¿Cómo saben los científicos que hay alrededor de 300 mil millones de estrellas en una galaxia y que hay alrededor de 100 mil millones de galaxias?

Solo pensar en esto es alucinante. Pero, ¿cómo obtienen los científicos estos números? ¿Qué tecnología / sistema / teoría utilizan?

La forma en que funciona es la siguiente. Hacemos estudios detallados de estrellas en el vecindario solar. Esto establece la densidad local de las estrellas y la mezcla de masas que poseen (llamada función de masa estelar). Comparamos eso con la función de masa de los cúmulos de estrellas y observamos que, en primer orden, parece invariante.

Luego podemos triangular el problema de varias maneras: podemos hacer un modelo para la densidad estelar de la Galaxia, asumir que todo tiene la misma función de masa y, por lo tanto, obtener una cantidad de estrellas. El modelo puede basarse en conversiones crudas de luz a masa, pero con mayor frecuencia se basaría en estudios profundos del cielo, ya sea estudios de haz de lápiz estrecho desde HST o estudios más amplios como SDSS, la clave es poder contar estrellas pero también estiman qué tan lejos están. Esto es altamente incierto y se basa en algunas suposiciones sobre la simetría para cubrir regiones de nuestra galaxia que no podemos investigar.

Otro método es contar objetos brillantes que podrían actuar como trazadores de la población estelar subyacente (por ejemplo, gigantes rojos), comparar eso con el número de gigantes en nuestra localidad bien estudiada, y desde este extrapolar hasta un número total de estrellas, nuevamente confiando en argumentos de simetría para esos pedazos de la galaxia que están distantes u oscurecidos por el polvo.

Una tercera forma es preguntar cuántas estrellas han vivido y muerto para enriquecer el medio interestelar con elementos pesados ​​(también conocidos como metales). Por ejemplo, resulta que debe haber alrededor de mil millones de supernovas de colapso del núcleo para crear todo el oxígeno que vemos. Si suponemos que la función de masa es invariante con el tiempo y que las supernovas surgen de estrellas superiores a 8 masas solares, entonces también sabemos cuántas estrellas de baja masa de larga vida nacieron con sus hermanos de alta masa y, por lo tanto, estimamos cuántas estrellas existen hoy en día. .

El número, ya sea 100 mil millones o 300 mil millones, no es más preciso que un factor de unos pocos, pero probablemente sea más preciso que un orden de magnitud. El problema principal es que las estrellas más comunes en la Galaxia son débiles enanas M, que contribuyen con muy poca luz o masa a la Galaxia, por lo que realmente confiamos en una extrapolación de nuestro conocimiento local de estos objetos.

El problema del número de galaxias es más fácil, aunque el número está menos definido. Suponemos que a gran escala el universo es homogéneo e isotrópico. Contamos cuántas galaxias podemos ver en un área en particular, lo multiplicamos para cubrir todo el cielo. El número debe corregirse para galaxias débiles distantes que no se pueden ver. Lo difícil aquí es que estamos mirando hacia el pasado y el número de galaxias puede no conservarse, ya sea a través de la evolución o las fusiones. Así que tenemos que tratar de llegar a una declaración como "hay n galaxias en el universo observable hoy que son más luminosas que L". Creo que este número es ciertamente solo un cálculo de orden de magnitud.

Es una cuestión de estadísticas.

Los científicos toman una pequeña cantidad del espacio (digamos 1 segundo de arco ). Lo miran cuidadosamente con telescopios fuertes y cuentan todas las estrellas y galaxias que ven. Luego, extrapolan ese número en el espacio visible total.

Por supuesto, pueden calcular varios puntos del espacio y hacer un recuento promedio.

Dado que el número se extrapola, es por eso que realmente no importa si son 100 mil millones o 300 mil millones de estrellas. El objetivo es tener un orden de magnitud como lo señala Moriarty.