Dies ist eine ziemlich lange Antwort, da ich versucht habe, ein wenig in die Tiefe zu gehen. am ende gibt es eine kurze zusammenfassung.

Werden wir mit der Zeit mehr oder weniger Sterne sehen?

Die kurze Antwort darauf lautet: Wir sehen mit der Zeit weniger Sterne, weil sich die kosmische Expansion beschleunigt. Obwohl wir in den relevanten Entfernungen wirklich Galaxien sehen; Einzelsterne sind viel zu weit entfernt, um aufgelöst zu werden.

Um dies zu verstehen, muss man zunächst erkennen, dass die Geschwindigkeitsbegrenzung der speziellen Relativitätstheorie nicht für die kosmische Expansion gilt. Wenn Sie sich die Galaxien als Rosinen in einem riesigen, aufgehenden Teig vorstellen, sagt Ihnen SR, dass sich nichts schneller durch den Teig bewegen kann als Licht. Aber wenn die Expansion überall gleich ist und der Teig groß genug ist, dann würde eine willkürlich kleine Geschwindigkeit, mit der der Teig aufgehen würde, alle Rosinen über eine bestimmte Entfernung hinaus schneller als Licht von Ihrer lokalen Rosine zurückziehen. Diese „bestimmte Entfernung“ wird im Universum als Hubble-Distanz bezeichnet . Galaxien, die weiter von der Hubble-Distanz entfernt sind, entfernen sich schneller als das Licht von uns.

Dies ist jedoch nicht die Grenze, über die hinaus Licht uns nicht erreichen kann. Wenn sich eine Galaxie schneller als das Licht von uns entfernt, entfernt sich ein Photon, das von dieser Galaxie in unsere Richtung emittiert wird, zunächst von uns, aber es kriecht in Regionen des Weltraums – mit lokaler Lichtgeschwindigkeit – die sich etwas langsamer von uns entfernen als die eine, von der es emittiert wurde, und wird sich daher etwas langsamer von uns entfernen als zuvor usw., bis es schließlich in einen Bereich des Raums eintritt, der sich langsamer als das Licht von uns entfernt, von wo aus es trivial ist, dass es dies schließlich tun wird erreiche uns.

Dies ist jedoch nicht immer der Fall. In bestimmten Kosmologien (einschließlich unserer eigenen mit beschleunigter Expansion) gibt es eine Entfernung, über die hinaus uns ein emittiertes Photon niemals erreichen wird. Dies geschieht, wenn sich das Universum schneller ausdehnt, als die Photonen es durchqueren können. Diese Entfernung wird als kosmischer Ereignishorizont bezeichnet, und während sie sich in absoluten Entfernungen ausdehnt, schrumpft sie in Bezug auf die sich mitbewegende Entfernung. Die sich mitbewegende Distanz ist die Distanz, die in einem Koordinatensystem gemessen wird, das sich zusammen mit dem Universum ausdehnt – ein solches System wird Galaxien haben, die während der gesamten Geschichte des Universums mehr oder weniger in denselben Koordinaten sitzen, und so hat der Ereignishorizont eine schrumpfende Co -Bewegungsradius von uns sagt uns direkt, dass sich in Zukunft weniger Objekte in diesem Radius befinden werden.

Die Art und Weise, wie wir theoretisch beobachten können, wie diese fernen Galaxien unseren Ereignishorizont verlassen – und der Grund, warum er seinen Namen hat – wird sehr ähnlich sein, als würden wir beobachten, wie ein Objekt in den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs fällt: Relativistische Effekte werden das Licht rot verschieben die von einem solchen Objekt auf unbestimmte Zeit ausgestrahlt wird, was auch die von uns beobachtete Zeit verlangsamt. Das Objekt scheint also asymptotisch zu einem vollständigen Einfrieren zu verlangsamen, während das Licht in Richtung Unendlich rotverschoben und für uns nicht mehr erkennbar wird, obwohl man argumentieren könnte, dass es theoretisch nie vollständig verschwinden wird. Das Letzte, was wir jemals von einer solchen Galaxie sehen werden, ist ein Punkt in ihrer Geschichte (der nichts Besonderes für die Galaxie selbst ist), nach dem wir nie neuere Informationen über die Galaxie erhalten werden – deshalb wird es als Ereignishorizont bezeichnet.

Können stellare Objekte den Bereich des beobachtbaren Universums verlassen oder wächst es nur mit der Zeit?

Dies ist nicht einfach mit einem klaren „ja“ oder „nein“ zu beantworten, da der Begriff „das beobachtbare Universum“ nicht eindeutig definiert ist. Der Ereignishorizont, den ich oben erwähnt habe, ist definiert als:

Ereignishorizont: Die Entfernung, aus der ein uns jetzt entgegengesandtes Photon niemals erreichen wird.

Und wir haben gerade festgestellt, dass diese Entfernung in sich bewegenden Koordinaten schrumpft, also ja, Galaxien entkommen unserem kosmischen Ereignishorizont, während wir sprechen.

Aber wir können sehen, dass der Event Horizon die Eigenschaft hat, sowohl in der Zeit als auch im Weltraum abgeschnitten zu sein: Für jede Galaxie ist es das letzte Ereignis in ihrer Geschichte, das wir beobachten können. Wir könnten aber auch eine andere Frage stellen:

Was ist die weiteste Entfernung, aus der wir das erste Ereignis in der Geschichte eines Objekts sehen können?

Oder anders gesagt, wie weit kann ein Photon, das zur Zeit des Urknalls emittiert wurde, heute gereist sein ? In welcher Entfernung beobachten wir den Urknall? Wir nennen diese Entfernung den Teilchenhorizont :

Teilchenhorizont: Die Entfernung, aus der ein während des Urknalls emittiertes Photon uns jetzt erreicht.

Wir verwenden normalerweise den kosmischen Mikrowellenhintergrund als Stellvertreter dafür; Es hat derzeit eine Rotverschiebung von ~ 1100 und eine angemessene Entfernung von 46 Milliarden Lichtjahren von uns (denken Sie daran, dass dies die aktuelle Größe dieses Raums ist, aber es hat sich während der Reise des Photons kontinuierlich ausgedehnt, sodass das Photon immer noch nur gereist ist die 13,8 Milliarden Lichtjahre, die wir vom Alter des Universums erwarten würden). Während der Ereignishorizont absolut wächst, aber in sich mitbewegenden Koordinaten schrumpft, wächst der Partikelhorizont in beiden Koordinatensystemen, sodass sich dieser Horizont für immer ausdehnt.

Zusammenfassung

Um diese Frage richtig beantworten zu können, müssen wir sowohl zeitlich als auch räumlich denken. Einerseits ; Für alle Galaxien gibt es einen Punkt in ihrer Geschichte, der der letzte ist, den wir jemals beobachten werden, also ziehen sich Galaxien (und damit Sterne) in diesem Sinne aus dem "beobachtbaren Universum" zurück, während wir sprechen. Andererseits erweitert sich die Entfernung, aus der wir die ersten Ereignisse im Universum sehen können, und wird es immer sein. Aber das Zeitlimit, wie viel von der Geschichte dieser neuen Regionen wir studieren können, bevor sie zu einem Einfrieren und einer Rotverschiebung ins Unendliche verlangsamen, wird immer kürzer.

PS: Die Mathematik dahinter

Es gibt einen Artikel auf ArXiv.org , der für jemanden mit einem Hintergrund in Physik relativ einfach zu lesen ist und von jemandem geschrieben wurde, der viel klüger ist als ich, und der diese ganze Sache in besseren theoretischen Details erklärt.

Vergessen wir die Lebensdauer von Sternen und ihre Entstehungsraten, was bedeutet, dass die idealisierte Frage, die ich beantworten werde, der Frage näher kommt

Werden wir mit zunehmendem Alter des Universums mehr Galaxien sehen?

Eine Galaxie ist sichtbar, wenn sie Photonen emittiert hat, die uns erreichen, dh wenn unser vergangener Lichtkegel ihre Weltlinie schneidet.

Unter der Annahme der FLRW-Kosmologie (siehe diese Antwort für einige Mathematik und ein schönes Bild) würde ich die folgenden Fakten hervorheben:

• Galaxien, die in der Vergangenheit sichtbar waren, werden auch in Zukunft sichtbar bleiben
• Wir werden weiterhin sehen, wie neue Galaxien geboren werden

Das bedeutet, dass die Zahl der sichtbaren Galaxien tatsächlich zunimmt .

Allerdings stimmt das auch

• der Altersunterschied zwischen einer gegebenen Galaxie, wie wir sie sehen, und unserer eigenen wird zunehmen, und es gibt ein begrenzendes Alter, über das wir niemals hinaussehen können
• Die Intensitäten werden abnehmen und die Rotverschiebungen zunehmen, wodurch Galaxien immer schwieriger zu erkennen sind

Das bedeutet, dass es Galaxien gibt, die wir derzeit so sehen, wie sie waren, aber wir werden nie in der Lage sein, sie so zu sehen, wie sie jetzt sind, und zukünftige Wissenschaftler werden aus technologischen Gründen möglicherweise nicht mehr in der Lage sein, andere Galaxien (die nicht gravitativ an uns gebunden sind) zu sehen .

Das ist eine wirklich interessante Frage. Ich denke, die einfache Antwort wurde bereits gegeben:

• Sterne benötigen leichtere Elemente (Wasserstoff, Helium), um aus der Fusion Energie (und damit Licht) zu erzeugen. Es gibt eine endliche (aber glücklicherweise enorme) Menge dieser leichteren Elemente in unserem Universum, die alle (im Sinne einer „schwarzen Box“) allmählich den Energiehang hinuntergehen, um zu Eisen verschmolzen zu werden. Irgendwann wird dieser Treibstoff ausgehen, alles kühlt ab und kein neues sichtbares Licht wird erzeugt.

Viele Stars jetzt, keine Stars Zukunft, erfordert einen Niedergang. QED.

Aber der Inhalt Ihrer Frage war, denke ich, mehr über Objekte im sichtbaren Universum, dh Objekte, von denen wir möglicherweise Informationen erhalten können. Diese Frage ist viel schwieriger zu beantworten, ich denke, die wirkliche Antwort lautet: "Wir können nicht sicher sein", dass die Zeitskalen, auf denen das Universum operiert, den Zeitraum unserer Beobachtung so weit überschreiten, dass wir zögern müssen, irgendetwas mit Gewissheit zu sagen.

Das heißt, unsere beste Chance, eine Antwort zu geben, besteht darin, aus diesen begrenzten Beobachtungen zu extrahieren. Sie sind alles, was wir haben. Ich entscheide mich für die Annahme, dass "das Universum sich morgen genauso verhalten wird wie das Universum heute" und "das Universum in der Ferne genauso funktioniert wie an unserem Ort", dh dass die Gesetze der Physik sowohl Raum als auch Zeit sind unveränderlich.

Die uns bekannten Fakten:

• das Universum dehnt sich aus. Damit meinen wir nicht einfach, dass sich die Objekte im Universum weiter voneinander entfernen, obwohl dies der Fall ist, meinen wir, dass die Geschwindigkeit, mit der sie sich voneinander entfernen, zunimmt, und zwar nicht nur zunimmt, sondern proportional zur Entfernung eines Objekts vom Beobachter. Dies ist analog zu einer zugrunde liegenden Dehnung im Raum zwischen Objekten.
• Die Geschwindigkeit, mit der diese Ausdehnung oder Dehnung auftritt, beschleunigt sich.
• Licht breitet sich mit endlicher Geschwindigkeit aus. ~3*10^8m/s im Vakuum. Dies ist die schnellste Geschwindigkeit, mit der sich Informationen im Universum fortbewegen können.

Aus diesen drei Aussagen würden Sie schließen, dass das sichtbare Universum schrumpfen muss. Es gäbe eine (unvorstellbar große) Entfernung zwischen zwei Objekten, bei der die Beschleunigung aufgrund der Entfernung ~ 3 * 10 ^ 8 m / s / s betragen würde, und innerhalb der Sekunde wären Objekte in diesem Teil des Universums für uns verloren

Ein wichtiger Punkt hier ist jedoch, dass die Relativitätstheorie uns sagt, dass keine zwei Objekte die Lichtgeschwindigkeit relativ zueinander überschreiten können.

Das bedeutet, dass, egal wie stark Sie drücken, die Kraft, die von diesem „Dehnung“ kommt, unmöglich Objekte aus dem sichtbaren Universum zwingen kann.

Daraus schließe ich, dass der Umfang des sichtbaren Universums in Bezug auf Objekte, von denen wir Informationen erhalten können, tatsächlich wahrscheinlich zunimmt und wahrscheinlich für die gesamte Zukunft des Universums weiter zunehmen wird. Außerdem behaupte ich, dass diese Erweiterung des Geltungsbereichs wahrscheinlich ein asymtotischer Ansatz zu einem gewissen Maximalwert ist.

Hoffe das hilft.

Die Sternentstehung wird in Galaxien langsam abnehmen, wenn das Universum altert, weil Gas wie Wasserstoff in schwerere Elemente wie Kohlenstoff und Eisen umgewandelt wird. Im Wesentlichen geht dem Universum langsam der Treibstoff aus. Sterne haben es schwer, schwerere Elemente zu verschmelzen.

Irgendwann wird es keine Sterne mehr geben. Was übrig bleibt, sind Schwarze Zwerge, Schwarze Löcher, Neutronensterne usw. Diese werden im Laufe der Zeit langsam in eine kosmische Suppe aus fundamentalen subatomaren Teilchen zerfallen.

Die Ausdehnung des Weltraums wird es vor allem schwieriger machen, Galaxien und nicht Sterne zu sehen.

Ich habe vor einiger Zeit von einem Szenario gehört, in dem die Anzahl der sichtbaren Objekte immer kleiner wird. Das liegt im Grunde am Gesetz von Hubble: Je weiter zwei Objekte voneinander entfernt sind, desto schneller entfernen sie sich voneinander und wenn die Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, können keine Nachrichten mehr von ihnen kommen. Wenn Sie berücksichtigen, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt (die Hubble-Konstante steigt), wird dies noch schlimmer.

Ich mag es nicht zu glauben, dass viele Dinge im Universum ständig außerhalb meines Lichtkegels fallen, aber das legen unsere aktuellen Beobachtungen nahe und ist wahrscheinlich immer noch besser, als das Universum zu komprimieren und schließlich auf sich selbst zu drücken.

Werden wir mehr Sterne sehen?

Der Urknall schleuderte Materie in alle Richtungen, was dazu führte, dass sich die Teilchen voneinander entfernten. Diese verlangsamten sich aufgrund der Anziehungskraft der Gravitation aufeinander. Durch ihre Nähe bilden sie zunächst kleine Klumpen, später ziehen sich die Klumpen der Klumpen zusammen. Dieser Prozess geht rekursiv weiter und bildet schließlich Sterne, Planeten und andere kosmische Körper, die sich zu Sonnensystemen, Galaxien usw.

Die Sterne sterben schließlich, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht, und kollabieren unter ihrem eigenen Gewicht, wobei die massereicheren schwarze Löcher bilden. Irgendwann beginnt im Laufe der Zeit alles aufgrund der Schwerkraft zwischen ihnen näher zusammenzurücken, die Sonnensysteme werden in das Zentrum ihrer Galaxien gezogen, die Galaxien ziehen sich aneinander und verbinden sich zu größeren Galaxien und sogar zu den Schwarzen Löchern und massivem Schwarz Löcher im Zentrum von Galaxien verschlucken sich gegenseitig und bilden noch größere Schwarze Löcher. Am Ende bricht das gesamte Universum in sich zusammen, was möglicherweise zu einem weiteren Urknall führt und der gesamte Prozess von vorne beginnt.

Die größere Frage zu Ihrer Frage ist also eher, auf welches Stadium in diesem Lebenszyklus der universellen Evolution Sie sich beziehen? Wir können sagen, dass es im Moment des Urknalls keine Sterne gab, weil riesige Gasvolumina noch nicht die Chance hatten, sich zu bilden, aber dennoch die Chance hatten, sich zu verdichten, Druck aufzubauen und aufgrund ihrer Größe und Schwerkraft Sterne zu bilden .

Oder beziehen Sie sich auf ein späteres Stadium in diesem Lebenszyklus, als sich die meiste Materie noch voneinander entfernte und dabei Starts und Galaxien bildete, während dieser Zeit wird die Anzahl der gebildeten Sterne zunehmen.

Oder meinst du, wenn alles ineinander stürzt, wenn weniger Sterne entstehen, mit Supernova-Explosionen auf dem Weg und neue Gaswolken entstehen, die vielleicht irgendwann neue Sterne schaffen, aber letztendlich auch von anderen Sternen verschluckt werden und Schwarze Löcher, was schließlich zu weniger Sternen führt.

Können stellare Objekte den Bereich des beobachtbaren Universums verlassen?

Das beobachtbare Universum ist nur ein winziger Fleck im Vergleich zur tatsächlichen Größe des Universums. Mit "uns" als Beobachter können wir nur so viel beobachten, wie es unsere Technologie erlaubt, es wird immer etwas weiter geben, zu dem wir durch Beobachtung nicht gelangen können, zum Beispiel hat unsere Technologie es geschafft, so durch ein Schwarzes Loch zu schauen Sehen Sie, was auf der anderen Seite ist? Durch Brechung und Schwerkraft können sich Licht und Energie leicht um Objekte herum biegen, aber wir können nicht sehen, was sich genau hinter dem Schwarzen Loch befindet. Und in den meisten Fällen können wir nicht alles im Spektrum von Wellen beobachten, um beispielsweise zu sehen, was sich auf der anderen Seite einer dunklen Materiewolke befindet, greifen Sie lieber auf Ferninfrarot-Bildgebung zurück.

Berechnungen?

Da ich selbst ein Mathematik- und Physik-Fan bin, sehne ich mich nach jeder Gelegenheit, Formeln aufzuschreiben und Dinge auszuarbeiten, aber in diesem Fall müssten Sie genauer angeben, was Sie berechnen möchten und "wann" diese Berechnung durchgeführt werden soll.

Anzahl der Sterne zu Beginn der Zeit = 0

Anzahl der Sterne in diesem Moment = Summe der Sterne in allen Sonnensystemen in allen Galaxien

Im Grunde ist es nicht zählbar, da wir nicht zählen oder gar annähern können, was wir nicht wissen, wo die Grenzen liegen.

Ich bin mir sicher, dass Sie davon gehört haben, wie die Sonne in den nächsten paar Milliarden Jahren zu einem roten Riesen und später zu einem unglaublich dichten weißen Zwerg werden wird. Dieses Konzept gilt für alle Sterne des gesamten Universums, nicht dass sie alle werden Weiße Zwerge, denen aber irgendwann der Treibstoff ausgeht, gehen in eine andere Sternphase über.

Es gibt hauptsächlich 2-Sterne-Todesergebnisse. Sie werden entweder zu Weißen Zwergen und verblassen, oder sie sterben explosionsartig in einer Supernova und hinterlassen entweder einen schwarzen Stern oder ein schwarzes Loch. Obwohl die zerfallenen Elemente aus diesen 2 Ergebnissen neue Sterne in Nebeln bilden werden. Die Produktion von Schwarzen Löchern wiegt die Entstehung neuer Sterne auf.

Daher wird das Universum in Billionen von Jahren ein Meer aus schwarzen Löchern sein. Ein paar Billionen Jahre später wird das Universum einfach ein supermassereiches Schwarzes enthalten, das im Vergleich zu heutigen Schwarzen Löchern unvorstellbar groß ist. Aber aufgrund der Hawking-Strahlung wird dieses Schwarze Loch verblassen und das Universum wird letztendlich ein Nichts sein.

Obwohl diese Theorie in der wissenschaftlichen Gemeinschaft bevorzugt wird, sind auch andere Ergebnisse möglich, wie ein weiterer Urknall.

Ist das Alter des Universums$1 / H_0$, dann, wenn das Universum älter wird$H_0$kleiner werden würde.

Theoretisch wird also die Rückzugsgeschwindigkeit entfernter Galaxien kleiner und Sie sollten mehr sehen.

Natürlich verfälscht die Beobachtung$H_0$kleiner werden und damit die Expansionsmodelle verfälscht werden.

Das heißt, das Universum sieht zu jeder Zeit ungefähr gleich aus, ob vor einer Billion Jahren oder in Billionen Jahren.