Skąd naukowcy wiedzą, że w galaktyce jest około 300 miliardów gwiazd, a galaktyk jest około 100 miliardów?

Samo myślenie o tym jest zadziwiające. Ale w jaki sposób naukowiec uzyskuje te liczby? Jakiej technologii / systemu / teorii używają?

Sposób działania jest następujący. Wykonujemy szczegółowe badania gwiazd w sąsiedztwie Słońca. Ustanawia to lokalną gęstość gwiazd i mieszankę mas, które posiadają (zwaną funkcją masy gwiezdnej). Porównujemy to z funkcją masy gromad gwiazd i zauważamy, że w pierwszym rzędzie wydaje się niezmienna.

Możemy następnie triangulować problem na różne sposoby: możemy stworzyć model gęstości gwiazdowej Galaktyki, zakładając, że ma ona tę samą funkcję masy, a zatem uzyskać wiele gwiazd. Model może być oparty na prymitywnych konwersjach światła na masę, ale częściej opierałby się na głębokich badaniach nieba - albo wąskich badaniach wiązki ołówkowej z HST, albo szerszych badaniach, takich jak SDSS, Kluczem jest umiejętność zliczania gwiazd ale także oszacuj, jak daleko są. Jest to wysoce niepewne i opiera się na niektórych założeniach dotyczących symetrii obejmujących regiony naszej Galaktyki, których nie możemy zbadać.

Inną metodą jest policzenie jasnych obiektów, które mogą działać jako znaczniki leżącej pod nimi populacji gwiazd (np. Czerwonych olbrzymów), porównanie tego z liczbą gigantów w naszym dobrze zbadanym położeniu, a następnie z tej ekstrapolacji do całkowitej liczby gwiazd opierając się na argumentach symetrii dla tych fragmentów Galaktyki, które są odległe lub zasłonięte przez pył.

Trzecim sposobem jest pytanie, ile gwiazd żyło i umarło, aby wzbogacić ośrodek międzygwiezdny ciężkimi pierwiastkami (czyli metalami). Na przykład okazuje się, że musiało istnieć około miliarda supernowych zapadających się rdzenia, aby wytworzyć cały tlen, który widzimy. Jeśli założymy, że funkcja masy jest niezmienna w czasie i że supernowe powstają z gwiazd powyżej 8 mas Słońca, wówczas wiemy również, ile długowiecznych gwiazd o niskiej masie urodziło się z rodzeństwem o dużej masie, i dlatego szacujemy, ile gwiazd istnieje dzisiaj .

Liczba, bez względu na to, czy będzie to 100 miliardów, czy 300 miliardów, jest nie bardziej dokładna niż współczynnik kilku, ale prawdopodobnie dokładniejsza niż rząd wielkości. Głównym problemem jest to, że najczęstszymi gwiazdami w Galaktyce są słabe karły M, które wnoszą do Galaktyki bardzo mało światła lub masy, więc naprawdę polegamy na ekstrapolacji naszej lokalnej wiedzy o tych obiektach.

Problem liczby galaktyk jest łatwiejszy, choć liczba ta jest słabiej zdefiniowana. Zakładamy, że na dużą skalę wszechświat jest jednorodny i izotropowy. Zliczamy, ile galaktyk możemy zobaczyć na danym obszarze, pomnożymy go, aby pokrył całe niebo. Liczbę należy następnie skorygować dla odległych słabych galaktyk, których nie można zobaczyć. Trudność polega na tym, że patrzymy w przeszłość i liczba galaktyk może nie zostać zachowana, zarówno poprzez ewolucję, jak i fuzje. Musimy więc wymyślić takie stwierdzenie, że „w obserwowalnym wszechświecie istnieje n galaktyk, które są jaśniejsze niż L”. Myślę, że ta liczba jest z pewnością tylko szacunkiem rzędu wielkości.

To kwestia statystyki.

Naukowcy zajmują niewielką ilość miejsca (powiedzmy 1 sekundę łuku ). Patrzą na nią uważnie za pomocą silnych teleskopów i liczą wszystkie gwiazdy i galaktyki, które widzą. Następnie dokonują ekstrapolacji tej liczby na całej widocznej przestrzeni.

Oczywiście mogą obliczyć kilka miejsc w przestrzeni i obliczyć średnią.

Ponieważ liczba jest ekstrapolowana, dlatego tak naprawdę nie ma znaczenia, czy jest to 100 miliardów czy 300 miliardów gwiazd. Celem jest mieć rząd wielkości wskazany przez Moriarty'ego.