Was bestimmt die Temperatur eines Weißen Zwergs?

Weiße Zwerge sind "tote Asche", die heiß sind, weil sie heiß entstanden sind. Sobald er sich gebildet hat, verbringt ein Weißer Zwerg die meiste Zeit damit, abzukühlen.

Die Oberflächentemperatur eines Weißen Zwergs ist etwa 100 Mal heißer als sein Inneres – das nahezu isotherm ist. Nachdem sich der Weiße Zwerg gebildet hat, sinkt die Oberflächentemperatur ab$>100,000$K in den ersten Millionen Jahren oder so nach der Entstehung auf 10.000 K nach etwa einer Milliarde Jahren und vielleicht 4000 K nach 10 Milliarden Jahren.

Die Hauptsache, die die Temperatur eines Weißen Zwergs bestimmt, ist daher, wie lange es her ist, seit er sich gebildet und abgekühlt hat.

Die Masse eines Weißen Zwergs ist ein eher sekundärer Parameter, der die Abkühlungsgeschwindigkeit beeinflusst. Ein massereicherer Weißer Zwerg hat bei gleicher Temperatur mehr innere Wärmeenergie. Es stellt sich jedoch heraus, dass massereichere Weiße Zwerge auch mehr Leuchtkraft ausstrahlen, sodass sich diese beiden Effekte nahezu aufheben. Ein subtilerer Effekt der Masse ist, dass massereichere Weiße Zwerge kleiner und viel dichter sind. Dadurch kristallisieren sie leichter – das erhöht die spezifische Wärmekapazität und setzt latente Wärme frei, was ihre Abkühlung verzögert. Andererseits werden die massiven Weißen Zwerge zu späteren Zeiten in die Quanten- Debye-Kühlphase eintreten , was zu einem drastischen Abfall der Wärmekapazität und einer sehr schnellen Abkühlung führt. Die Abhängigkeit von der Masse ist also recht komplex.

Das folgende Diagramm zeigt einige Modelle, wie die Temperatur (oberes Diagramm) mit dem Alter für Weiße Zwerge unterschiedlicher Masse abnimmt. Das Hauptmerkmal dieses Diagramms ist, wie massereichere und dichtere Weiße Zwerge zuerst die schnelle Debye-Abkühlungsphase erreichen. (Beachten Sie, dass dieses Diagramm aus einem Artikel stammt, in dem speziell die Entwicklung von massiven Weißen Zwergen diskutiert wird. Typischere Weiße Zwerge mit einer Sonnenmasse von 0,6 haben die Debye-Abkühlungsphase nach 10 Milliarden Jahren nicht erreicht. Ich habe Mühe, Abkühlungskurven für Temperatur und Alter zu finden für weniger massereiche Weiße Zwerge, da fast immer die Leuchtkraft aufgetragen wird).

Die zweite Frage betrifft die Dichte eines (abkühlenden) Weißen Zwergs. Bis zur ersten Ordnung bleibt die Dichte konstant – Weiße Zwerge schrumpfen beim Abkühlen nicht, weil sie vom Elektronenentartungsdruck getragen werden, der nicht von der Temperatur abhängt.

Dies gilt jedoch nicht ganz für junge Weiße Zwerge (weniger als sagen wir 100 Millionen Jahre alt). Diese können eine "aufgeblähte" Hülle haben, wenn das Gas nur teilweise degeneriert oder überhaupt nicht degeneriert ist und die auf die Temperatur so reagiert, wie Sie es vielleicht erwarten. Ein junger, heißer Weißer Zwerg kühlt ab, wird kleiner und seine durchschnittliche Dichte nimmt zu. Ich sage durchschnittlich, weil sich die Kerndichte eines solchen Weißen Zwergs kaum ändern wird; es sind wirklich nur die äußeren Schichten des Weißen Zwergs, die beim Abkühlen kompakter werden.