สามารถสร้างดวงดาวได้กี่ชั่วอายุคนในยุค Stelliferous?

Question

เช่นเดียวกับในกรณีทั่วไปดาวฤกษ์ถูกสร้างขึ้นจากเนบิวลาซึ่งในบางกรณีก็เป็นผลมาจากซูเปอร์โนวา

นอกจากนี้ดาวยังต้องการไฮโดรเจนเพื่อเป็นดาวฤกษ์ (เพื่อทำนิวเคลียร์ฟิวชัน) แต่ดาวฤกษ์จะใช้ไฮโดรเจนในวงจรชีวิต ดังนั้นจึงน้อยลงและไฮโดรเจนน้อยที่เหลืออยู่สำหรับคนรุ่นอนาคตและธาตุหนักอื่น ๆ ใช้สถานที่

สามารถสร้างดาวฤกษ์ได้กี่รุ่นจนกว่าจะไม่มีไฮโดรเจนเหลือเพียงพอที่จะสร้างดาวดวงใหม่

Answer 1

เราสามารถสร้างขอบเขตบนทางทฤษฎีโดยพิจารณาดาวที่มีอายุสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้$\tau_{short}$และไฮโดรเจนเริ่มต้นจำนวนมาก $M_H$. จากนั้นเราสามารถคำนวณไฮโดรเจนเศษส่วนที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้$r$ หลังจากดาวฤกษ์สิ้นสุดลง (ด้วยซูเปอร์โนวา) และได้รับจำนวนรุ่นทั้งหมดเป็น $ \log (M_{star}/M_H)/\log(r)$. ถ้าใครใช้มวลสุริยะ$r\approx 0.5$ และมวลกาแล็กซี่ของก๊าซ $M_H=10^{10}M_\odot$หนึ่งอาจมี 33 ชั่วอายุคน แน่นอนว่าเราสามารถลองปรับแต่งสิ่งนี้โดยใช้ดาวที่หนักกว่าซึ่งรีไซเคิลได้ดีกว่า แต่ก็ไม่ได้รับผลกระทบจากความเป็นโลหะของสื่อที่เพิ่มขึ้น แต่มันจะค่อนข้างสิ้นเปลืองความพยายาม: มันไม่ใช่แบบจำลองที่เหมือนจริง

ความเหลื่อมล้ำระหว่างคนรุ่นต่างๆกำลังเติบโตขึ้น: ดวงดาวถูกสร้างขึ้นในปัจจุบันจากก๊าซผสมที่รีไซเคิลจากรุ่นก่อนหน้าทั้งหมด นอกจากนี้ยังมีระยะเวลาที่แตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับมวลดังนั้นแหล่งกักเก็บก๊าซจึงไม่สามารถเติมเต็มได้อย่างสะดวกสำหรับรุ่นต่อไปที่จะสร้างขึ้น แต่จะถูกเติมเต็มในขณะที่การก่อตัวของดาวยังดำเนินอยู่ ดังนั้นการพูดถึงคนรุ่นหลังจึงมีประโยชน์น้อยลงเรื่อย ๆ และแทนที่จะพูดถึงเวลาที่ดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นเป็นหลักหรือมีโลหะเท่าไรในตอนเริ่มต้นเนื่องจากแหล่งกักเก็บก๊าซที่มีการวิวัฒนาการสูง

เราสามารถจำลองการก่อตัวของดาวและการรีไซเคิลได้โดยใช้แบบจำลองของแต่ละแบบ แต่มันเปลี่ยนไปค่อนข้างซับซ้อนและแย่ลงอย่างรวดเร็วขึ้นอยู่กับสมมติฐานเกี่ยวกับปริมาณก๊าซภายในคลัสเตอร์ในอนาคตซึ่งเป็นสิ่งที่มีข้อ จำกัด เล็กน้อย แนวโน้มการก่อตัวของดาวในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าเราอยู่ใกล้กับจำนวนดาวสูงสุดและการก่อตัวของดาวฤกษ์สูงสุดนั้นเกิดขึ้นในอดีตดังนั้นจึงมีดาวฤกษ์เพียงไม่กี่ดวงที่จะก่อตัวขึ้นในอนาคตจนกว่าระดับก๊าซจะต่ำกว่าความหนาแน่นของพื้นผิววิกฤตและดับลง (ดูหัวข้อ D ในกระดาษนี้ ) แต่ถ้าก๊าซภายในคลัสเตอร์เย็นลงและฝนตกอย่างช้าๆอาจทำให้สิ่งต่างๆยืดออกไปได้เล็กน้อย ถึงกระนั้นในเรื่อง$10^{14}$ ปีการก่อตัวของดาวฤกษ์ปกติจะหยุดลง