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ZU schwarzer Zwerg ist ein Weißer Zwerg, der sich auf die Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds abgekühlt hat und somit unsichtbar ist. Im Gegensatz zu Roten Zwergen, Braunen Zwergen und Weißen Zwergen sind Schwarze Zwerge rein hypothetisch.
Hat sich ein Stern einmal zu einem Weißen Zwerg entwickelt, hat er keine innere Wärmequelle mehr und leuchtet nur, weil er noch heiß ist. Wie etwas aus dem Ofen geholt, wird ein Weißer Zwerg in Ruhe gelassen, bis er die gleiche Temperatur wie seine Umgebung hat. Im Gegensatz zum heutigen Abendessen, das durch Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung kühlt, kühlt ein Weißer Zwerg nur durch Strahlung.
Da es der Elektronenentartungsdruck ist, der verhindert, dass er zu einem Schwarzen Loch kollabiert, ist ein Weißer Zwerg ein fantastischer Wärmeleiter (tatsächlich erklärt die Physik der Fermi-Gase die Leitfähigkeit sowohl von Weißen Zwergen als auch von Metallen!). Wie schnell ein Weißer Zwerg abkühlt, lässt sich also leicht berechnen … es hängt nur von seiner Anfangstemperatur, Masse und Zusammensetzung ab (die meisten sind Kohlenstoff plus Sauerstoff; einige vielleicht hauptsächlich Sauerstoff, Neon und Magnesium, andere Helium). Oh, und da zumindest ein Teil des Kerns eines Weißen Zwergs kristallisieren kann, wird die Abkühlkurve dann etwas holprig sein.
Das Universum ist nur 13,7 Milliarden Jahre alt, daher hätte selbst ein Weißer Zwerg, der sich vor 13 Milliarden Jahren gebildet hat (unwahrscheinlich; die Sterne, die zu Weißen Zwergen werden, etwa eine Milliarde Jahre dafür benötigt), noch eine Temperatur von einigen Tausend Grad. Der kühlste bisher beobachtete Weiße Zwerg hat eine Temperatur von knapp unter 3.000 K. Bis er zum Schwarzen Zwerg wird, ist es noch ein weiter Weg.
Es ist ziemlich schwierig herauszufinden, wie lange es dauert, bis ein Weißer Zwerg auf die Temperatur des CMB abgekühlt ist. Wieso den? Da es viele interessante Effekte gibt, die wichtig sein können, Effekte, die wir noch nicht modellieren können. Zum Beispiel enthält ein Weißer Zwerg etwas Dunkle Materie, und zumindest ein Teil davon kann über Zeiträume von Billiarden von Jahren zerfallen und Wärme erzeugen. Vielleicht sind Diamanten nicht ewig (auch Protonen können zerfallen); mehr Hitze. Und der CMB wird auch immer kühler, da sich das Universum weiter ausdehnt.
Wie auch immer, wenn wir willkürlich sagen, dass bei 5 K aus einem Weißen Zwerg ein Schwarzer Zwerg wird, dann dauert es mindestens 10^15 Jahre, bis sich ein solcher gebildet hat.
Noch etwas: Kein Weißer Zwerg ist ganz allein; manche haben binäre Begleiter, andere können durch eine Staubwolke wandern … auch die einfallende Masse erzeugt Wärme, und wenn sich genug Wasserstoff an der Oberfläche aufbaut, kann er wie eine Wasserstoffbombe explodieren (das sind Novae!) und den Weißen Zwerg erwärmen ziemlich viel.
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Das Ende des Universums Teil 1 und Teil 2 sind Astronomy Cast-Episoden hörenswert, ebenso wie Das Leben der Sonne und Das Leben anderer Stars .
Verweise:
NASA
NASA: Zeitalter des Universums
Wikipedia
