Una enana negra es un remanente estelar teórico , específicamente una enana blanca que se ha enfriado lo suficiente como para no emitir más calor o luz significativos . Debido a que se calcula que el tiempo necesario para que una enana blanca alcance este estado es mayor que la edad actual del universo (13.800 millones de años), no se espera que existan enanas negras en el universo en la actualidad. La temperatura de las enanas blancas más frías es un límite observacional de la edad del universo. [1]
El nombre "enana negra" también se ha aplicado a hipotéticas enanas marrones enfriadas en etapa tardía : objetos subestelares con masa insuficiente (menos de aproximadamente 0,07 M ☉ ) para mantener la fusión nuclear que quema hidrógeno . [2] [3] [4] [5]
Una enana blanca es lo que queda de una estrella de secuencia principal de masa baja o media (por debajo de aproximadamente 9 a 10 masas solares ( M ☉ )) después de haber expulsado o fusionado todos los elementos para los que tiene suficiente temperatura para fusionarse. [1] Lo que queda es entonces una esfera densa de materia degenerada en electrones que se enfría lentamente por radiación térmica , convirtiéndose finalmente en una enana negra. [6] [7]
Si existieran enanas negras, sería difícil detectarlas porque, por definición, emitirían muy poca radiación. Sin embargo, serían detectables a través de su influencia gravitatoria . [8] En 2012, los astrónomos descubrieron varias enanas blancas enfriadas por debajo de los 3900 K (3630 °C; 6560 °F) (equivalentes a la clase espectral M0) utilizando el telescopio de 2,4 metros del Observatorio MDM . Se estima que tienen entre 11 y 12 mil millones de años. [9]
Como la evolución de las estrellas en el futuro lejano depende de cuestiones físicas que se entienden mal, como la naturaleza de la materia oscura y la posibilidad y la tasa de desintegración de protones (cuya existencia aún está por demostrar), no se sabe con precisión cuánto tiempo tardarán las enanas blancas en enfriarse hasta la oscuridad. [10] : §§IIIE, IVA Barrow y Tipler estiman que una enana blanca tardaría entre 10 y 15 años en enfriarse hasta los 5 K (−268,15 °C; −450,67 °F); [11] sin embargo, si existen partículas masivas que interactúan débilmente (WIMP), las interacciones con estas partículas pueden mantener a algunas enanas blancas mucho más calientes que esto durante aproximadamente 10 y 25 años. [10] : §IIIE Si los protones no son estables, las enanas blancas también se mantendrán calientes gracias a la energía liberada por la desintegración de protones. Para una vida útil hipotética del protón de 10 37 años, Adams y Laughlin calculan que la desintegración del protón elevará la temperatura superficial efectiva de una enana blanca vieja de una masa solar a aproximadamente 0,06 K (−273,09 °C; −459,56 °F). Aunque fría, se cree que es más caliente que la temperatura de radiación de fondo de microondas cósmica dentro de 10 37 años. [10]
Se especula que algunas enanas negras masivas pueden llegar a producir explosiones de supernova . Esto ocurrirá si la fusión picnonuclear (basada en la densidad) procesa gran parte de la estrella hasta convertirla en hierro, lo que reduciría el límite de Chandrasekhar para algunas enanas negras por debajo de su masa real. Si se alcanza este punto, colapsaría e iniciaría una fusión nuclear descontrolada. La más masiva que explotaría tendría cerca de 1,35 masas solares y tomaría del orden de 1000 millones de toneladas.10 1100 años , mientras que el menos masivo en explotar sería de aproximadamente 1,16 masas solares y tomaría del orden10 32 000 años , lo que representa alrededor del 1% de todas las enanas negras. Una advertencia importante es que la desintegración de protones reduciría la masa de una enana negra mucho más rápidamente que los procesos picnonucleares, lo que evitaría cualquier explosión de supernova. [12]
Una vez que el Sol deje de fusionar helio en su núcleo y expulse sus capas en una nebulosa planetaria en unos 8 mil millones de años, se convertirá en una enana blanca y, además, a lo largo de billones de años, finalmente dejará de emitir luz. Después de eso, el Sol no será visible para el equivalente al ojo humano desnudo , lo que lo eliminará de la vista óptica incluso si los efectos gravitacionales son evidentes. El tiempo estimado para que el Sol se enfríe lo suficiente como para convertirse en una enana negra es de al menos 10 15 (1 cuatrillón) de años, aunque podría llevar mucho más tiempo que esto, si existen partículas masivas de interacción débil (WIMPs), como se describió anteriormente. Los fenómenos descritos se consideran un método prometedor de verificación de la existencia de WIMPs y enanas negras. [13]
