Woher wissen Wissenschaftler, dass es in einer Galaxie ungefähr 300 Milliarden Sterne und ungefähr 100 Milliarden Galaxien gibt?

Nur darüber nachzudenken ist umwerfend. Aber wie kommen Wissenschaftler zu diesen Zahlen? Welche Technologie / System / Theorie verwenden sie?

Die Funktionsweise ist wie folgt. Wir machen detaillierte Studien von Sternen in der Sonnenumgebung. Dies bestimmt die lokale Dichte der Sterne und die Mischung der Massen, die sie besitzen (als Sternmassenfunktion bezeichnet). Wir vergleichen das mit der Massenfunktion von Sternhaufen und stellen fest, dass sie in erster Ordnung unveränderlich erscheint.

Wir können das Problem dann auf verschiedene Arten triangulieren: Wir können ein Modell für die Sternendichte der Galaxie erstellen, davon ausgehen, dass alle die gleiche Massenfunktion haben und somit eine Reihe von Sternen erhalten. Das Modell basiert möglicherweise auf groben Licht-Masse-Umrechnungen, basiert jedoch häufiger auf tiefen Vermessungen des Himmels - entweder auf schmalen Bleistiftstrahlvermessungen von HST oder auf breiteren Vermessungen wie SDSS. Der Schlüssel besteht darin, Sterne zählen zu können sondern auch schätzen, wie weit sie entfernt sind. Dies ist höchst ungewiss und beruht auf einigen Annahmen zur Symmetrie, um Regionen unserer Galaxie abzudecken, die wir nicht untersuchen können.

Eine andere Methode besteht darin, helle Objekte zu zählen, die als Tracer der zugrunde liegenden Sternpopulation fungieren könnten (z. B. rote Riesen), diese mit der Anzahl der Riesen in unserem gut untersuchten Gebietsschema zu vergleichen und von dieser auf eine Gesamtzahl von Sternen zu extrapolieren Verlassen Sie sich auf Symmetrieargumente für jene Teile der Galaxie, die entfernt oder durch Staub verdeckt sind.

Ein dritter Weg ist zu fragen, wie viele Sterne gelebt haben und gestorben sind, um das interstellare Medium mit schweren Elementen (auch bekannt als Metalle) anzureichern. Zum Beispiel stellt sich heraus, dass es ungefähr eine Milliarde Kernkollaps-Supernovae gegeben haben muss, um den gesamten Sauerstoff zu erzeugen, den wir sehen. Wenn wir annehmen, dass die Massenfunktion zeitlich unveränderlich ist und Supernovae aus Sternen über 8 Sonnenmassen entstehen, wissen wir auch, wie viele langlebige Sterne mit geringer Masse mit ihren Geschwistern mit hoher Masse geboren wurden, und schätzen daher, wie viele Sterne heute existieren .

Die Zahl, ob 100 Milliarden oder 300 Milliarden, ist nicht genauer als ein Faktor von wenigen, aber wahrscheinlich genauer als eine Größenordnung. Das Hauptproblem ist, dass die häufigsten Sterne in der Galaxie schwache M-Zwerge sind, die nur sehr wenig Licht oder Masse in die Galaxie einbringen. Daher verlassen wir uns wirklich auf eine Extrapolation unseres lokalen Wissens über diese Objekte.

Das Problem mit der Anzahl der Galaxien ist einfacher, obwohl die Anzahl weniger genau definiert ist. Wir nehmen an, dass das Universum im großen Maßstab homogen und isotrop ist. Wir zählen, wie viele Galaxien wir in einem bestimmten Gebiet sehen können, multiplizieren sie, um den gesamten Himmel zu bedecken. Die Anzahl muss dann für entfernte schwache Galaxien korrigiert werden, die nicht gesehen werden können. Das Schwierige dabei ist, dass wir in die Vergangenheit schauen und die Anzahl der Galaxien möglicherweise weder durch Evolution noch durch Fusionen erhalten bleibt. Wir müssen also versuchen, eine Aussage wie "Es gibt heute n Galaxien im beobachtbaren Universum, die leuchtender als L sind" zu finden. Ich denke, diese Zahl ist sicherlich nur eine Größenordnungsschätzung.

Es ist eine Frage der Statistik.

Wissenschaftler nehmen einen kleinen Teil des Raums ein (sagen wir 1 Sekunde Bogen ). Sie betrachten es sorgfältig mit starken Teleskopen und zählen alle Sterne und Galaxien, die sie sehen. Dann extrapolieren sie diese Zahl auf den gesamten sichtbaren Raum.

Natürlich können sie mehrere Stellen des Raums berechnen und eine durchschnittliche Zählung durchführen.

Da die Zahl hochgerechnet wird, spielt es keine Rolle, ob es sich um 100 oder 300 Milliarden Sterne handelt. Das Ziel ist eine Größenordnung, auf die Moriarty hinweist.