смерть красного карлика / минимальная масса, необходимая для белого карлика?

Звезды, масса которых меньше примерно$0.5 M_{\odot}$не воспламенит гелий в своих ядрах, подобно тому, как звезды с$M<8M_{\odot}$имеют недостаточно массивные ядра, которые никогда не достигают температуры, достаточной для воспламенения углерода.

Причиной в обоих случаях является возникновение давления вырождения электронов, которое не зависит от температуры и позволяет остыть ядру при постоянном давлении и радиусе. [Нормальный газ будет сжиматься и становиться горячее по мере потери энергии!]

Конечный результат для$0.5M_{\odot}$звезда будет гелиевым белым карликом с массой (в зависимости от неясных деталей процесса потери массы) около$0.2M_{\odot}$. Такие вещи существуют в природе сейчас, но только потому, что они претерпели какой-то массообмен в бинарной системе, который ускорил их эволюцию. Коллапс до вырожденного состояния был бы неизбежен даже для звезд с наименьшей массой (которые, конечно, тогда были бы очень маломассивными белыми карликами). Когда инертное ядро ​​сжимается, оно теряет тепло и охлаждается - более высокая плотность и более низкая температура в конечном итоге приводят к вырожденным условиям, которые позволяют ядру охлаждаться без потери давления.

Звезды с наименьшей массой ($<0.3 M_{\odot}$) попадают туда немного другим путем - они полностью конвективны, поэтому «ядра» на самом деле не существует, оно всегда смешивается с оболочкой. Они не превращаются в красных гигантов и поэтому, я думаю, потеряют массу гораздо меньше.

Остаток в любом случае будет белым карликом и принципиально отличается от коричневого карлика как по размеру, так и по структуре, потому что он будет состоять из гелия, а не (в основном) из водорода. Это должно иметь двоякий эффект. При той же массе коричневый карлик должен оказаться больше, потому что количество единиц массы на электрон меньше (1 против 2), а также потому, что эффекты конечной температуры больше в материале с меньшим количеством единиц массы на частицу, т. е. в его внешней части. , невырожденный слой был бы более "пухлым". NB: Коричневые карлики, которые мы видим сегодня, размером с Юпитер, но все еще остывают. Они станут немного меньше и более дегенеративными.

Простой расчет размера может использовать приближение идеального холодного вырожденного газа. Немного простой физики с использованием теоремы вириала дает вам

$$\left(\frac{R}{R_{\odot}}\right) \simeq 0.013\left(\frac{\mu_e}{2}\right)^{-5/3} \left(\frac{M}{M_{\odot}}\right)^{-1/3},$$ куда $\mu_e$- количество атомных единиц массы на электрон. Вводя соответствующие числа, я получаю $0.32\ R_{Jup}$для $0.07M_{\odot}$Гелиевый белый карлик против $1.01\ R_{Jup}$для $0.07M_{\odot}$полностью вырожденный водородный коричневый карлик (на практике он будет немного меньше, потому что это не только водород).

Однако было бы интересно увидеть некоторые реалистичные расчеты того, что происходит с$0.07M_{\odot}$коричневый карлик против$0.08M_{\odot}$звезды через триллион лет или около того. Я обновлю ответ, если встречу такое исследование.

РЕДАКТИРОВАТЬ: я знал, что видел что-то об этом. Посмотрите Laughlin et al. (1997) , в котором изучается долговременная эволюция звезд с очень малой массой. Звезды с малой массой не проходят через фазу красного гиганта, остаются полностью конвективными и, таким образом, могут превращать почти весь свой водород в гелий в течение жизни.$10^{13}$лет и в конечном итоге остывают как вырожденные белые карлики.