Kapan jumlah bintang maksimum?

Secara kasar ada "mol" bintang-bintang di alam semesta. Wikipedia mengutip perkiraan meskipun jumlahnya dikaitkan dengan beberapa perdebatan dan tidak pasti.$3 \times 10^{23}$

Saya ingin tahu apakah ada perkiraan kapan jumlah bintang di alam semesta akan memaksimalkan. Apakah itu diperkirakan akan meningkat secara asimptot ke tingkat maksimum, atau akan mencapai puncaknya dan kemudian menurun.

Saya kira ini bisa tergantung pada apa definisi "bintang" diambil, apakah benda kerdil coklat atau hitam dihitung atau tidak. Saya tidak ingin menentukan sebelumnya, kemungkinan besar jawaban yang baik dan informasi lengkap akan mencakup informasi ini.

TL; DR Di suatu tempat antara sekarang dan beberapa ratus miliar tahun. (Untuk volume co-moving) Sekarang baca terus.

Jika sisa-sisa bintang dimasukkan, maka jawabannya sangat jauh di masa depan, jika dan ketika konstituen baron mulai membusuk. Jadi mari kita asumsikan bahwa "bintang" berarti benda-benda yang mengalami reaksi fusi nuklir untuk menyalakan luminositasnya. Mari kita lebih jauh berasumsi bahwa fungsi massa bintang, ( $N(m)$ adalah jumlah bintang per satuan massa) yang kita lihat di lingkungan Matahari adalah perwakilan populasi di semua galaksi setiap saat (sulit untuk memulai, tanpa mengasumsikan ini).

Jumlah bintang yang telah dilahirkan adalah sama dengan jumlah dari waktu ke waktu (integral) dan lebih dari massa $N(m)$ dikalikan dengan laju di mana massa diubah menjadi bintang-bintang dalam volume yang mengembang dari alam semesta $\Phi(t)$ .

Kita kemudian perlu mengurangi jumlah dari waktu ke waktu dan massa dari tingkat kematian bintang dalam volume yang sama. Tingkat kematian bintang adalah tingkat kelahiran bintang pada waktu $t-\tau(m)$ , di mana $\tau(m)$ adalah masa hidup bintang yang bergantung pada massa. Kami mengabaikan transfer massa dalam sistem biner dan berasumsi bahwa multipel dapat diperlakukan sebagai komponen bintang independen.

$t$

Saya akan (dan mungkin masih akan) mencoba semacam pendekatan analitik, tetapi Madau & Dickinson (2014) telah melakukannya dengan lebih baik dan memperhitungkan ketergantungan metallicity dari masa hidup bintang dan evolusi kimia dari galaksi. Tingkat pembentukan bintang memuncak sekitar 10 miliar tahun yang lalu, lebih dari urutan besarnya lebih rendah sekarang dan secara eksponensial menurun dengan konstanta waktu 3,9 miliar tahun.

Massa bintang terintegrasi ditunjukkan pada Gambar 11 mereka (ditunjukkan di bawah). Ini masih meningkat hari ini, tetapi pada tingkat yang sangat rendah dan belum melewati maksimum. Alasan untuk ini adalah bahwa sebagian besar bintang memiliki massa 0,2-0,3 massa matahari dan masa hidup lebih lama dari usia alam semesta. Bahkan jika bintang-bintang ini ditambahkan pada tingkat yang sangat lambat, tingkat kematian mereka adalah nol saat ini.

Jika pembentukan bintang terus berlanjut pada tingkat rendah maka jumlah bintang hanya akan mulai berkurang secara signifikan begitu bintang-bintang di dekat puncak fungsi massa bintang, yang dilahirkan pada masa paling awal, mulai mati. Umur bintang massa matahari 0,25 adalah sekitar satu triliun tahun ( Laughlin et al. 1997 ).

Di sisi lain jika pembentukan bintang berhenti sekarang maka jumlah bintang akan segera mulai berkurang.

Mungkin kita bisa berargumen bahwa penurunan eksponensial saat ini akan berlanjut dan puncaknya akan datang dalam beberapa miliar tahun lagi ketika bintang-bintang 0,8-0,9 massa matahari mulai mati. Namun, itu adalah futurologi mengingat bahwa kita tidak memiliki teori prinsip pertama yang menjelaskan ketergantungan waktu pembentukan bintang, jadi saya percaya jawaban terbaik yang dapat diberikan adalah antara waktu sekarang dan beberapa ratus miliar tahun.

Perhatikan bahwa jawaban ini mengasumsikan volume perpindahan bersama. Jika pertanyaan yang diajukan diringkas dalam istilah alam semesta yang dapat diamati maka karena jumlah bintang hampir mencapai dataran tinggi, maka jawabannya menjadi mendekati usia berapapun volume volume alam semesta yang diamati dimaksimalkan. Saya katakan "dekat" karena Anda harus memperhitungkan bahwa alam semesta yang dapat diamati mencakup bintang-bintang dalam irisan jarak di semua zaman kosmik. Saya tidak mau melakukan perhitungan yang menghebohkan ini, tetapi perhatikan bahwa model kosmologis selaras saat ini memiliki alam semesta yang dapat diamati secara perlahan meningkat dari sekitar 45 miliar tahun cahaya sekarang, menjadi sekitar 60 miliar tahun cahaya di masa depan Davis & Lineweaver 2005 , dan ini dapat mengkompensasi penurunan lambat dalam jumlah bintang dalam volume co-moving.