Un nano nero è un nano bianco che si è raffreddato fino alla temperatura del fondo cosmico a microonde, e quindi è invisibile. A differenza dei nani rossi, dei nani marroni e dei nani bianchi, i nani neri sono del tutto ipotetici.
Una volta che una stella si è evoluta per diventare una nana bianca, non ha più una fonte interna di calore e brilla solo perché è ancora calda. Come qualcosa preso dal forno, lasciato solo un nano bianco si raffredderà fino a quando non avrà la stessa temperatura dell'ambiente circostante. A differenza della cena di stasera, che si raffredda per convezione, conduzione e radiazione, una nana bianca si raffredda solo per radiazione.
Poiché è la pressione della degenerazione degli elettroni che gli impedisce di collassare per diventare un buco nero, un nano bianco è un fantastico conduttore di calore (in effetti, la fisica dei gas di Fermi spiega la conducibilità sia dei nani bianchi che dei metalli!). La velocità con cui un nano bianco si raffredda è così facile da capire ... dipende solo dalla sua temperatura iniziale, massa e composizione (la maggior parte sono carbonio più ossigeno; alcuni forse principalmente ossigeno, neon e magnesio; altri elio). Oh, e poiché almeno una parte del nucleo di una nana bianca potrebbe cristallizzarsi, la curva di raffreddamento avrà un po 'di protuberanza in quel momento.
L'universo ha solo 13,7 miliardi di anni, quindi anche un nano bianco formato 13 miliardi di anni fa (improbabile; le stelle che diventano nani bianchi impiegano circa un miliardo di anni per farlo) avrebbe ancora una temperatura di alcune migliaia gradi. La nana bianca più fredda osservata finora ha una temperatura di poco inferiore a 3.000 K. Una lunga strada da percorrere prima che diventi una nana nera.
Capire quanto tempo impiegherebbe un nano bianco a raffreddarsi alla temperatura del CMB è in realtà abbastanza complicato. Perché? Poiché ci sono molti effetti interessanti che possono essere importanti, effetti che non possiamo ancora modellare. Ad esempio, una nana bianca conterrà della materia oscura, e almeno una parte di essa potrebbe decadere, nell'arco di periodi di quadrilioni di anni, generando calore. Forse i diamanti non sono per sempre (anche i protoni possono decadere); più calore. E anche la CMB sta diventando sempre più fresca, mentre l'universo continua ad espandersi.
Ad ogni modo, se diciamo, arbitrariamente, che a 5 K una nana bianca diventa una nana nera, allora ci vorranno almeno 10 ^ 15 anni per formarsi.
Ancora una cosa: nessun nano bianco è totalmente solo; alcuni hanno compagni binari, altri possono vagare attraverso una nuvola di polvere ... anche la massa in caduta genera calore, e se abbastanza idrogeno si accumula in superficie, potrebbe esplodere come una bomba all'idrogeno (ecco cosa sono le novae!), riscaldando la nana bianca un bel po.
Altro dallo Space Magazine: Come muore una stella? Perché muoiono le stelle? E Hubble scopre una strana collezione di nani bianchi ... nani.
The End of the Universe Parte 1 e Parte 2 sono episodi di Cast di Astronomia che vale la pena ascoltare, così come La vita del sole e La vita delle altre stelle.
Riferimenti:
NASA
NASA: Age of the Universe
Wikipedia
