จำนวนดาวจะสูงสุดเมื่อใด

มี "โมล" ของดาวในจักรวาลคร่าวๆ วิกิพีเดียเสนอราคาประมาณแม้ว่าจำนวนนั้นจะเกี่ยวข้องกับการถกเถียงและความไม่แน่นอน $3 \times 10^{23}$

ฉันต้องการทราบว่ามีการประมาณจำนวนเมื่อใดที่จำนวนดาวในจักรวาลจะเพิ่มขึ้น มันคาดว่าจะเพิ่ม asymptotically เป็นจำนวนสูงสุดหรือจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง

ฉันคิดว่าสิ่งนี้อาจขึ้นอยู่กับความหมายของคำว่า "ดาว" ที่จะเป็นถ้าวัตถุแคระสีน้ำตาลหรือสีดำถูกนับหรือไม่ ฉันไม่ต้องการระบุล่วงหน้าเป็นไปได้มากว่าคำตอบที่ดีและมีข้อมูลครบถ้วนจะรวมข้อมูลนี้

— เอ่อโอ้
แหล่งที่มา

คำถามที่ดี! คำจำกัดความจะต้องพิจารณาด้วยว่าจะรวมซากดาวฤกษ์หรือไม่และเป็นการพิจารณาที่ไม่สำคัญอันดับแรกตามสัดส่วน (เช่น 100 ดาวที่อยู่ใกล้ที่สุด 8 ดวงเป็นดาวแคระขาว = 8%) และอันดับที่สองจากผลกระทบสะสม (ดาวส่วนใหญ่ท้ายสุด เป็นเศษดาวฤกษ์) หากคุณรวมพวกเขาแล้วการหาค่าสูงสุดนั้นน่าจะซับซ้อนอย่างน่าประหลาดใจเนื่องจากมันจะต้องคำนึงถึงจำนวนของไบนารีที่รวมกันแล้วสัดส่วนของ SNEs ที่ไม่เหลือเศษซากขนาดกะทัดรัดจำนวนดาวและขนาดกะทัดรัด ศพที่ตกลงสู่ SMBHs ...

— Chappo พูดว่า Reinstate Monica

... และวิถีแห่งการเร่งการขยายตัวนั่นคือ ณ จุดที่ห่างไกลในเวลาใดที่อวกาศขยายตัวเร็วพอที่จะป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนเมฆโมเลกุลหลุดจากการยุบดังนั้นจึงไม่มีดาวดวงใหม่เกิดขึ้นได้?

— Chappo พูดว่า Reinstate Monica

จริงๆแล้วมันขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณนิยามว่า "จักรวาล" และ "เมื่อ" ฉันเขียนคำตอบสำหรับจำนวนดาวในปริมาตรที่เคลื่อนไหวร่วมกันซึ่งเป็นฟังก์ชันของยุคจักรวาล คำตอบนั้นยากมากสำหรับจำนวนดาวในเอกภพที่สังเกตได้ซึ่งเป็นสิ่งที่วิกิพีเดียกำลังพูดถึง (ด้วยความไม่แน่นอนของขนาดจริง)

— Rob Jeffries

@RobJeffries หากมีการประมาณโดยใช้คำจำกัดความที่สนับสนุนของ "จักรวาล" และ "เมื่อ" ที่จะได้รับการปรับ นอกจากนี้ฉันคิดว่าอย่างน้อยก็มีบางอย่างที่จัดการกับขนาด / มวลของเอกภพทั้งหมดโดยยึดตามสิ่งที่สังเกตได้และแบบจำลอง แต่ไม่ชัดเจน

— uhoh

"ฉันคิดว่าสิ่งนี้อาจขึ้นอยู่กับนิยามของคำว่า" ดาว "ว่า" จริง ๆ แล้วฉันคิดว่าคำถามที่ว่า "เอกภพ" หมายถึงอะไรอาจมีปัญหามากกว่านี้ มันหมายถึง "ทุกสิ่งที่มีอยู่"? มันหมายถึง "ทุกอย่างที่เป็นเวลา t ในจักรวาลที่สังเกตได้" หรือไม่? มันหมายความว่า "ทุกอย่างที่อยู่ในพื้นที่ที่มีในขณะนี้ในจักรวาล"?

— สะสม

TL; DR อยู่ที่ไหนสักแห่งระหว่างนี้ถึงเวลาสองสามร้อยพันล้านปี (สำหรับเสียงที่เคลื่อนไหวร่วม)ตอนนี้อ่านต่อ

ถ้ามีเศษซากดาวรวมอยู่ด้วยคำตอบนั้นอยู่ไกลมากในอนาคตแน่นอนถ้าและเมื่อส่วนประกอบของ baryons เริ่มสลายตัว ดังนั้นสมมติว่า "ดาว" หมายถึงสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ระหว่างการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเพื่อเพิ่มความส่องสว่าง สมมติว่าฟังก์ชั่นมวลของดาวฤกษ์ (คือจำนวนดาวต่อมวลหน่วย) ที่เราเห็นในย่านดวงอาทิตย์เป็นตัวแทนของประชากรในกาแลคซีทั้งหมดตลอดเวลา (ยากที่จะเริ่มต้นโดยไม่สันนิษฐาน นี้). $N(m)$

จำนวนดาวที่เกิดมามีค่าเท่ากับผลรวมตลอดเวลา (อินทิกรัล) และมวลมากกว่าคูณด้วยอัตราที่มวลกลายเป็นดาวฤกษ์ในปริมาณ comoving ของจักรวาล . $N(m)$ $\Phi(t)$

จากนั้นเราต้องลบจำนวนรวมเมื่อเวลาผ่านไปและมวลของอัตราการเสียชีวิตของดาวฤกษ์ในปริมาตรการเคลื่อนที่ที่เท่ากัน อัตราการตายของดาวฤกษ์คืออัตราการเกิดของดาวฤกษ์ ณ เวลาโดยที่คืออายุของดวงดาวที่ขึ้นอยู่กับมวล เราเพิกเฉยต่อการถ่ายโอนจำนวนมากในระบบไบนารีและสมมติว่าทวีคูณสามารถถือว่าเป็นองค์ประกอบของดาวฤกษ์อิสระ $t-\tau(m)$ $\tau(m)$

ดังนั้นจำนวนดาวในเวลาคือประมาณ ในการค้นหาว่านี่เป็นจำนวนสูงสุดเราแยกความแตกต่างตามเวลาและถือเป็นศูนย์ คือเรามองหาช่วงเวลาที่อัตราการเกิดและการตายของดาวฤกษ์เหมือนกัน $t$

N_{*} (t) = \int_{0}^{t} \int_{m} N (m) Φ (t^{'}) - N (m) Φ (t^{'} - τ (m)) d m d t^{'} .

$N_*(t) = \int_0^{t} \int_m N(m) \Phi(t') - N(m)\Phi(t'-\tau(m))\ dm\ dt'\ .$

ฉันกำลังจะ (และอาจจะยังคงอยู่) พยายามประมาณการวิเคราะห์บางอย่าง แต่Madau & Dickinson (2014)ทำได้ดีกว่าและคำนึงถึงการพึ่งพาโลหะของอายุการเป็นตัวเอกและวิวัฒนาการทางเคมีของกาแลคซี อัตราการก่อตัวของดาวสูงถึง 10 พันล้านปีที่แล้วซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าลำดับที่ลดลงในขณะนี้และลดลงอย่างมากด้วยค่าคงที่เวลา 3.9 พันล้านปี

มวลดวงดาวในตัวจะแสดงในรูปที่ 11 (แสดงด้านล่าง) มันยังคงเพิ่มขึ้นในวันนี้ แต่ในอัตราที่ต่ำมากและยังไม่ผ่านจุดสูงสุด เหตุผลสำหรับเรื่องนี้ก็คือดาวส่วนใหญ่มีมวลของ 0.2-0.3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์และอายุขัยที่ยาวนานกว่าอายุของจักรวาล แม้ว่าดาวเหล่านี้จะถูกเพิ่มในอัตราที่ช้ามากอัตราการตายของพวกมันจะเป็นศูนย์ในปัจจุบัน

หากการก่อตัวดาวฤกษ์ยังคงอยู่ในระดับต่ำจำนวนดาวจะเริ่มลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อดาวฤกษ์ใกล้จุดสูงสุดของมวลมวลดาวฤกษ์ซึ่งเกิดในช่วงแรกเริ่มจะตาย อายุการใช้งานของดาวมวลสุริยะ 0.25 เท่าอยู่ที่ล้านล้านปี ( Laughlin et al. 1997 )

ในทางตรงกันข้ามถ้าการก่อตัวดาวฤกษ์หยุดลงในขณะนี้จำนวนดวงดาวก็จะเริ่มลดลงทันที

บางทีเราอาจโต้เถียงว่าการลดลงของเลขชี้กำลังในปัจจุบันจะดำเนินต่อไปและจุดสูงสุดจะมาถึงในอีกไม่กี่พันล้านปีเมื่อดาวมวล 0.8-0.9 ดวงอาทิตย์เริ่มตาย อย่างไรก็ตามนั่นคือ futurology เนื่องจากเราไม่มีทฤษฎีหลักการแรกที่อธิบายการพึ่งพาเวลาของการก่อตัวดาวฤกษ์ดังนั้นฉันเชื่อว่าคำตอบที่ดีที่สุดที่สามารถให้ได้คือตอนนี้และอีกไม่กี่แสนล้านปี

โปรดทราบว่าคำตอบนี้ถือว่าเป็นปริมาณที่เคลื่อนไหวร่วม หากคำถามที่ถามนั้นเป็นวลีในแง่ของเอกภพที่สังเกตได้เพราะจำนวนดวงดาวเกือบจะถึงที่ราบสูงคำตอบก็จะใกล้เคียงกับทุกระดับของจักรวาลที่สามารถสังเกตเห็นได้ ฉันพูดว่า "ใกล้" เพราะคุณต้องคำนึงถึงสิ่งที่จักรวาลที่สังเกตได้รวมถึงดวงดาวที่อยู่ห่างจากดวงดาวในทุกช่วงเวลาของจักรวาล ฉันไม่เต็มใจที่จะดำเนินการคำนวณที่น่ากลัวนี้ แต่ทราบว่ารูปแบบที่สอดคล้องกับดาราศาสตร์ปัจจุบันมีจักรวาลของเราค่อย ๆ เพิ่มขึ้นจากรอบรัศมี 45 พันล้านปีแสงในขณะนี้เพื่อประมาณ 60 พันล้านปีแสงในอนาคตที่ไกลเดวิส & Lineweaver 2005และ สิ่งนี้อาจชดเชยการลดลงอย่างช้าๆของจำนวนดาวฤกษ์ในปริมาณที่เคลื่อนไหวได้

— Rob Jeffries
แหล่งที่มา

โอเคนี่จะใช้เวลาพอสมควรในการอ่านและคิดอย่างน้อยสองสามพันล้านปี ขอขอบคุณ!

— uhoh

จำนวนดาวต่อหน่วยมวลที่เราเห็นในประชากรของดวงอาทิตย์นั้นควรเป็นจำนวนดาวต่อมวลหน่วยที่เราเห็นในประชากรของทางช้างเผือกหรือไม่?

— PM 2Ring

"ที่มี (หรือจะหรือ) จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นต่อพลังงานความส่องสว่างของพวกเขา" นี่ทำให้ฉันสับสน - สิ่งนี้ไม่รวม "เศษซากดาว"?

— Keith McClary

@KeithMcClary กำลังเขียน ...

— Rob Jeffries

ดังนั้นเราถึงวาระวาระ ..... ! :-)

— StephenG