Wie schätzen wir 1023102310^{23} Sterne im beobachtbaren Universum?

Schauen Sie sich diesen Artikel an . Es gibt die Nummer als$10^{24}$statt$10^{23}$, aber es ist eine so vage Schätzung, dass ein Faktor von zehn innerhalb des erwarteten Fehlers liegt.

Die Zahl ist die Anzahl der Sterne im beobachtbaren Universum, dh innerhalb von 13,7 Milliarden Lichtjahren um die Erde, als das Licht, das wir heute sehen, emittiert wurde. Beachten Sie, dass sichtbar für ein Teleskop mit ausreichender Leistung sichtbar bedeutet. Die Anzahl der Sterne, die Sie und ich nachts sehen können, wenn wir nach oben schauen, beträgt tatsächlich nur etwa 5.000.

Die Zahl der Sterne ergibt sich aus der Multiplikation der geschätzten Zahl der Galaxien (170 Milliarden) mit der durchschnittlichen Zahl der Sterne pro Galaxie (etwa eine Billion). Aber beide Zahlen sind so grobe Schätzungen, dass sogar ein Faktor zehn wahrscheinlich eine zu kleine Schätzung des Fehlers ist.

Eine alternative Methode zu Johns Antwort besteht darin, die Gesamtzahl der Atome im beobachtbaren Universum zu betrachten. Dank Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds haben wir eine ziemlich genaue Schätzung dieser Zahl. Tatsächlich wissen wir, dass gewöhnliche Materie etwa 4,9 % des Energieinhalts des Universums ausmacht. In diesem vorherigen Beitrag habe ich berechnet, dass dies ungefähr entspricht

$$N_A = 7\times 10^{79}$$ Atome im beobachtbaren Universum. 75 % dieser Atome sind Wasserstoff und fast 25 % Helium, also die durchschnittliche Masse eines Atoms $$m_A \approx 0.75\,m_\text{H} + 0.25\,m_\text{He}\approx 2.9\times 10^{-27}\;\text{kg}.$$ Als nächstes brauchen wir eine Schätzung der durchschnittlichen Masse eines Sterns. Wenn unsere eigene Sonnennachbarschaft repräsentativ ist, finden wir gemäß diesem Artikel eine durchschnittliche Sternmasse von etwa 1/4 der Sonnenmasse: $$M_\star \approx 0.25M_\odot\approx 0.5\times 10^{30}\;\text{kg}.$$ Ein durchschnittlicher Stern enthält also etwa $$N_{AS} = M_\star/m_A\approx 1.7\times 10^{56}$$ Atome. Wenn wir dies mit der Gesamtzahl der Atome im beobachtbaren Universum kombinieren, kommen wir auf eine geschätzte Anzahl von $$N = N_A/N_{AS} \approx 4\times 10^{23}$$ Sterne. Natürlich haben wir hier angenommen, dass alle Materie in Sternen eingeschlossen ist, was nicht stimmt: Tatsächlich besteht laut diesem Artikel etwa 75% der baryonischen Materie aus diffusem intergalaktischem Gas. Und laut diesem Beitrag befinden sich nur 6% der baryonischen Materie in Sternen. In diesem Fall verringert sich unsere geschätzte Anzahl an Sternen auf $\approx 2\times 10^{22}$. (Danke an Ben Crowell für die Kommentare)