Làm thế nào để các nhà khoa học biết có khoảng 300 tỷ ngôi sao trong một thiên hà và có khoảng 100 tỷ thiên hà?

Chỉ cần nghĩ về điều này là tâm trí bogg. Nhưng làm thế nào để nhà khoa học có được những con số này? Họ sử dụng công nghệ / hệ thống / lý thuyết nào?

Cách thức hoạt động như sau. Chúng tôi nghiên cứu chi tiết về các ngôi sao trong khu vực năng lượng mặt trời. Điều này thiết lập mật độ cục bộ của các ngôi sao và sự pha trộn của các khối lượng mà chúng sở hữu (được gọi là hàm khối sao). Chúng tôi so sánh với chức năng khối lượng của các cụm sao và lưu ý rằng theo thứ tự đầu tiên, nó xuất hiện bất biến.

Sau đó, chúng ta có thể giải quyết vấn đề theo nhiều cách khác nhau: chúng ta có thể tạo một mô hình cho mật độ sao của Thiên hà, giả sử tất cả đều có cùng chức năng khối lượng và từ đó có được một số ngôi sao. Mô hình có thể dựa trên chuyển đổi ánh sáng thô sang khối lượng lớn, nhưng thường sẽ dựa trên các khảo sát sâu về bầu trời - hoặc khảo sát chùm bút chì hẹp từ HST, hoặc khảo sát rộng hơn như SDSS, Điều quan trọng là có thể đếm sao nhưng cũng ước tính khoảng cách họ là bao xa. Điều này rất không chắc chắn và dựa vào một số giả định về tính đối xứng để bao phủ các khu vực trong Thiên hà của chúng ta mà chúng ta không thể thăm dò.

Một phương pháp khác là đếm các vật thể sáng có thể đóng vai trò là người theo dõi quần thể sao bên dưới (ví dụ như người khổng lồ đỏ), so sánh với số lượng người khổng lồ ở địa phương được nghiên cứu kỹ lưỡng của chúng ta và từ ngoại suy này đến tổng số sao dựa vào các đối số đối xứng cho các bit của Thiên hà ở xa hoặc bị che khuất bởi bụi.

Cách thứ ba là hỏi, có bao nhiêu ngôi sao đã sống và chết để làm phong phú môi trường liên sao với các nguyên tố nặng (còn gọi là kim loại). Ví dụ, hóa ra phải có khoảng một tỷ siêu tân tinh sụp đổ lõi để tạo ra tất cả oxy mà chúng ta thấy. Nếu chúng ta giả sử chức năng khối lượng là bất biến theo thời gian và siêu tân tinh đó phát sinh từ các ngôi sao trên 8 khối lượng mặt trời, thì chúng ta cũng biết có bao nhiêu ngôi sao có khối lượng thấp tồn tại lâu dài với anh chị em có khối lượng lớn của chúng và từ đó ước tính có bao nhiêu ngôi sao tồn tại ngày nay .

Con số, cho dù là 100 tỷ hay 300 tỷ không chính xác hơn hệ số của một số ít, nhưng có lẽ chính xác hơn một thứ tự cường độ. Vấn đề chính là các ngôi sao phổ biến nhất trong Thiên hà là những sao lùn M mờ nhạt, đóng góp rất ít ánh sáng hoặc khối lượng cho Thiên hà, vì vậy chúng tôi thực sự dựa vào sự ngoại suy về kiến ​​thức địa phương của chúng ta về các vật thể này.

Số lượng các vấn đề thiên hà dễ dàng hơn, mặc dù số lượng ít được xác định rõ. Chúng tôi giả định rằng trên quy mô lớn, vũ trụ là đồng nhất và đẳng hướng. Chúng tôi đếm xem có bao nhiêu thiên hà chúng ta có thể nhìn thấy trong một khu vực cụ thể, nhân nó lên để bao phủ toàn bộ bầu trời. Con số sau đó phải được sửa cho các thiên hà mờ nhạt ở xa không thể nhìn thấy. Điều khó khăn ở đây là chúng ta đang nhìn vào quá khứ và số lượng các thiên hà có thể không được bảo tồn, thông qua quá trình tiến hóa hoặc sáp nhập. Vì vậy, chúng ta phải thử và đưa ra một tuyên bố như "có n thiên hà trong vũ trụ quan sát được ngày nay sáng hơn L". Tôi nghĩ con số này chắc chắn chỉ là một thứ tự ước tính cường độ.

Đó là vấn đề thống kê.

Các nhà khoa học chiếm một lượng nhỏ không gian (giả sử 1 giây cung ). Họ nhìn nó cẩn thận bằng kính viễn vọng mạnh và đếm tất cả các ngôi sao và thiên hà mà họ nhìn thấy. Sau đó, họ ngoại suy số đó tại tổng không gian có thể nhìn thấy.

Tất nhiên họ có thể tính toán một số điểm của không gian và tính trung bình.

Vì con số được ngoại suy, đó là lý do tại sao nó không thực sự quan trọng nếu nó là 100 tỷ hoặc 300 tỷ ngôi sao. Mục tiêu là để có một thứ tự cường độ như được chỉ ra bởi Moriarty.