Não há mais estrelas visíveis a olho nu no avião da Via Láctea?

A maioria das estrelas visíveis a olho nu está dentro de 1.000 anos-luz. O Sol está dentro do braço Orion, com um diâmetro de cerca de 3.500 anos-luz. Assim, todas as estrelas (com muito poucas exceções) que podemos ver sem ajuda estão dentro do braço de Órion e devem ser igualmente distribuídas em todas as direções. A estrutura da galáxia é muito grande para afetar a distribuição de estrelas visíveis.

Ainda assim, vemos o disco da Via Láctea. O que é que vemos? A fraca luz das estrelas que não podemos distinguir individualmente? Ou a luz das estrelas refletida pelas nuvens de gás? E a densidade das estrelas a olho nu não é realmente maior no plano da Via Láctea? (Como eu estou morando em uma cidade poluída pela luz, não posso verificar isso sozinho)

Você pode dizer muito sobre a estrutura galáctica apenas olhando. As ~ 5000 estrelas que podem ser vistas a olho nu têm uma distribuição de distância aproximadamente "lognormal". Mostro abaixo gráficos que foram gerados a partir da versão mais recente do catálogo de paralaxe Hipparcos. A Fig.1 mostra resultados para todas as estrelas com (isto é, estrelas a olho nu muito fracas). O catálogo Hipparcos está quase completo para essas estrelas, embora algumas estrelas estejam tão distantes que a distância seja altamente incerta - no entanto, a imagem geral deve estar correta.$5.5<V<6.5$

A distância média é de cerca de 440 anos-luz. Mas a premissa de sua pergunta é, eu acho, que você discute que isso é longe o suficiente para que a distribuição não esférica de estrelas em nossa galáxia se torne aparente. A resposta é realmente que é, mas apenas justa. O Sol está muito próximo do plano do disco da nossa galáxia. A altura da escala de estrelas acima deste disco varia dependendo da idade e massa estelares. Muito aproximadamente, a altura da escala exponencial é de 300 a 500 anos-luz para a maioria das estrelas em nossa galáxia.

Este é apenas pequena o suficiente para que, se olharmos para os dados demográficos de estrelas em duas regiões de latitude Galactic nós não ver a diferença. A Fig. 2 abaixo mostra estrelas com em baixas latitudes galácticas (a 15 graus do plano em verde) e a mais de 45 graus do plano (em azul). Há uma diferença clara e significativa. Mais estrelas podem ser vistas a maiores distâncias em direção ao plano, traindo a natureza não esfericamente simétrica das estrelas em nossa galáxia.$5.5<V<6.5$

Em outras palavras, a estrutura da galáxia não é muito pequena para afetar a distribuição de estrelas a olho nu.

Quando olhamos para a Via Láctea, estamos vendo milhões de estrelas não resolvidas que, em geral, ainda estão mais distantes. Os efeitos da natureza de disco do Galaxy se tornam mais aparentes à medida que se vai a distâncias maiores. Em particular, nas altas latitudes galácticas, a pessoa simplesmente fica sem estrelas e, portanto, não há céu uniformemente iluminado - levando ao paradoxo de Olber, como corretamente afirmado em outra resposta. Mas em baixas latitudes, existem estrelas suficientes que, em geral, dentro da resolução de nossos olhos, existem muitas estrelas cuja luz é somada para fornecer um estímulo visual. Esta imagem é interrompida por poeira. O pó na galáxia é ainda mais concentrado em direção ao avião do que as estrelas. É por essa razão que, além de alguns milhares de anos-luz, a poeira desempenha um papel importante na modelagem das estruturas da Via Láctea que podemos ver, bloqueando efetivamente a luz em latitudes galácticas muito baixas.

Fig 1: Distribuição de probabilidade da distância para estrelas a olho nu no catálogo Hipparcos

Fig. 2: Distribuição probabilística da distância para estrelas a olho nu divididas em regiões de baixa e alta latitude galáctica (isto é, na direção e fora do plano galáctico) .

EDIÇÃO IMPORTANTE:

Depois que a resposta foi aceita, verifiquei um pouco. Dividi a amostra de Hipparcos em brilhante ( , 5000 estrelas) e muito brilhante ( , 173 estrelas) e observei a distribuição de estrelas por unidade de área no céu em função da latitude galáctica (Fig. 3) . Os resultados são mostrados abaixo e, mais obviamente, fazem o ponto. Acontece que a assimetria entre um fora do avião é claramente vista, mesmo na amostra mais brilhante. A razão é que as estrelas muito brilhantes não estão muito mais próximas do que as estrelas brilhantes. Talvez uma mediana de 200 anos-luz vs 350 anos-luz. Assim, a altura da escala do disco galáctico deve ser pequena o suficiente para que a diferença da simetria esférica já apareça nesses tipos de distâncias.V < $V<6$$V<3$

Fig. 3: Gráfico normalizado do número de estrelas por unidade de área versus latitude galáctica para uma amostra de estrelas brilhantes e muito brilhantes. Observe a concentração em direção ao plano galáctico .

EDIÇÃO ADICIONAL: Você pode até ver no gráfico acima que também há uma ligeira concentração em relação a latitudes negativas; o pico de densidade é de -5 a -10 graus nos dois casos. Provavelmente, porque o Sol está acima do plano galáctico no momento (embora eu também me pergunte se a poeira tem algum papel). A Sun é atualmente de 60 anos-luz acima do plano e indo para cima (ver quão longe é a Terra / Sol acima / abaixo do plano galáctico, e é indo em direção / longe dele? ). A combinação dos resultados que mostrei pode ser suficiente para concluir que o disco galáctico tem uma "espessura característica * não superior a algumas centenas de anos-luz, mas mais de 60 anos-luz!

Em primeiro lugar, a galáxia é apenas cerca de 1000 vezes espessa . Estamos bastante perto do plano galáctico, talvez cerca de 65 'acima' se chamarmos a direção em que estamos nos afastando 'abaixo'. Portanto, supondo que todos os objetos visíveis estejam dentro de cerca de 1000, podemos supor que deveríamos ver mais estrelas no plano do que acima e abaixo do plano, pois existem apenas cerca de 500ly de estrelas na galáxia acima e abaixo.

Estamos talvez 25kly do centro galáctico. Portanto, existem cerca de 25kly de estrelas para fora e 75kly de estrelas para dentro. Se pudéssemos ver todos eles a olho nu, veríamos mais estrelas de um lado que do outro. Enquanto muitas das estrelas que vemos estão dentro de 1000, isso não significa que as estrelas nessa região de visibilidade sejam distribuídas uniformemente. As estrelas estão mais próximas do centro , o que implica que veremos mais para um lado do que para o outro.

Não sei de onde você tira a idéia de buscar confirmação de que a densidade de estrelas não é maior no plano galáctico, porque não é verdade. A densidade é maior em direção ao centro da galáxia; e ortogonal ao plano galáctico, a densidade diminui à medida que você se afasta dele.

Além disso, vemos muito mais do que meros pontos de luz de outras estrelas. Vemos outros objetos que são agregações de estrelas - aglomerados e galáxias como Andromeda, o LMC e o SMC. Vemos nebulosas, nuvens de gás e poeira. De fato, o pó obscurece o que de outra forma poderíamos ver em direção ao centro galáctico.

Então, quando você pergunta 'o que vemos?' a resposta é: muitas coisas. Como há mais dessas coisas no plano da galáxia, vemos a maioria dessas coisas como um anel ao nosso redor. Como há mais dessas coisas em direção ao centro da galáxia, vemos que o anel é mais brilhante, mais cheio, mais complexo e dominante de um lado.

Isso é conhecido como paradoxo de Olbers . Uma (na minha opinião) melhor explicação pode ser encontrada aqui .

Observe que esses links respondem à pergunta por que o universo (não apenas a Via Láctea) não está iluminando nosso céu noturno. Agora, se o universo (incluindo a Via Láctea) não pode fazê-lo, a Via Láctea não pode fazê-lo por conta própria ...

Simplesmente não há estrelas suficientes dando luz suficiente. O brilho é reduzido quadraticamente pela distância. Isso conta muito rapidamente com distâncias astronômicas. Mesmo para as estrelas que são nossos vizinhos.