Woher wissen Wissenschaftler, dass es etwa 300 Milliarden Sterne in einer Galaxie und etwa 100 Milliarden Galaxien gibt?

Die Funktionsweise ist wie folgt. Wir führen detaillierte Studien von Sternen in der Nachbarschaft der Sonne durch. Dies legt die lokale Dichte von Sternen und die Massemischung fest, die sie besitzen (als Sternmassenfunktion bezeichnet). Wir vergleichen das mit der Massenfunktion von Sternhaufen und stellen fest, dass sie in erster Ordnung unveränderlich erscheint.

Wir können das Problem dann auf verschiedene Weise triangulieren: Wir können ein Modell für die Sterndichte der Galaxie erstellen, davon ausgehen, dass sie alle die gleiche Massenfunktion haben, und daher eine Anzahl von Sternen erhalten. Das Modell basiert möglicherweise auf groben Umrechnungen von Licht in Masse, würde aber häufiger auf tiefen Vermessungen des Himmels basieren - entweder schmalen Bleistiftstrahlvermessungen von HST oder breiteren Vermessungen wie SDSS. Der Schlüssel liegt darin, Sterne zählen zu können aber schätzen Sie auch, wie weit sie entfernt sind. Dies ist höchst ungewiss und beruht auf einigen Annahmen über die Symmetrie, um Regionen unserer Galaxie abzudecken, die wir nicht untersuchen können.

Eine andere Methode besteht darin, helle Objekte zu zählen, die als Tracer der zugrunde liegenden Sternpopulation fungieren könnten (z. B. rote Riesen), dies mit der Anzahl der Riesen in unserem gut untersuchten Gebietsschema zu vergleichen und daraus wiederum auf die Gesamtzahl der Sterne zu extrapolieren sich auf Symmetrie-Argumente für die Teile der Galaxie verlassen, die entfernt oder von Staub verdeckt sind.

Ein dritter Weg ist zu fragen, wie viele Sterne gelebt haben und gestorben sind, um das interstellare Medium mit schweren Elementen (auch bekannt als Metalle) anzureichern. Zum Beispiel stellt sich heraus, dass es ungefähr eine Milliarde Kernkollaps-Supernovae gegeben haben muss, um all den Sauerstoff zu erzeugen, den wir sehen. Wenn wir davon ausgehen, dass die Massenfunktion zeitlich unveränderlich ist und dass Supernovae von Sternen über 8 Sonnenmassen entstehen, dann wissen wir auch, wie viele langlebige massearme Sterne mit ihren massereichen Geschwistern geboren wurden, und schätzen daher, wie viele Sterne heute existieren .

Die Zahl, ob 100 Milliarden oder 300 Milliarden, ist nicht genauer als ein Faktor von wenigen, aber wahrscheinlich genauer als eine Größenordnung. Das Hauptproblem ist, dass die häufigsten Sterne in der Galaxie schwache M-Zwerge sind, die sehr wenig Licht oder Masse zur Galaxie beitragen, also verlassen wir uns wirklich auf eine Extrapolation unseres lokalen Wissens über diese Objekte.

Das Problem der Zahl der Galaxien ist einfacher, obwohl die Zahl weniger gut definiert ist. Wir nehmen an, dass das Universum im großen Maßstab homogen und isotrop ist. Wir zählen, wie viele Galaxien wir in einem bestimmten Bereich sehen können, multiplizieren sie, um den ganzen Himmel zu bedecken. Die Zahl muss dann um entfernte schwache Galaxien korrigiert werden, die nicht sichtbar sind. Das Schwierige dabei ist, dass wir in die Vergangenheit blicken und die Zahl der Galaxien möglicherweise nicht erhalten bleibt, weder durch Evolution noch durch Verschmelzungen. Wir müssen also versuchen, eine Aussage zu treffen wie "es gibt heute n Galaxien im beobachtbaren Universum, die leuchtender sind als L". Ich denke, diese Zahl ist sicherlich nur eine Schätzung der Größenordnung.

Es ist eine Frage der Statistik.

Wissenschaftler nehmen einen kleinen Teil des Raums ein (sagen wir 1 Bogensekunde ). Sie betrachten es sorgfältig mit starken Teleskopen und zählen alle Sterne und Galaxien, die sie sehen. Dann extrapolieren sie diese Zahl auf den gesamten sichtbaren Raum.

Natürlich können sie mehrere Punkte des Raums berechnen und einen Durchschnittswert bilden.

Da die Zahl hochgerechnet wird, ist es eigentlich egal, ob es sich um 100 Milliarden oder 300 Milliarden Sterne handelt. Das Ziel ist es, eine Größenordnung zu haben, wie sie von Moriarty aufgezeigt wurde.