Quando o número de estrelas será máximo?

23

Há muito aproximadamente uma "toupeira" de estrelas no universo. A Wikipedia cita uma estimativa de 3×1023 embora o número esteja associado a algum debate e incerteza.

Eu gostaria de saber se existem estimativas de quando o número de estrelas no universo será maximizado. Espera-se que aumente assintoticamente até um máximo, ou atingirá o pico e depois diminuirá.

Suponho que isso possa depender da definição de "estrela", se objetos anões marrons ou pretos forem contados ou não. Não quero pré-especificar, é mais provável que uma resposta boa e bem informada inclua essas informações.

uhoh
fonte
2
Boa pergunta! A definição também precisará considerar a inclusão de restos estelares - e não é uma consideração trivial, primeiro por proporção (por exemplo, das 100 estrelas mais próximas, 8 são anãs brancas = 8%) e, em segundo lugar, por efeito cumulativo (a maioria das estrelas acaba como remanescentes estelares). Se você incluí-los, é provável que encontrar um máximo surpreendentemente complexo, pois será necessário levar em consideração o número de binários que acabam se mesclando, a proporção de SNEs que não deixam restos corporais compactos, o número de estrelas e o compacto corpos que caem em SMBHs ...
Chappo diz restabelecer Monica
2
... e a trajetória de expansão acelerada, ou seja, em que ponto distante o tempo o espaço se expande com rapidez suficiente para impedir que um fragmento de nuvem molecular entre em colapso e, assim, nenhuma estrela nova possa nascer?
Chappo diz restabelecer Monica
1
Na verdade, depende principalmente do que você define como "universo" e "quando". Escrevi uma resposta para o número de estrelas em um volume que se movia em função da época cósmica. A resposta é consideravelmente mais complicada para o número de estrelas no universo observável, que é o que a wikipedia está falando (com incertezas de ordem de magnitude, na verdade).
Rob Jeffries
@RobJeffries, se houver uma estimativa por aí usando qualquer definição suportável de "universo" e "quando", isso seria ótimo. Como um aparte, eu pensei que havia pelo menos alguma influência sobre o tamanho / massa de todo o universo com base no que é observável e nos modelos, mas aparentemente não.
uhoh
1
"Suponho que isso possa depender de como a definição de" estrela "é considerada" Na verdade, acho que a questão do que "universo" significa pode ser mais um problema. Isso significa "tudo que existe"? Significa "tudo o que existe, no tempo t, no universo observável"? Significa "tudo o que está no espaço que está agora no universo observável"?
Acumulação

Respostas:

19

TL; DR Em algum lugar entre agora e algumas centenas de bilhões de anos. (Para um volume em movimento conjunto) Agora continue a ler.

N(m)

N(m)Φ(t)

tτ(m)τ(m)

t

N(t)=0tmN(m)Φ(t)N(m)Φ(tτ(m)) dm dt .

Eu tentaria (e possivelmente ainda tentarei) algum tipo de aproximação analítica, mas Madau & Dickinson (2014) fizeram isso melhor e levaram em conta a dependência da metalicidade de vidas estelares e a evolução química das galáxias. A taxa de formação estelar atingiu o pico há cerca de 10 bilhões de anos, é mais do que uma ordem de magnitude mais baixa agora e está diminuindo exponencialmente com uma constante de tempo de 3,9 bilhões de anos.

A massa estelar integrada é mostrada na Fig 11 (mostrada abaixo). Hoje ainda está aumentando, mas a uma taxa muito baixa e não passou pelo máximo. A razão para isso é que a maioria das estrelas tem massas de 0,2-0,3 massas solares e vidas muito mais longas que a idade do universo. Mesmo que essas estrelas sejam adicionadas a uma taxa muito lenta, sua taxa de mortalidade é zero no momento.

Densidade de massa estelar integrada (de Madau & Dickinson 2014)

Se a formação estelar continuasse em um nível baixo, o número de estrelas só começaria a diminuir significativamente quando as estrelas próximas ao pico da função de massa estelar, que nasceram nos primeiros tempos, começarem a morrer. O tempo de vida de uma estrela de massa solar de 0,25 é de cerca de um trilhão de anos ( Laughlin et al. 1997 ).

Por outro lado, se a formação estelar cessasse agora , o número de estrelas começaria imediatamente a diminuir.

Talvez possamos argumentar que o atual declínio exponencial continuará e o pico ocorrerá em mais alguns bilhões de anos quando estrelas de massas solares de 0,8 a 0,9 começarem a desaparecer. No entanto, isso é futurologia, uma vez que não temos uma teoria dos primeiros princípios que explique a dependência do tempo da formação estelar, então acredito que a melhor resposta que pode ser dada é algo entre agora e algumas centenas de bilhões de anos.

Observe que esta resposta assume um volume em movimento conjunto. Se a pergunta feita é formulada em termos do universo observável, porque o número de estrelas quase atingiu um platô, então a resposta se aproxima de qualquer idade que o volume do universo observável seja maximizado. Digo "próximo a", porque você deve considerar que o universo observável inclui estrelas em fatias de distância em todas as épocas cósmicas. Não estou disposto a realizar esse cálculo horrendo, mas observe que o atual modelo cosmológico de concordância tem nosso universo observável aumentando lentamente de um raio de 45 bilhões de anos-luz agora, para cerca de 60 bilhões de anos-luz no futuro Davis & Lineweaver 2005 , e isso pode compensar um lento declínio no número de estrelas em um volume em movimento.

Rob Jeffries
fonte
Tudo bem, isso levará algum tempo substancial para ler e pensar, alguns bilhões de anos, pelo menos. Obrigado!
uhoh
1
o número de estrelas por unidade de massa que vemos na população do Sol Esse seria o número de estrelas por unidade de massa que vemos na população da Via Láctea ?
PM 2Ring
"que passaram (são ou serão) sofreram reações de fusão nuclear para alimentar sua luminosidade" Isso me confunde - isso não inclui "restos estelares"?
Keith McClary
@KeithMcClary reescreve em andamento ...
Rob Jeffries
Então, estamos condenados, condenados ...! :-)
StephenG