Что определяет температуру белого карлика?

Белые карлики — это «мертвые угли», которые горячие, потому что они образовались горячими. Сформировавшись, белый карлик большую часть времени остывает.

Температура поверхности белого карлика примерно в 100 раз выше, чем его внутренняя часть, которая почти изотермическая. После образования белого карлика температура поверхности падает с$>100,000$K в первый миллион лет или около того после образования, до 10 000 K примерно через миллиард лет и, возможно, до 4 000 K через 10 миллиардов лет.

Следовательно, главное, что определяет температуру белого карлика, — это то, как давно он сформировался и начал остывать.

Масса белого карлика — несколько второстепенный параметр, влияющий на скорость охлаждения. Более массивный белый карлик имеет больше внутренней тепловой энергии при той же температуре. Однако оказывается, что более массивные белые карлики также излучают большую светимость, так что эти два эффекта почти компенсируются. Более тонкий эффект массы заключается в том, что более массивные белые карлики меньше и намного плотнее. Это приводит к тому, что они легче кристаллизуются - это повышает удельную теплоемкость и высвобождает скрытую теплоту, которая задерживает их охлаждение. С другой стороны, позднее массивные белые карлики войдут в стадию квантового дебаевского охлаждения , что приведет к резкому падению теплоемкости и очень быстрому охлаждению. Таким образом, зависимость от массы довольно сложная.

График ниже показывает некоторые модели того, как температура (верхний график) будет уменьшаться в зависимости от возраста для белых карликов разной массы. Основная особенность, выделенная на этом графике, заключается в том, что более массивные и плотные белые карлики первыми достигают фазы быстрого дебаевского охлаждения. (Обратите внимание, что этот график был взят из статьи, в которой конкретно обсуждается эволюция массивных белых карликов. Более типичные белые карлики с массой 0,6 солнечной массы не достигли дебаевской фазы охлаждения через 10 миллиардов лет. Я изо всех сил пытаюсь найти кривые охлаждения температуры в зависимости от возраста для менее массивные белые карлики, поскольку на графике почти всегда отображается светимость).

Второй вопрос касается плотности (охлаждающегося) белого карлика. В первом порядке плотность остается постоянной — белые карлики не сжимаются при охлаждении, потому что их поддерживает давление вырождения электронов, не зависящее от температуры.

Однако это не совсем так для молодых белых карликов (возрастом менее 100 миллионов лет). У них может быть «надутая» оболочка, если газ вырожден лишь частично или вообще не вырожден и реагирует на температуру так, как вы могли бы ожидать. Таким образом, молодой горячий белый карлик остынет, станет меньше, а его средняя плотность увеличится. Я говорю среднее, потому что плотность ядра такого белого карлика почти не изменится; на самом деле только внешние слои белого карлика становятся более компактными по мере охлаждения.