Une naine noire est une naine blanche qui s'est refroidie à la température du fond cosmique des micro-ondes et est donc invisible. Contrairement aux naines rouges, naines brunes et naines blanches, les naines noires sont entièrement hypothétiques.
Une fois qu'une étoile a évolué pour devenir une naine blanche, elle n'a plus de source de chaleur interne et ne brille que parce qu'elle est encore chaude. Comme quelque chose sorti du four, laissé seul, un nain blanc se refroidira jusqu'à ce qu'il atteigne la même température que son environnement. Contrairement au dîner de ce soir, qui se refroidit par convection, conduction et rayonnement, une naine blanche ne se refroidit que par rayonnement.
Parce que c'est la pression de dégénérescence des électrons qui l'empêche de s'effondrer pour devenir un trou noir, une naine blanche est un fantastique conducteur de chaleur (en fait, la physique des gaz de Fermi explique la conductivité des naines blanches et des métaux!). La rapidité avec laquelle une naine blanche se refroidit est donc facile à déterminer ... cela ne dépend que de sa température initiale, de sa masse et de sa composition (la plupart sont du carbone plus de l'oxygène; certains peuvent être principalement de l'oxygène, du néon et du magnésium; d'autres de l'hélium). Oh, et comme au moins une partie du noyau d'une naine blanche peut se cristalliser, la courbe de refroidissement aura un peu de bosse à ce moment-là.
L'univers n'a que 13,7 milliards d'années, donc même une naine blanche formée il y a 13 milliards d'années (peu probable; les étoiles qui deviennent des naines blanches prennent un milliard d'années, ou alors, pour ce faire), elle aurait encore une température de quelques milliers degrés. La naine blanche la plus fraîche observée à ce jour a une température d'un peu moins de 3 000 K. Un long chemin à parcourir avant de devenir une naine noire.
Déterminer combien de temps il faudrait à une naine blanche pour se refroidir à la température du CMB est en fait assez délicat. Pourquoi? Parce qu'il y a beaucoup d'effets intéressants qui peuvent être importants, des effets que nous ne pouvons pas encore modéliser. Par exemple, une naine blanche contiendra de la matière noire, et au moins une partie de celle-ci peut se décomposer, sur des plages de quadrillions d'années, générant de la chaleur. Peut-être que les diamants ne sont pas éternels (les protons peuvent aussi se décomposer); plus de chaleur. Et le CMB se refroidit tout le temps aussi, alors que l'univers continue de s'étendre.
De toute façon, si nous disons, arbitrairement, qu’à 5 K un nain blanc devient un nain noir, alors il faudra au moins 10 ^ 15 ans pour qu’un se forme.
Encore une chose: aucun nain blanc n'est totalement seul; certains ont des compagnons binaires, d'autres peuvent errer à travers un nuage de poussière… la masse infaillible génère également de la chaleur, et si suffisamment d'hydrogène s'accumule à la surface, elle peut exploser comme une bombe à hydrogène (c'est ce que sont les novae!), réchauffant la naine blanche un peu.
Plus de Space Magazine: Comment une étoile meurt?, Pourquoi les étoiles meurent?, Et Hubble découvre une étrange collection de nains blancs… Nains.
La fin de l'univers, partie 1 et partie 2, sont des épisodes de casting d'astronomie qui méritent d'être écoutés, tout comme La vie du soleil et La vie d'autres étoiles.
Références:
NASA
NASA: Age of the Universe
Wikipédia
