Wann ist die Anzahl der Sterne maximal?

Es gibt ungefähr einen "Maulwurf" von Sternen im Universum. Wikipedia zitiert eine Schätzung von obwohl die Anzahl mit einigen Diskussionen und Unsicherheiten verbunden ist.$3 \times 10^{23}$

Ich würde gerne wissen, ob es Schätzungen gibt, wann sich die Anzahl der Sterne im Universum maximieren wird. Wird erwartet, dass es asymptotisch bis zu einem gewissen Maximum ansteigt, oder wird es seinen Höhepunkt erreichen und dann abnehmen?

Ich nehme an, das könnte davon abhängen, wie die Definition von "Stern" lautet, ob braune oder schwarze Zwergobjekte gezählt werden oder nicht. Ich möchte keine Vorgabe machen, es ist wahrscheinlicher, dass eine gute, gut informierte Antwort diese Informationen enthält.

TL; DR Irgendwo zwischen jetzt und ein paar hundert Milliarden Jahren. (Für eine mitlaufende Lautstärke) Lesen Sie jetzt weiter.

Wenn sternförmige Überreste enthalten sind, ist die Antwort in der Tat sehr weit in der Zukunft, wenn und wann die Bestandteile von Baryonen anfangen zu zerfallen. Nehmen wir also an, dass "Sterne" die Dinge bedeuten, die Kernfusionsreaktionen durchlaufen, um ihre Leuchtkraft zu steigern. Nehmen wir weiter an, dass die Sternmassenfunktion ( ist die Anzahl der Sterne pro Masseeinheit), die wir in der Nachbarschaft der Sonne sehen, für Populationen in allen Galaxien zu jeder Zeit repräsentativ ist (ohne Annahme schwierig zu starten) Dies).$N(m)$

Die Anzahl der Sterne, die geboren wurden, ist gleich der Summe über die Zeit (das Integral) und über die Masse von multipliziert mit der Geschwindigkeit, mit der Masse in einem kommenden Volumen des Universums in Sterne verwandelt wird .$N(m)$$\Phi(t)$

Wir müssen dann eine Summe über die Zeit und die Masse der Rate des Sternentodes im selben mitlaufenden Volumen subtrahieren. Die Rate des Sternentodes ist die Rate der Sternentstehung zu einem Zeitpunkt , wobei die massenabhängige Lebensdauer des Sterns ist. Wir ignorieren den Stofftransfer in binären Systemen und nehmen an, dass Multiples als unabhängige Sternkomponenten behandelt werden können.$t-\tau(m)$$\tau(m)$

Somit ist die Anzahl der Sterne zum Zeitpunkt ungefähr Um herauszufinden, wo dies ein Maximum ist, differenzieren wir in Bezug auf die Zeit und setzen dann Null gleich. Wir suchen nach der Zeit, in der die Geburten- und Sterblichkeitsraten der Sterne gleich sind.$t$

Ich wollte (und werde es möglicherweise immer noch versuchen), aber Madau & Dickinson (2014) haben es besser gemacht und die Metallizitätsabhängigkeit der Lebensdauern von Sternen und die chemische Entwicklung von Galaxien berücksichtigt. Die Sternentstehungsrate erreichte vor etwa 10 Milliarden Jahren ihren Höhepunkt, ist jetzt mehr als eine Größenordnung niedriger und nimmt mit einer Zeitkonstante von 3,9 Milliarden Jahren exponentiell ab.

Die integrierte Sternmasse ist in Abb. 11 dargestellt (siehe unten). Es nimmt heute immer noch zu, aber mit einer sehr geringen Geschwindigkeit und hat ein Maximum nicht überschritten. Der Grund dafür ist, dass die meisten Sterne Massen von 0,2-0,3 Sonnenmassen und Lebensdauern haben, die viel länger sind als das Alter des Universums. Selbst wenn diese Sterne sehr langsam hinzugefügt werden, beträgt ihre Sterblichkeitsrate derzeit null.

Wenn die Sternentstehung auf niedrigem Niveau fortgesetzt würde, würde die Anzahl der Sterne erst dann signifikant abnehmen, wenn die Sterne in der Nähe des Gipfels der Sternmassenfunktion, die zu den frühesten Zeitpunkten geboren wurden, zu sterben beginnen. Die Lebensdauer eines Sterns mit einer Sonnenmasse von 0,25 liegt bei rund einer Billion Jahren ( Laughlin et al. 1997 ).

Auf der anderen Seite würde die Anzahl der Sterne sofort abnehmen, wenn die Sternentstehung jetzt aufhören würde.

Vielleicht könnten wir argumentieren, dass der derzeitige exponentielle Rückgang anhält und der Höhepunkt in ein paar Milliarden Jahren erreicht wird, wenn Sterne mit einer Sonnenmasse von 0,8 bis 0,9 zu sterben beginnen. Dies ist jedoch Futurologie, da wir keine Theorie der ersten Prinzipien haben, die die Zeitabhängigkeit der Sternentstehung erklärt. Ich glaube, die beste Antwort, die gegeben werden kann, liegt irgendwo zwischen jetzt und ein paar hundert Milliarden Jahren.

Beachten Sie, dass diese Antwort ein gleichlaufendes Volumen voraussetzt. Wenn die gestellte Frage in Bezug auf das beobachtbare Universum formuliert ist und die Anzahl der Sterne fast ein Plateau erreicht hat, nähert sich die Antwort dem Alter, in dem das Volumen des beobachtbaren Universums maximiert ist. Ich sage "nah dran", weil man berücksichtigen muss, dass das beobachtbare Universum in allen kosmischen Epochen Sterne in Abstandsscheiben enthält. Ich bin nicht bereit, diese horrende Berechnung durchzuführen, aber ich stelle fest, dass unser beobachtbares Universum nach dem aktuellen Konkordanzkosmologiemodell langsam von einem Radius von 45 Milliarden Lichtjahren auf etwa 60 Milliarden Lichtjahre in der fernen Zukunft von Davis & Lineweaver 2005 und 2005 zunimmt Dies kann einen langsamen Rückgang der Anzahl der Sterne in einem sich gleichzeitig bewegenden Volumen ausgleichen.