Come fanno gli scienziati a sapere che ci sono circa 300 miliardi di stelle in una galassia e ci sono circa 100 miliardi di galassie?

Solo a pensarci è sbalorditivo. Ma come fanno gli scienziati a ottenere questi numeri? Quale tecnologia / sistema / teoria usano?

Il modo in cui funziona è il seguente. Facciamo studi dettagliati sulle stelle nel quartiere solare. Questo stabilisce la densità locale delle stelle e il mix di masse che possiedono (chiamato funzione di massa stellare). Lo confrontiamo con la funzione di massa di ammassi di stelle e notiamo che al primo ordine appare invariante.

Possiamo quindi triangolare il problema in vari modi: possiamo creare un modello per la densità stellare della Galassia, supporre che tutto abbia la stessa funzione di massa e quindi ottenere un numero di stelle. Il modello potrebbe basarsi su conversioni da luce a massa grezze, ma più spesso si baserebbe su sondaggi profondi del cielo - o sondaggi a fascio di matita stretta da HST, o sondaggi più ampi come SDSS, La chiave è poter contare le stelle ma anche stimare quanto sono lontani. Questo è altamente incerto e si basa su alcune ipotesi sulla simmetria per coprire regioni della nostra Galassia che non possiamo sondare.

Un altro metodo è contare gli oggetti luminosi che potrebbero fungere da traccianti della popolazione stellare sottostante (ad esempio giganti rossi), confrontarli con il numero di giganti nel nostro ben studiato locale e da questo estrapolare a un numero totale di stelle, ancora basandosi su argomenti di simmetria per quei frammenti della Galassia che sono distanti o oscurati dalla polvere.

Un terzo modo è quello di chiedere quante stelle sono vissute e morte per arricchire il mezzo interstellare di elementi pesanti (ovvero i metalli). Ad esempio, si scopre che dovevano esserci circa un miliardo di supernovae a collasso del nucleo per creare tutto l'ossigeno che vediamo. Se assumiamo che la funzione di massa sia invariante con il tempo e che le supernovae sorgano da stelle sopra 8 masse solari, allora sappiamo anche quante stelle a bassa massa di lunga durata sono nate con i loro fratelli di massa elevata e quindi stimiamo quante stelle esistono oggi .

Il numero, che si tratti di 100 miliardi o 300 miliardi, non è più preciso di un fattore di pochi, ma probabilmente più preciso di un ordine di grandezza. Il problema principale è che le stelle più comuni nella Galassia sono deboli nani M, che forniscono pochissima luce o massa alla Galassia, quindi facciamo davvero affidamento su un'estrapolazione della nostra conoscenza locale di questi oggetti.

Il problema del numero di galassie è più semplice, sebbene il numero sia meno ben definito. Partiamo dal presupposto che su larga scala l'universo è omogeneo e isotropo. Contiamo quante galassie possiamo vedere in una particolare area, moltiplicandola per coprire l'intero cielo. Il numero deve quindi essere corretto per galassie deboli lontane che non possono essere viste. Il difficile qui è che stiamo guardando al passato e il numero di galassie potrebbe non essere conservato, né attraverso l'evoluzione né le fusioni. Quindi dobbiamo provare a presentare un'affermazione come "ci sono n galassie nell'universo osservabile oggi che sono più luminose di L". Penso che questo numero sia certamente solo un ordine di grandezza stimato.

È una questione di statistiche.

Gli scienziati occupano una piccola quantità di spazio (diciamo 1 secondo di arco ). Lo osservano attentamente con potenti telescopi e contano tutte le stelle e le galassie che vedono. Quindi estrapolano quel numero nello spazio visibile totale.

Naturalmente possono calcolare diversi punti dello spazio e fare un conteggio medio.

Poiché il numero è estrapolato, ecco perché non importa se si tratta di 100 miliardi o 300 miliardi di stelle. L'obiettivo è avere un ordine di grandezza come indicato da Moriarty.