Уменьшилось ли со временем число рожденных новых звезд?

Измерение истории звездообразования во Вселенной является ключевым компонентом в понимании эволюции галактик. Он тесно связан с другим вопросом, недавно заданным тем же человеком: становятся ли звезды более богатыми металлами, менее массивными и менее живущими с космическим временем? Хотя этот вопрос относится ко Вселенной в целом, понимание требует оценки факторов, обсуждаемых в моем ответе на этот вопрос.

Есть несколько способов сделать это с помощью наблюдений, используя ряд диагностических методов, чтобы установить связь между светом, который мы видим от галактик в диапазоне красных смещений и периодов «оглядывания назад», и скоростью, с которой масса собирается в звезды. . Ни одна из этих диагностик не идеальна, у всех есть свои индивидуальные проблемы. Самые последние всеобъемлющие обзоры по этой теме были сделаны Kennicutt & Evans (2012) и Madau & Dickinson (2014), которые работали в этой области с самого начала.

Согласно их обзору всех свидетельств, звездообразование достигло пика примерно через 3,5 миллиарда лет (при красном смещении около 2) после Большого взрыва и с тех пор снижалось примерно экспоненциально, с временной шкалой электронного свертывания около 4 миллиардов лет.

Основными инструментами наблюдения являются измерения УФ-светимости галактик в системе покоя, которые говорят вам кое-что о том, сколько массивных звезд присутствует; в ближнем инфракрасном свете преобладают звезды с меньшей массой, так что это измеряет их количество; Дальнее инфракрасное излучение в кадре покоя говорит нам, сколько пыли есть в далеких галактиках и, следовательно, насколько другие индикаторы вымерли, и сколько материала доступно для образования новых звезд. Эта диагностика сочетается с моделями эволюции галактик и идеями о спектре масс формирующейся звезды, чтобы определить преобразование света в массу и скорость формирования сопутствующих звезд в зависимости от времени оглядывания назад.

Вот, я думаю, ключевые сюжеты из обзора Madau & Dickinson. Первый показывает скорость звездообразования в массах Солнца в год на мегапарсек в кубе с использованием различных диагностик (немаркированная левая панель представляет собой сравнение двух справа). Это совместно движущиеся плотности; т.е. они берут расширение Вселенной, чтобы сравнить звездообразование в разные эпохи. Второй график показывает, как со временем увеличивалась (сопутствующая) плотность звездной массы. Это показывает монотонное увеличение, потому что большинство рождающихся звезд и большая часть звездной массы содержится в долгоживущих звездах ($>10$миллиардов лет жизни), поэтому большинство когда-либо родившихся звезд до сих пор живы. Сюжет сглаживается к сегодняшнему дню, потому что скорость звездообразования снижается, а Вселенная почти достаточно старая, поэтому звездные смерти так же многочисленны, как и звездные рождения.

Я понимаю, что это только половина ответа, который вы ищете, у меня может быть некоторое время, чтобы добавить к этому позже, но я могу сказать сейчас, что это имеет мало общего (напрямую) со средней плотностью Вселенной, потому что звезды рождаются внутри галактик, а гравитационные потенциалы и плотности газа внутри галактик не подвержены влиянию космического расширения. например см. Почему расширение пространства не расширяет материю?