¿Cuándo será el número de estrellas máximo?

Hay aproximadamente un "lunar" de estrellas en el universo. Wikipedia cita una estimación de $3 \times 10^{23}$ 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.

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, ($N(m)$ 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 $N(m)$ multiplicada por la velocidad a la que la masa se convierte en estrellas en un volumen similar del universo$\Phi(t)$ .

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 $t-\tau(m)$ , donde$\tau(m)$ 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.

$t$

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.

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.