¿Cuándo será el número de estrellas máximo?

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Hay aproximadamente un "lunar" de estrellas en el universo. Wikipedia cita una estimación de 3×1023 aunque el número está asociado con cierto debate e incertidumbre.

Me gustaría saber si hay estimaciones de cuándo se maximizará el número de estrellas en el universo. ¿Se espera que aumente asintóticamente a algún máximo, o aumentará y luego disminuirá?

Supongo que esto podría depender de cuál sea la definición de "estrella", si los objetos enanos marrones o negros se cuentan o no. No quiero especificar previamente, es más probable que una respuesta buena y bien informada incluya esta información.

UH oh
fuente
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¡Buena pregunta! La definición también tendrá que considerar si se incluyen los restos estelares, y no es una consideración trivial, en primer lugar por proporción (por ejemplo, de las 100 estrellas más cercanas, 8 son enanas blancas = 8%), y en segundo lugar por efecto acumulativo (la mayoría de las estrellas terminan como restos estelares). Si los incluye, es probable que encontrar un máximo sea sorprendentemente complejo, ya que deberá tener en cuenta la cantidad de binarios que terminan fusionándose, la proporción de SNE que no dejan remanente de cuerpo compacto, la cantidad de estrellas y compactas. cuerpos que caen en SMBH ...
Chappo dice reinstalar a Mónica
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... y la trayectoria de la aceleración de la expansión, es decir, ¿en qué punto lejano del tiempo se expande el espacio lo suficientemente rápido como para evitar el colapso de un fragmento de nube molecular y, por lo tanto, no pueden nacer nuevas estrellas?
Chappo dice que reinstala a Mónica
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En realidad, depende principalmente de lo que defina como "universo" y "cuándo". He escrito una respuesta para el número de estrellas en un volumen que se mueve conjuntamente en función de la época cósmica. La respuesta es considerablemente más complicada para la cantidad de estrellas en el universo observable, que es de lo que habla Wikipedia (con incertidumbres de orden de magnitud en realidad).
Rob Jeffries
@RobJeffries si hay una estimación por ahí utilizando cualquier definición compatible de "universo" y "cuándo", estaría bien. Como comentario aparte, pensé que había al menos algo de control sobre el tamaño / masa del todo el universo basado en lo que es observable y los modelos, pero aparentemente no.
uhoh
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"Supongo que esto podría depender de cuál sea la definición de" estrella "como" En realidad, creo que la cuestión de qué significa "universo" puede ser un problema mayor. ¿Significa "todo en existencia"? ¿Significa "todo lo que está, a partir del tiempo t, en el universo observable"? ¿Significa "todo lo que está en el espacio que ahora está en el universo observable"?
Acumulación

Respuestas:

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TL; DR En algún lugar entre ahora y unos cientos de miles de millones de años. (Para un volumen en movimiento) Ahora siga leyendo.

Si se incluyen los restos estelares, entonces la respuesta está muy lejos en el futuro, si los componentes de los bariones comienzan a decaer. Así que supongamos que "estrellas" significa aquellas cosas que están experimentando reacciones de fusión nuclear para potenciar su luminosidad. Supongamos además que la función de masa estelar, (norte(metro) es el número de estrellas por unidad de masa) que vemos en las proximidades del Sol, es representativa de las poblaciones en todas las galaxias en todo momento (es difícil comenzar, sin suponer esta).

El número de estrellas que han nacido es igual a la suma a lo largo del tiempo (la integral) y a la masa de norte(metro) multiplicada por la velocidad a la que la masa se convierte en estrellas en un volumen similar del universoΦ(t) .

Luego necesitamos restar una suma a lo largo del tiempo y la masa de la tasa de muerte estelar en el mismo volumen comoving. La tasa de muerte estelar es la tasa de nacimiento estelar en un momento t-τ(metro) , dondeτ(metro) es la vida estelar dependiente de la masa. Ignoramos la transferencia de masa en sistemas binarios y suponemos que los múltiplos pueden tratarse como componentes estelares independientes.

t

norte(t)=0 0tmetronorte(metro)Φ(t)-norte(metro)Φ(t-τ(metro)) remetro ret .

Iba a intentar (y posiblemente aún lo haré) algún tipo de aproximación analítica, pero Madau y Dickinson (2014) lo han hecho mejor y han tenido en cuenta la dependencia de la metalicidad de las vidas estelares y la evolución química de las galaxias. La tasa de formación estelar alcanzó su punto máximo hace unos 10 mil millones de años, ahora es más de un orden de magnitud menor y está disminuyendo exponencialmente con una constante de tiempo de 3,9 mil millones de años.

La masa estelar integrada se muestra en su Fig 11 (que se muestra a continuación). Todavía está aumentando hoy, pero a un ritmo muy bajo y no ha pasado por un máximo. La razón de esto es que la mayoría de las estrellas tienen masas de 0.2-0.3 masas solares y vidas mucho más largas que la edad del universo. Incluso si estas estrellas se agregan a una velocidad muy lenta, su tasa de mortalidad es cero en la actualidad.

Densidad de masa estelar integrada (de Madau y Dickinson 2014)

Si la formación de estrellas continuara en un nivel bajo, entonces el número de estrellas solo comenzaría a disminuir significativamente una vez que las estrellas cercanas al pico de la función de masa estelar, que nacieron en los primeros tiempos, comiencen a morir. La vida útil de una estrella de masa solar de 0.25 es de alrededor de un billón de años ( Laughlin et al. 1997 ).

Por otro lado, si la formación de estrellas cesara ahora , el número de estrellas comenzaría a disminuir inmediatamente.

Quizás podríamos argumentar que la disminución exponencial actual continuará y que el pico llegará en unos pocos miles de millones de años cuando las estrellas de 0.8-0.9 masas solares comiencen a desaparecer. Sin embargo, eso es futurología dado que no tenemos una teoría de los primeros principios que explique la dependencia del tiempo de la formación de estrellas, por lo que creo que la mejor respuesta que se puede dar es en algún momento entre ahora y unos cientos de miles de millones de años.

Tenga en cuenta que esta respuesta supone un volumen que se mueve conjuntamente. Si la pregunta formulada está redactada en términos del universo observable, debido a que el número de estrellas casi ha alcanzado una meseta, entonces la respuesta se acerca a la edad que se maximiza el volumen del universo observable. Digo "cerca de" porque tienes que tener en cuenta que el universo observable incluye estrellas en cortes de distancia en todas las épocas cósmicas. No estoy dispuesto a realizar este horrendo cálculo, pero tenga en cuenta que el modelo cosmológico de concordancia actual hace que nuestro universo observable aumente lentamente de alrededor de un radio de 45 mil millones de años luz ahora, a unos 60 mil millones de años luz en el futuro lejano Davis & Lineweaver 2005 , y Esto puede compensar un lento descenso en el número de estrellas en un volumen que se mueve conjuntamente.

Rob Jeffries
fuente
Está bien, esto llevará un tiempo considerable para leer y pensar, unos pocos miles de millones de años al menos. ¡Gracias!
uhoh
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el número de estrellas por unidad de masa que vemos en la población del Sol ¿Debería ser ese el número de estrellas por unidad de masa que vemos en la población de la Vía Láctea ?
PM 2Ring
"que han (son o serán) reacciones de fusión nuclear para potenciar su luminosidad" Esto me confunde: ¿esto no incluye "restos estelares"?
Keith McClary
@KeithMcClary reescribe en curso ...
Rob Jeffries
¡Así que estamos condenados, condenados .....! :-)
StephenG