Quando o número de estrelas será máximo?

Há muito aproximadamente uma "toupeira" de estrelas no universo. A Wikipedia cita uma estimativa de $3 \times 10^{23}$ embora o número esteja associado a algum debate e incerteza.

Eu gostaria de saber se existem estimativas de quando o número de estrelas no universo será maximizado. Espera-se que aumente assintoticamente até um máximo, ou atingirá o pico e depois diminuirá.

Suponho que isso possa depender da definição de "estrela", se objetos anões marrons ou pretos forem contados ou não. Não quero pré-especificar, é mais provável que uma resposta boa e bem informada inclua essas informações.

TL; DR Em algum lugar entre agora e algumas centenas de bilhões de anos. (Para um volume em movimento conjunto) Agora continue a ler.

$N(m)$

$N(m)$$\Phi(t)$

$t-\tau(m)$$\tau(m)$

$t$

Eu tentaria (e possivelmente ainda tentarei) algum tipo de aproximação analítica, mas Madau & Dickinson (2014) fizeram isso melhor e levaram em conta a dependência da metalicidade de vidas estelares e a evolução química das galáxias. A taxa de formação estelar atingiu o pico há cerca de 10 bilhões de anos, é mais do que uma ordem de magnitude mais baixa agora e está diminuindo exponencialmente com uma constante de tempo de 3,9 bilhões de anos.

A massa estelar integrada é mostrada na Fig 11 (mostrada abaixo). Hoje ainda está aumentando, mas a uma taxa muito baixa e não passou pelo máximo. A razão para isso é que a maioria das estrelas tem massas de 0,2-0,3 massas solares e vidas muito mais longas que a idade do universo. Mesmo que essas estrelas sejam adicionadas a uma taxa muito lenta, sua taxa de mortalidade é zero no momento.

Se a formação estelar continuasse em um nível baixo, o número de estrelas só começaria a diminuir significativamente quando as estrelas próximas ao pico da função de massa estelar, que nasceram nos primeiros tempos, começarem a morrer. O tempo de vida de uma estrela de massa solar de 0,25 é de cerca de um trilhão de anos ( Laughlin et al. 1997 ).

Por outro lado, se a formação estelar cessasse agora , o número de estrelas começaria imediatamente a diminuir.

Talvez possamos argumentar que o atual declínio exponencial continuará e o pico ocorrerá em mais alguns bilhões de anos quando estrelas de massas solares de 0,8 a 0,9 começarem a desaparecer. No entanto, isso é futurologia, uma vez que não temos uma teoria dos primeiros princípios que explique a dependência do tempo da formação estelar, então acredito que a melhor resposta que pode ser dada é algo entre agora e algumas centenas de bilhões de anos.

Observe que esta resposta assume um volume em movimento conjunto. Se a pergunta feita é formulada em termos do universo observável, porque o número de estrelas quase atingiu um platô, então a resposta se aproxima de qualquer idade que o volume do universo observável seja maximizado. Digo "próximo a", porque você deve considerar que o universo observável inclui estrelas em fatias de distância em todas as épocas cósmicas. Não estou disposto a realizar esse cálculo horrendo, mas observe que o atual modelo cosmológico de concordância tem nosso universo observável aumentando lentamente de um raio de 45 bilhões de anos-luz agora, para cerca de 60 bilhões de anos-luz no futuro Davis & Lineweaver 2005 , e isso pode compensar um lento declínio no número de estrelas em um volume em movimento.