thumb|300px|Artystyczna wizja czarnego karła. Czarny karzeł – hipotetyczna gwiazda zdegenerowana powstająca, kiedy biały karzeł wypala się całkowicie i nie może emitować już promieniowania elektromagnetycznego. Ponieważ czas stygnięcia białego karła do stanu czarnego karła szacowany jest jako dłuższy niż obecny wiek Wszechświata (13,79 miliarda lat), forma ta prawdopodobnie jeszcze nie istnieje. Temperatura najzimniejszych białych karłów stanowi jeden z obserwacyjnych limitów wieku Wszechświata.

Nazwa „czarny karzeł” została również zastosowana do hipotetycznych zimnych brązowych karłów, z masą niewystarczającą (mniejszą niż około 0,07 M☉) do przeprowadzania syntezy jądrowej z wykorzystaniem wodoru.

Powstawanie Biały karzeł to pozostałość po gwieździe ciągu głównego o małej lub średniej masie (poniżej ok. 9–10 mas słońca), po tym, jak wyczerpała ona wszystkie pierwiastki, dla których miała wystarczającą temperaturę do ich fuzji. To, co po niej pozostaje, to gęsta kula zdegenerowanej materii, która powoli ochładza się przez promieniowanie cieplne, ostatecznie stając się czarnym karłem.

Nawet gdyby czarne karły istniały, byłyby bardzo trudne do wykrycia, ponieważ z założenia emitują bardzo mało promieniowania. Być może dałoby się je wykryć na skutek zaobserwowania ich oddziaływania grawitacyjnego. Wiele białych karłów o temperaturze poniżej 3900 K (3630 °C, 6560 °F) (odpowiada typowi widmowemu M0) zostało znalezionych w roku 2012 przez astronomów dzięki użyciu 2,4-metrowego teleskopu znajdującego się w . Szacuje się, że te białe karły mają 11 do 12 miliardów lat.

Ponieważ ewolucja gwiazd w dalekiej przyszłości zależy od zagadnień fizycznych, które są słabo poznane, takich jak natura ciemnej materii oraz możliwość i tempo rozpadu protonów (czego istnienie nie zostało jeszcze udowodnione), nie wiadomo dokładnie, jak długo trwa ochładzanie się białych karłów do stadium czarnego karła. Barrow i Tipler szacują, że białemu karłowi zajęłoby 1015 lat, aby ochłodzić się do temperatury 5 K (–268,15 °C; –459,56 °F); jednakże, jeśli istnieją słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP), oddziaływania pomiędzy tymi cząstkami mogą utrzymywać znacznie wyższą temperaturę niektórych białych karłów przez około 1025. Jeżeli protony nie są stabilne, temperatura białych karłów również będzie utrzymywana dzięki energii uwalnianej z rozpadu protonów. Przy hipotetycznym czasie życia protonu wynoszącym 1037 lat, Adams i Laughlin obliczyli, że rozpad protonów zwiększy temperaturę efektywną powierzchni starego białego karła o masie jednej masy Słońca do około 0,06 K (–273,09 °C; –459,56 °F). Chociaż temperatura ta jest niska, uważa się, że jest cieplejsza niż temperatura mikrofalowego promieniowania tła 1037 lat w przyszłości.

Spekuluje się, że niektóre masywne czarne karły mogą ostatecznie wywołać wybuchy supernowych. Zjawisko to wystąpi, jeśli procesy (oparte na gęstości) przekształcą większość gwiazdy w , który rozpada się w żelazo poprzez emisję pozytonu. Obniżyłoby to granicę Chandrasekhara dla niektórych czarnych karłów poniżej ich rzeczywistej masy. Jeżeli ten punkt zostałby osiągnięty, biały karzeł uległby zapadnięciu się i zainicjowana zostałaby niekontrolowana fuzja jądrowa. Największa eksplozja miałaby miejsce tuż poniżej granicy Chandrasekhara, przy około 1,41 masy Słońca i trwałaby około 101100 lat, a najmniejsza eksplozja miałaby miejsce przy około 1,16 masy Słońca i trwałaby około 1032000 lat, co stanowiłoby około 1% wszystkich czarnych karłów. Jedynym głównym zastrzeżeniem jest fakt, że rozpad protonów zmniejszałby masę czarnego karła o wiele szybciej, niż zachodzą procesy pyknonuklearne, zapobiegając jakiejkolwiek eksplozji supernowej.

W najnowszych badaniach zbadano „szybkość parowania i czas rozpadu nieobracającej się gwiazdy o stałej gęstości spowodowane tworzeniem się par wywołanych krzywizną czasoprzestrzeni i zastosowano to do zwartych pozostałości gwiazd, takich jak gwiazdy neutronowe i białe karły”. Autorzy stwierdzają w szczególności, że charakterystyczny czas parowania białych karłów wynosi ≥ 1078 lat, czyli o wiele mniej niż wcześniej przypuszczano. Jednakże inni autorzy zauważyli, że tworzenie par grawitacyjnych nie może wydarzyć się w przypadku obiektów takich jak białe lub czarne karły, w związku z czym czas życia czarnych karłów prawdopodobnie będzie tym, który został poprzednio oszacowany.

Przyszłość Słońca

Kiedy za około 8 miliardów lat w jądrze Słońca ustaną procesy fuzji helu oraz jego warstwy zostaną wyrzucone w postaci mgławicy planetarnej, stanie się białym karłem i za około trylion lat ostatecznie przestanie emitować jakiekolwiek światło. W następstwie tego procesu Słońce nie będzie widoczne gołym okiem, co sprawi, że zniknie z pola widzenia, nawet jeżeli jego wpływ grawitacyjny w dalszym ciągu będzie wyraźny. Szacowany czas, po którego upływie Słońce ochłodzi się na tyle, że stanie się czarnym karłem, to 1015 (1 kwadrylion) lat, jednak proces ten może potrwać znacznie dłużej, jeżeli słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP) istnieją. Opisany fenomen jest uznawany za obiecującą metodę weryfikacji istnienia WIMP oraz czarnych karłów.

Zobacz też błękitny karzeł czerwony karzeł pomarańczowy karzeł śmierć cieplna Wszechświata

Przypisy

Kategoria:Białe karły Kategoria:Hipotetyczne typy gwiazd