Was ist die durchschnittliche Masse von Galaxien laut Hubble Deep- und Ultra Deep-Field-Beobachtungen?

Es ist unter Astronomie-Interessierten sehr bekannt, dass es 100-400 Milliarden Sterne in der Milchstraße gibt und dass es ~ 100 Milliarden Galaxien im beobachtbaren Universum gibt, was normalerweise als berechnet wird 10 22 Sterne im beobachtbaren Universum. Ich habe auch Schätzungen gesehen, die eine Größenordnung oder sogar zwei Größenordnungen darüber liegen.

Was ich hier denke, ist, warum angenommen wird, dass die Milchstraße die durchschnittliche Galaxie ist? Eine Möglichkeit zu überprüfen, ob die Milchstraße eine durchschnittliche Galaxie in Masse und damit in Sternmasse ist oder nicht, besteht darin, die Ergebnisse der Hubble-Tief- und Ultratieffeldbilder zu überprüfen. Bei der Suche nach Informationen bin ich auf diese Seite gestoßen , deren Informationsquelle ich irgendwie bezweifle, und auf der steht: „Innerhalb des Hubble Ultra Deep Field gibt es ungefähr 10.000 diskrete Objekte. Die meisten dieser Objekte sind sehr klein und haben wahrscheinlich Massen die Reichweite von 10 5 Zu 10 7 Sonnenmassen. Beachten Sie die Masse der Milchstraße ist 10 12 Sonnenmassen."

Wenn also „die meisten“ der 10.000 Galaxien, die auf dem Ultratieffeldbild von Hubble zu sehen sind, eine so geringe Masse haben, dann ist es völlig falsch, die Milchstraße als Galaxie mit durchschnittlicher Masse zu betrachten. Aus diesem Diagramm geht auch hervor , dass sich das Hubble-Tiefenfeld bis zu den „normalen Galaxien“ erstreckt, während sich das Ultra-Tiefenfeld bis zu den „ersten Galaxien“ erstreckt. Es wird also erwartet, viele kleine irreguläre Galaxien und Zwerggalaxien im HUDF zu beobachten. Soweit ich weiß, verschmelzen diese kleinen Galaxien zu massereicheren Spiral- und Ellipsengalaxien, die wir heute sehen. Wenn wir also 10.000 kleine Galaxien beobachten, die zu normalen Galaxien verschmelzen sollten, sollten wir nicht denken, dass das Bild 10.000 Galaxien ähnlich der Milchstraße enthält.

Habe ich also Recht, dass die Milchstraße keine Galaxie mit durchschnittlicher Masse im beobachtbaren Universum ist und dass wir eine kleinere Zahl verwenden sollten, wenn wir uns auf die Anzahl der Sterne im Universum beziehen?

Wer denkt, dass die Milchstraße eine durchschnittliche Galaxie ist? Es ist nicht.
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Antworten (1)

Ich denke, das folgende Bild, das von Tomczak et al. (2014) und die sogenannte ZFOURGE/CANDELS-Galaxiendurchmusterung sollten den Zweck erfüllen.

Es zeigt, wie sich die Galaxien-Sternmassenfunktion (dh die Anzahl der Galaxien pro Masseneinheit pro Kubikmegaparsec, die eine bestimmte Sternmasse haben ) als Funktion der Rotverschiebung entwickelt. Wie Sie sich vorstellen können, geht es nicht nur darum, Galaxien zu zählen und ihre Masse abzuschätzen – Sie müssen berücksichtigen, dass es schwieriger ist, Galaxien mit geringer Masse zu sehen.

Wie auch immer, dies sind ihre Ergebnisse und sie zeigen deutlich, dass eine Galaxie wie die Milchstraße ungefähr 200 Milliarden Sterne und eine Sternmasse von ungefähr hat 5 × 10 10 M ⊙ (beachten Sie, dass die Gesamtmasse der Milchstraße von dunkler Materie dominiert wird), ist eine ziemlich massive Galaxie (beachten Sie die logarithmische y-Achse).

Mit anderen Worten, kleine Galaxien dominieren die Statistik. Wenn Sie sich jedoch die Hubble Deep- oder Ultradeep-Felder ansehen, ist es ziemlich schwierig, diese Informationen zu verwenden. Sie werden immer dazu neigen, die leuchtendsten und massereichsten Galaxien zu sehen, und die massearmen Galaxien werden nicht wie in den Massenfunktionen in diesem Bild dargestellt dargestellt. Es gibt hier also eigentlich zwei verschiedene Dinge, und ich bin mir nicht sicher, ob ich das auch definitiv beantworten kann. (i) Was ist die durchschnittliche Masse einer Galaxie; (ii) Wie groß ist die durchschnittliche Masse einer Galaxie, die in den Feldern des Hubble Deep zu sehen ist?

Die Antwort auf (ii) wird offensichtlich viel größer sein als die Antwort auf (i). Glücklicherweise können Sie aus dem Diagramm ersehen, dass der gerade (ähnliche) Linienabschnitt unten über der Masse der Milchstraße Potenzgesetze mit Steigung sind ∼ − 0,5 . Das bedeutet, dass M Φ ( M ) ∝ M + 0,5 und wenn Sie dies über einen gewissen Bereich integrieren, dominiert die Obergrenze. Also dominieren massearme Galaxien nicht die Sternmasse. Tatsächlich sind es Galaxien von der Größe der Milchstraße, die die Sternmasse dominieren. Galaxien mit M > 10 11 M ⊙ (in Sternen) werden immer seltener, daher tragen diese nicht so viel bei. Daher ergibt sich die Anzahl der Sterne im Universum sehr grob aus der Anzahl der Galaxien mit einer Masse innerhalb eines Faktors von wenigen in der Milchstraße multipliziert mit der Anzahl der Sterne in der Milchstraße.

Ich kann keine Antwort auf die durchschnittliche Masse für eine Galaxie in der UDF oder einem anderen Untersuchungsvolumen geben, da unklar ist, wie viele der Objekte mit der niedrigsten Masse es gibt oder mit welcher unteren Massengrenze gearbeitet werden soll. Die unten für das CANDELS-Feld gezeigten Diagramme sind perfekt repräsentativ für die UDF oder jede andere tiefe Beobachtung, die kosmische Varianz sollte kein Problem für Größenordnungsschätzungen sein.

ZFOURGE/CANDELS Sternmassenfunktion der Galaxie

EDIT: Nehmen wir als Beispiel die durchschnittliche Raumdichte von 5 × 10 10 M ⊙ Galaxien zu sein 10 − 2.5 pro Dex pro Mpc 3 im Universum mit geringer Rotverschiebung und nehmen an, dass Galaxien über einen Massenbereich von 1 Größenordnung (1 Dex) fast die gesamte Sternmasse beitragen. Wenn das beobachtbare Universum 46 Milliarden Lichtjahre ( ∼ 15 , 000 Mpc - siehe Größe des beobachtbaren Universums ) und der durchschnittliche Stern ist 0,25 M ⊙ ; es gibt:

N ∗ = 10 − 2.5 × 5 × 10 10 × 4 π 3 × ( 15000 ) 3 / 0,25 ≃ 10 22
Sterne im beobachtbaren Universum.

Super, genau das suche ich. Aber ehrlich gesagt scheine ich nicht in der Lage zu sein, die Handlungen zu lesen, also hoffe ich, dass Sie mir dabei helfen können. Es gibt zwei Dinge, die meine Frage beantworten sollten. 1) Wenn es eine bestimmte Anzahl von Galaxien mit Rotverschiebungen < 3 gibt, wie viel Prozent dieser Zahl sollte in Galaxien mit Sternmassen > sein? 5 × 10 9 Sonnenmassen ? 2) Gibt es eine Möglichkeit, die Anzahl der Galaxien im HUDF-Bild mit Rotverschiebungen von weniger als 3 zu finden?
@AbanobEbrahim Dein (1) könnte ziemlich schwierig sein. Wo machst du den Low-End-Cutoff? Zum Aufwärmen, wie viele Satellitengalaxien umkreisen die Milchstraße? Diese Zahl wurde vor nicht allzu langer Zeit revidiert und wird immer noch diskutiert. Und was ist überhaupt eine Galaxie? Zählst du Kugelsternhaufen?
@AbanobEbrahim Sie müssen die differentiellen Häufigkeitsverteilungen in kumulative Häufigkeiten umwandeln, indem Sie die Massenfunktionen integrieren. Wie Chris sagt, schwierig, es sei denn, Sie definieren eine untere Massengrenze. Zweiter Punkt: Sie müssen Papiere auf der UDF finden, die dies tun - ich bin sicher, Sie werden einige finden.
Lassen Sie mich versuchen, dies einfacher zu machen. Gibt es Beispiele für Sternmassen IRGENDEINER Galaxien, die in der UDF beobachtet werden? Ich brauche nur eine allgemeine Vorstellung davon, wie sich die Sternmassen mit zunehmender Rotverschiebung ändern.
Warum unterscheidet sich die UDF Ihrer Meinung nach von den CANDELS-Feldern? Die Rotverschiebungsverteilung kann unterschiedlich sein, aber die Massenfunktion bei einer bestimmten Rotverschiebung ist dieselbe.
@RobJeffries, ich habe etwas gefunden, das meine Frage beantworten könnte. Bitte schau dir das an: i.imgur.com/nuJeruq.jpg , es ist aus diesem Papier: arxiv.org/abs/1105.2522 . Das einzige, was mich verwirrt, ist die vertikale Skala der Stellaren Masse (M*). Ist es eine Log(M*/Msolar)-Skala?
@AbanobEbrahim Aber das ist eine "massenselektierte Probe". Dies ist die Massenverteilung der massereichsten Galaxien bei diesen Rotverschiebungen in der UDF. Ich denke, die Einheiten sind log10 Sternmasse in Einheiten von Sonnenmassen.
@RobJeffries, hier ist ein weiteres mit mehr Beispielen: i.imgur.com/g7N1gcQ.jpg aus diesem Papier: arxiv.org/abs/1412.0532 . Ich kann nur nicht bestätigen, dass die auf der vertikalen Achse verwendete Masse die Sternmasse ist. Glaubst du, sie meinen hier die Sternmasse? Und ja, ich suche tatsächlich nach den Galaxien, die die Sternmasse dominieren, wie Sie bereits erwähnt haben.
Das war sowieso das Letzte, was ich wissen wollte. Danke für eure Antworten, das weiß ich sehr zu schätzen.
@AbanobEbrahim Ich habe jetzt eine Berechnung für die Nr. von Sternen im beobachtbaren Universum und eine Bearbeitung, die erklärt, warum die durchschnittliche Masse nicht angegeben werden kann.
Was ist die durchschnittliche Masse von Galaxien laut Hubble Deep- und Ultra Deep-Field-Beobachtungen?
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