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"¿No es suficiente ver que un jardín es hermoso sin tener que creer que también hay hadas en el fondo?" - Douglas Adams, La guía del autoestopista galáctico.

20/1/23 - DJ:

¿Cuántas estrellas, galaxias y planetas existen?

T.E.L: 4 min.

Los números son astronómicos, como los granos de arena.



Resulta evidente que los astrónomos no pueden contar estrellas, planetas ni galaxias. Pero pueden hacer cálculos, basados en suposiciones lógicas y mediciones.
Este tipo de cálculos posee varias dificultades que debemos tener en cuenta:
1-En las galaxias hay estrellas, planetas, asteroides, cometas; gas y polvo; materia oscura. Los astrónomos generalmente desprecian en el cálculo de masa a los planetas y objetos menores por considerar que su masa es mucho menor a la de las estrellas. La masa de las galaxias se puede calcular por su rotación y el brillo de los componentes. Como la rotación es mayor que la masa de los objetos luminosos, se piensa que en las galaxias hay materia oscura y se puede calcular el componente de masa estelar/masa materia oscura.

2-Todo lo que vemos, lo percibimos tal y como era en el pasado y no como es "ahora mismo", ya que la luz tarda en llegarnos. Cuanto más lejos se observa, más en el pasado se ubica el objeto emisor. Lo que implica que si se hacen cálculos en base a tales observaciones, será un cálculo que incluirá objetos que muy probablemente ya no existan, en particular cuando se trata del universo a gran escala. Además, los resultados no incluirán objetos más nuevos, cuya luz todavía no llegó a los observadores. 

Aclaración: usaremos notación científica, donde el símbolo "^" significa potencia. Ejemplo: "10^10", se lee "10 a la 10". Como referencia, 10^9 son mil millones; 10^10 son 10 mil millones; 10^11 son 100 mil millones; 10^12 es un billón.



I-LA CANTIDAD DE ESTRELLAS
a-EN LA VÍA LÁCTEA
El número de estrellas se puede calcular si primero se conoce la masa de una galaxia. La posición del Sistema Solar dentro de la galaxia hace difícil la determinación de propiedades de la Vía Láctea. Pero con ingenio, los profesionales han podido superar los obstáculos. Así, Licquia y Newman (2013) calcularon una masa de 10^10 masas solares. Sin embargo, se trata de un límite inferior, ya que se sabe que la mayoría de las estrellas de la galaxia son enanas rojas (estrellas M), cuya masa es menor que las estrellas G como el Sol. Así, al dividir la masa de la galaxia por una masa promedio inferior, el número de estrellas debe ser mayor. Es por eso que muchas fuentes indican un rango de 10^11 y 10^12 estrellas en la Vía Láctea.

b-EN EL UNIVERSO
Si se obtiene un valor para el número total de galaxias en el universo observable, entonces se puede multiplicar el número de estrellas en la Vía Láctea por la cantidad de galaxias previstas, a sabiendas de que nuestra galaxia no es exactamente un promedio. Por tanto, para saber esto, primero debemos indagar qué han calculado los astrónomos para el número de galaxias.

II-LA CANTIDAD DE GALAXIAS
Con el Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos tuvieron la genial idea de tomar imágenes muy profundas, con largas exposiciones durante varios días. Así, la imagen que vemos aquí abajo, cubre menos de una décima parte del tamaño angular de la Luna llena, obtenida luego de dos millones de segundos de exposición y combina imágenes del Campo Ultra Profundo de Hubble (2002-2003) y el Campo Ultra Profundo Infrarrojo (2009). Se trata del Campo Extremadamente Profundo, Hubble eXtreme Deep Field (XDF). 
El tamaño angular de la imagen es 1/30 millonésima parte del cielo y contiene unas 5500 galaxias.
Por el Principio Cosmológico, que implica que el Universo es homogéneo e isótropo, se puede extrapolar la cantidad de galaxias en este pequeño parche del cielo y multiplicar por el cielo completo. Así, el cálculo indica que habría unas 170 mil millones de galaxias (1,7 * 10^11).



Con simulaciones computacionales, como Illustris y otras, se ha llegado a decir que el número de galaxias podría ser de 2 billones.
Christopher J. Conselice y otros (2016) llegaron a un resultado similar. En la Figura 8 de su paper se puede ver un gráfico que muestra el número integrado de galaxias como función de la magnitud (línea negra sólida) y la densidad de flujo de galaxias en unidades de energía (línea puntada azul). Las dos líneas punteadas horizontales muestran el número total de galaxias que podrían observarse potencialmente con la tecnología presente (línea verde) y el número predicho hasta z<8 (línea roja). El valor z es el corrimiento al rojo, usado como indicación de distancia.



Ib: NÚMERO DE ESTRELLAS EN EL UNIVERSO
Si el número de estrellas en la galaxia es 10^11 y el número de galaxias es 10^12, y multiplicamos una cosa por otra, por Ley de potencias, ante bases iguales, podemos sumar exponentes: 10^23 estrellas. Sin embargo, hay muchas más galaxias enanas que del tamaño de la Vía Láctea. Por otro lado, las estrellas más masivas observadas, cuyo período de equilibrio es corto, ya no deben existir. Pero como las estrellas gigantes son un porcentaje pequeño, ya que la mayoría son estrellas menos masivas, al ajustar estos parámetros el número total de estrellas debe estar en el rango de 10^21 y 10^22. 
¡Diez mil trillones de estrellas!

III. CANTIDAD DE PLANETAS EN EL UNIVERSO
El primer problema con la cantidad de planetas es que el catálogo de exoplanetas, que contiene unos 5000, es muy pequeño y sesgado. La mayoría de los planetas detectados son Júpiters calientes, no porque sean mayoría, sino porque son más fáciles de descubrir por los métodos usados.
Sin embargo, el sistema Kepler-32 tiene una estrella enana roja como centro. Un estudio sugiere que podría tomarse como modelo para otras estrellas del mismo tipo, que son la mayoría. El sistema Kepler-32 tiene 5 planetas. Jonathan J. Swift (no es el autor de Los Viajes de Gulliver, pero se llama igual), en base a este dato, calculó que debe haber 1 planeta por estrella, de promedio, en la Vía Láctea.



Si lo extrapolamos al universo, multiplicando por la cantidad de estrellas, como hicimos antes, llegaríamos a un resultado similar. Con el aumento de los datos, en el futuro, estas estimaciones podrán ser más confiables.

En cualquier caso, no caben dudas de que el número potencial de estrellas, planetas y galaxias es...astronómico. ¿Le parece mucho? Se ha calculado que el número de granos de arena en las playas del mundo es de 56.000 trillones. Depende de cómo se hagan los cálculos, habrá más o menos granos de arena que estrellas. Al final, el Universo será un gigantesco vacío tapizado de quichicientos millones de motas de polvo.☉

Fuentes y enlaces relacionados
How Many Stars in the Milky Way?

Improved Constraints on the Total Stellar Mass, Color, and Luminosity of the Milky Way
Licquia y Newman (2013)

There are more galaxies in the Universe than even Carl Sagan ever imagined

How many galaxies are in the Universe?

How many stars are there in space?

Properties of galaxies reproduced by a hydrodynamic simulation
Mark Vogelsberger et al (2014)

The Evolution of Galaxy Number Density at z < 8 and its Implications
Christopher J. Conselice, Aaron Wilkinson, Kenneth Duncan, Alice Mortlock

Observable universe

Searching the Entirety of Kepler Data. II. Occurrence Rate Estimates for FGK Stars
Michelle Kunimoto and Jaymie M. Matthews 2020 AJ 159 248
DOI 10.3847/1538-3881/ab88b0

There Could Be Up to 6 Billion Earth-Like Planets Out There in The Milky Way

100 Billion Alien Planets Fill Our Milky Way Galaxy: Study

Characterizing the Cool KOIs IV: Kepler-32 as a prototype for the formation of compact planetary systems throughout the Galaxy
Jonathan J. Swift et al

Planets Abound

Milky Way

Granos de arena y estrellas

Sobre las imágenes
HUBBLE EXTREME DEEP FIELD (XDF)
https://hubblesite.org/contents/media/images/2012/37/3098-Image.html
NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University), and the HUDF09 Team

The Hubble eXtreme Deep Field
https://esahubble.org/images/heic1214a/

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