Como os cientistas sabem que existem cerca de 300 bilhões de estrelas em uma galáxia e existem cerca de 100 bilhões de galáxias?

Só de pensar nisso é incompreensível. Mas como o cientista consegue esses números? Que tecnologia / sistema / teoria eles usam?

O modo como funciona é o seguinte. Realizamos estudos detalhados de estrelas no bairro solar. Isso estabelece a densidade local das estrelas e a mistura de massas que elas possuem (chamada de função de massa estelar). Comparamos isso com a função de massa de aglomerados de estrelas e observamos que, pela primeira ordem, parece invariante.

Podemos então triangular o problema de várias maneiras: podemos criar um modelo para a densidade estelar da galáxia, assumir que tudo tem a mesma função de massa e, assim, obter um número de estrelas. O modelo pode ser baseado em conversões brutas de luz em massa, mas com mais freqüência seria baseado em pesquisas profundas do céu - pesquisas estreitas com feixes de lápis do HST ou pesquisas mais amplas como o SDSS. A chave é poder contar estrelas mas também calcule a que distância estão. Isso é altamente incerto e depende de algumas suposições sobre simetria para cobrir regiões da nossa galáxia que não podemos investigar.

Outro método é contar objetos brilhantes que possam atuar como traçadores da população estelar subjacente (por exemplo, gigantes vermelhos), comparar isso com o número de gigantes em nosso local bem estudado e, a partir disso, extrapolar para um número total de estrelas, novamente confiando em argumentos de simetria para aqueles pedaços da galáxia que estão distantes ou obscurecidos pelo pó.

Uma terceira maneira é perguntar quantas estrelas viveram e morreram para enriquecer o meio interestelar com elementos pesados ​​(também conhecidos como metais). Por exemplo, deve ter havido cerca de um bilhão de supernovas de colapso do núcleo para criar todo o oxigênio que vemos. Se assumirmos que a função de massa é invariável com o tempo e que as supernovas surgem de estrelas acima de 8 massas solares, também sabemos quantas estrelas de baixa massa de longa duração nasceram com seus irmãos de alta massa e, portanto, estimamos quantas estrelas existem hoje .

O número, seja 100 bilhões ou 300 bilhões, não é mais preciso que um fator de poucos, mas provavelmente é mais preciso que uma ordem de magnitude. A questão principal é que as estrelas mais comuns na galáxia são anãs M fracas, que contribuem com muito pouca luz ou massa para a galáxia, então estamos realmente confiando em uma extrapolação de nosso conhecimento local desses objetos.

O problema do número de galáxias é mais fácil, embora o número seja menos bem definido. Assumimos que em grandes escalas o universo é homogêneo e isotrópico. Contamos quantas galáxias podemos ver em uma área específica, multiplicando-a para cobrir todo o céu. O número deve ser corrigido para galáxias fracas distantes que não podem ser vistas. O difícil aqui é que estamos olhando para o passado e o número de galáxias pode não ser conservado, seja através da evolução ou de fusões. Portanto, temos que tentar chegar a uma afirmação como "existem n galáxias no universo observável hoje que são mais luminosas que L". Eu acho que esse número é certamente apenas uma estimativa de ordem de magnitude.

É uma questão de estatística.

Os cientistas ocupam uma pequena quantidade do espaço (digamos 1 segundo de arco ). Eles olham cuidadosamente com telescópios fortes e contam todas as estrelas e galáxias que vêem. Em seguida, extrapolam esse número no espaço total visível.

É claro que eles podem calcular vários pontos do espaço e fazer uma contagem média.

Como o número é extrapolado, é por isso que realmente não importa se são 100 bilhões ou 300 bilhões de estrelas. O objetivo é ter uma ordem de magnitude conforme apontado por Moriarty.