Ein schwarzer Zwerg ist ein weißer Zwerg, der sich auf die Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds abgekühlt hat und daher unsichtbar ist. Im Gegensatz zu roten Zwergen, braunen Zwergen und weißen Zwergen sind schwarze Zwerge völlig hypothetisch.
Sobald sich ein Stern zu einem weißen Zwerg entwickelt hat, hat er keine innere Wärmequelle mehr und leuchtet nur, weil er noch heiß ist. Wie etwas aus dem Ofen wird ein weißer Zwerg allein gelassen abkühlen, bis er die gleiche Temperatur wie seine Umgebung hat. Im Gegensatz zum heutigen Abendessen, das durch Konvektion, Leitung und Strahlung abkühlt, kühlt ein weißer Zwerg nur durch Strahlung ab.
Ein weißer Zwerg ist ein fantastischer Wärmeleiter, da der Druck der Elektronendegeneration verhindert, dass er zu einem Schwarzen Loch zusammenbricht (tatsächlich erklärt die Physik der Fermi-Gase die Leitfähigkeit sowohl der Weißen Zwerge als auch der Metalle!). Wie schnell ein Weißer Zwerg abkühlt, lässt sich leicht herausfinden. Dies hängt nur von seiner Anfangstemperatur, Masse und Zusammensetzung ab (die meisten sind Kohlenstoff plus Sauerstoff; einige sind möglicherweise überwiegend Sauerstoff, Neon und Magnesium; andere Helium). Oh, und da zumindest ein Teil des Kerns eines weißen Zwergs kristallisieren kann, wird die Abkühlungskurve dann eine kleine Beule haben.
Das Universum ist nur 13,7 Milliarden Jahre alt, und selbst ein vor 13 Milliarden Jahren gebildeter weißer Zwerg (unwahrscheinlich; die Sterne, die zu weißen Zwergen werden, brauchen ungefähr eine Milliarde Jahre, um dies zu tun) hätte immer noch eine Temperatur von einigen Tausend Grad. Der bisher kühlste weiße Zwerg hat eine Temperatur von etwas weniger als 3.000 K. Es ist noch ein langer Weg, bis er ein schwarzer Zwerg wird.
Es ist eigentlich ziemlich schwierig herauszufinden, wie lange es dauern würde, bis ein weißer Zwerg auf die Temperatur des CMB abgekühlt ist. Warum? Da es viele interessante Effekte gibt, die wichtig sein können, können wir sie noch nicht modellieren. Zum Beispiel wird ein weißer Zwerg dunkle Materie enthalten, und zumindest ein Teil davon kann über Zeiträume von Billiarden von Jahren zerfallen und Wärme erzeugen. Vielleicht sind Diamanten nicht für immer (auch Protonen können zerfallen); mehr Wärme. Und der CMB wird auch immer kühler, da sich das Universum weiter ausdehnt.
Wenn wir willkürlich sagen, dass ein weißer Zwerg bei 5 K zu einem schwarzen Zwerg wird, dauert es mindestens 10 bis 15 Jahre, bis sich einer bildet.
Noch etwas: Kein weißer Zwerg ist ganz allein; Einige haben binäre Begleiter, andere wandern möglicherweise durch eine Staubwolke… die unfehlbare Masse erzeugt ebenfalls Wärme, und wenn sich genug Wasserstoff auf der Oberfläche ansammelt, kann sie wie eine Wasserstoffbombe hochgehen (das sind Novae!) und den weißen Zwerg erwärmen ziemlich viel.
Mehr aus dem Space Magazine: Wie stirbt ein Stern?, Warum sterben Sterne? Und Hubble entdeckt eine seltsame Sammlung weißer Zwerge… Zwerge.
Das Ende des Universums Teil 1 und Teil 2 sind hörenswerte Astronomie-Cast-Episoden, ebenso wie das Leben der Sonne und das Leben anderer Sterne.
Verweise:
NASA
NASA: Zeitalter des Universums
Wikipedia
