура не сравнялась бы с фоновой температурой Вселенной. Однако благодаря энергии, которую они могут извлекать из аннигиляции тёмной материи, белые карлики смогут дополнительно излучать энергию на протяжении ещё очень долгого времени. Полная мощность излучения одного чёрного карлика, обусловленная процессом аннигиляции тёмной материи, составляет приблизительно 10<sup>15</sup> ватт. И хотя эта незначительная мощность примерно в сто миллиардов (10<sup>11</sup>) раз слабее мощности излучения Солнца, именно этот механизм производства энергии будет главным в почти остывших чёрных карликах будущего. Такая выработка энергии будет продолжаться, пока [[галактическое гало]] остаётся целым — то есть в течение 10<sup>20</sup> — 10<sup>25</sup> лет<ref name="adams">{{статья |ссылка=http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9701131v1 |заглавие=A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects |издание=[[Reviews of Modern Physics]] |том=69 |номер=2 |страницы=337—372 |doi=10.1103/RevModPhys.69.337 |arxiv=astro-ph/9701131 |bibcode=1997RvMP...69..337A |язык=en |тип=journal |автор=Fred C. Adams; Gregory Laughlin |месяц=4 |год=1997}}</ref><ref>https://litresp.ru/chitat/ru/%D0%90/adams-fred/pyatj-vozrastov-vselennoj/5</ref>. Затем аннигиляция тёмной материи постепенно прекратится и они остынут и кристаллизуются окончательно. Дальнейшее будущее и окончательное состояние черных карликов зависит от того [[распад протона|стабилен протон или нет]].


Если протон распадается, то черные карлики испарятся через 10<sup>32</sup>−10<sup>49</sup> лет<ref>https://arxiv.org/pdf/2008.02296.pdf</ref>.
Если протон распадается, то черные карлики испарятся через 10<sup>32</sup>−10<sup>49</sup> лет<ref name=":0">{{Статья|ссылка=http://arxiv.org/abs/2008.02296|автор=M. E. Caplan|заглавие=Black Dwarf Supernova in the Far Future|год=2020-10-01|издание=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society|том=497|выпуск=4|страницы=4357–4362|issn=0035-8711, 1365-2966|doi=10.1093/mnras/staa2262}}</ref>.


Если протон не распадается, то их участь более интересная:
Если протон не распадается, то их участь более интересная:
* За счет квантовых эффектов [[предел Чандрасекара]] для черных карликов будет постепенно понижаться и через невообразимо большое количество время некоторые из них смогут вспыхнуть сверхновой. Такая яркая судьба ждет около 1 % самых массивных черных карликов. Квантовые процессы идут чрезвычайно медленно, первые взрывы черных карликов начнут происходить через 10<sup>1100</sup> лет, а последние закончатся через 10<sup>32000</sup> лет<ref>https://arxiv.org/pdf/2008.02296.pdf</ref>.
* За счет квантовых эффектов [[предел Чандрасекара]] для черных карликов будет постепенно понижаться и через невообразимо большое количество время некоторые из них смогут вспыхнуть сверхновой. Такая яркая судьба ждет около 1 % самых массивных чёрных карликов. Квантовые процессы идут чрезвычайно медленно, первые взрывы чёрных карликов начнут происходить через 10<sup>1100</sup> лет у карлика с массой около 1,35 солнечной, а последние закончатся через 10<sup>32000</sup> лет для звёздных остатков с массой 1,16 солнечных<ref name=":0" />.
* Остальные 99 % менее массивных черных карликов никогда не смогут взорваться, все их атомы постепенно превратятся в [[железо-56]]{{Нет источника}}, такие черные карлики станут [[Железная звезда|железными звездами]] и останутся в таком состоянии неограниченно долго — до тех пор, пока не будут выведены из равновесия внешними факторами.
* Остальные 99 % менее массивных чёрных карликов никогда не смогут взорваться, все их атомы постепенно превратятся в [[железо-56]], в процессе, который может протекать благодаря эффекту квантового туннелирования смежных ядер. Для ядер кремния-28 для их превращения в элементы группы железа приблизительная оценка времени туннелирования — 10<sup>1500</sup> лет<ref name=":0" />. Такие чёрные карлики станут [[Железная звезда|железными звездами]] и останутся в таком состоянии неограниченно долго — до тех пор, пока не будут выведены из равновесия внешними факторами.


== См. также ==
[[Тепловая смерть Вселенной]]


== Примечания ==
== Примечания ==

Версия от 06:39, 9 октября 2020

У этого термина существуют и другие значения, см. Чёрный карлик (значения).

Чёрные ка́рлики — остывшие и вследствие этого не излучающие (или слабоизлучающие) в видимом диапазоне белые карлики. Представляют собой конечную стадию эволюции белых карликов в отсутствие аккреции.

Название «чёрный карлик» также применялось к гипотетическим остывшим на поздних стадиях коричневым карликам - субзвёздным объектам, которые не имеют достаточной массы (менее примерно 0,08 M☉) для поддержания реакций ядерного синтеза[1][2][3][4].

Не следует путать чёрных карликов с чёрными дырами или чёрными звездами.

В настоящее время в астрономической литературе термин «чёрный карлик», как правило, не используется, поскольку они практически не встречаются ввиду долгого процесса остывания белых карликов. Известные объекты, которые можно было бы отнести к чёрным карликам, всё ещё достаточно горячи, поэтому такие объекты именуются белыми карликами (WD).

Массы чёрных карликов, подобно массам белых карликов, ограничиваются сверху пределом Чандрасекара, нижний предел массы определяется скоростью эволюции звёзд главной последовательности в белые карлики и скоростью последующего остывания. Чёрные карлики, как и массивные коричневые карлики, находятся в состоянии гидростатического равновесия, поддерживаемого давлением вырожденного электронного газа их недр.

Дальнейшая эволюция

Современные модели (2006 г.) остывания белых карликов предсказывают, что белые карлики, образованные при эволюции первого поколения звёзд (возраст ≈13 миллиардов лет) должны в настоящее время иметь температуры фотосферы ≈3200 K и блеск в ≈16 абсолютных звёздных величин, то есть быть весьма тусклыми объектами. Они рассматриваются в качестве одних из кандидатов-компонентов скрытой массы, входящей в состав массивных компактных объектов галактических гало (MACHO)[5]. Одним из примеров таких «остывших» объектов является белый карлик WD 0346+246 с температурой поверхности 3900 K[6]. По оценкам, их возраст от 11 до 12 миллиардов лет[7]. По расчётам, для остывания белого карлика до температуры 5 K потребуется около 1015 лет[8].

Если существуют слабовзаимодействующие массивные частицы тёмной материи (вимпы), возможно, на последних этапах остывания чёрных карликов (после 1015 лет) важную роль будет играть процесс гравитационного захвата и аннигиляции тёмной материи. В отсутствие дополнительного источника энергии чёрные карлики становились бы более холодными и тусклыми, пока их температура не сравнялась бы с фоновой температурой Вселенной. Однако благодаря энергии, которую они могут извлекать из аннигиляции тёмной материи, белые карлики смогут дополнительно излучать энергию на протяжении ещё очень долгого времени. Полная мощность излучения одного чёрного карлика, обусловленная процессом аннигиляции тёмной материи, составляет приблизительно 1015 ватт. И хотя эта незначительная мощность примерно в сто миллиардов (1011) раз слабее мощности излучения Солнца, именно этот механизм производства энергии будет главным в почти остывших чёрных карликах будущего. Такая выработка энергии будет продолжаться, пока галактическое гало остаётся целым — то есть в течение 1020 — 1025 лет[9][10]. Затем аннигиляция тёмной материи постепенно прекратится и они остынут и кристаллизуются окончательно. Дальнейшее будущее и окончательное состояние черных карликов зависит от того стабилен протон или нет.

Если протон распадается, то черные карлики испарятся через 1032−1049 лет[11].

Если протон не распадается, то их участь более интересная:

  • За счет квантовых эффектов предел Чандрасекара для черных карликов будет постепенно понижаться и через невообразимо большое количество время некоторые из них смогут вспыхнуть сверхновой. Такая яркая судьба ждет около 1 % самых массивных чёрных карликов. Квантовые процессы идут чрезвычайно медленно, первые взрывы чёрных карликов начнут происходить через 101100 лет у карлика с массой около 1,35 солнечной, а последние закончатся через 1032000 лет для звёздных остатков с массой 1,16 солнечных[11].
  • Остальные 99 % менее массивных чёрных карликов никогда не смогут взорваться, все их атомы постепенно превратятся в железо-56, в процессе, который может протекать благодаря эффекту квантового туннелирования смежных ядер. Для ядер кремния-28 для их превращения в элементы группы железа приблизительная оценка времени туннелирования — 101500 лет[11]. Такие чёрные карлики станут железными звездами и останутся в таком состоянии неограниченно долго — до тех пор, пока не будут выведены из равновесия внешними факторами.

См. также

Тепловая смерть Вселенной

Примечания

  1. ↑ R. F. Jameson, M. R. Sherrington, A. B. Giles. A failed search for black dwarfs as companions to nearby stars // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1983-11-01. — Т. 205, вып. 1. — С. 39P–41P. — ISSN 1365-2966 0035-8711, 1365-2966. — doi:10.1093/mnras/205.1.39p.
  2. ↑ Shiv S. Kumar. Study of Degeneracy in Very Light Stars. (англ.) // The Astronomical Journal. — 1962. — Vol. 67. — P. 579. — ISSN 0004-6256. — doi:10.1086/108658.
  3. ↑ David, Darling. brown dwarf (англ.). www.daviddarling.info. The Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy, and Spaceflight. (24 мая 2007). Дата обращения: 9 октября 2020.
  4. ↑ Jill Tarter. Brown Is Not a Color: Introduction of the Term ‘Brown Dwarf’ (англ.) // 50 Years of Brown Dwarfs: From Prediction to Discovery to Forefront of Research / Viki Joergens. — Cham: Springer International Publishing, 2014. — P. 19–24. — ISBN 978-3-319-01162-2. — doi:10.1007/978-3-319-01162-2_3.
  5. ↑ Harvey B. Richer. White Dwarfs in the Galactic Halo. CFHT Information Bulletin Number 37, Semester 97II. Дата обращения: 2 сентября 2007. Архивировано из оригинала 24 октября 2011 года.
  6. ↑ N.C. Hambly, S.J. Smart, S.T. Hodgkin. WD 0346+246: a very low luminosity, cool degenerate in Taurus. The Astrophysical Journal, 489:L157-L160, 1997 November 10
  7. ↑ 12-Billion-Year-Old White-Dwarf Stars Only 100 Light-Years Away (англ.). www.spacedaily.com. University of Oklahoma (16 апреля 2012). Дата обращения: 9 октября 2020.
  8. ↑ Barrow, John D., 1952-. The anthropic cosmological principle. — Oxford [England]: Oxford University Press, 1996. — 1 online resource (xx, 706 pages) с. — ISBN 0-585-23888-X, 978-0-585-23888-3.
  9. ↑ Fred C. Adams; Gregory Laughlin. A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects (англ.) // Reviews of Modern Physics : journal. — 1997. — April (vol. 69, no. 2). — P. 337—372. — doi:10.1103/RevModPhys.69.337. — Bibcode: 1997RvMP...69..337A. — arXiv:astro-ph/9701131.
  10. ↑ https://litresp.ru/chitat/ru/%D0%90/adams-fred/pyatj-vozrastov-vselennoj/5
  11. ↑ 1 2 3 M. E. Caplan. Black Dwarf Supernova in the Far Future // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 2020-10-01. — Т. 497, вып. 4. — С. 4357–4362. — ISSN 1365-2966 0035-8711, 1365-2966. — doi:10.1093/mnras/staa2262.

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Чёрный_карлик&oldid=109760433