Esta es una respuesta bastante larga ya que traté de profundizar un poco; hay un breve resumen al final.

¿Veremos más o menos estrellas con el tiempo?

La respuesta corta a esto es: vemos menos estrellas con el tiempo, debido al hecho de que la expansión cósmica se está acelerando. Aunque lo que realmente vemos a las distancias pertinentes son galaxias; las estrellas individuales están demasiado lejos para ser resueltas.

Lo primero que hay que darse cuenta para entender esto es que el límite de velocidad de la relatividad especial no se aplica a la expansión cósmica. Si imaginas las galaxias como pasas en una masa enorme que se eleva, lo que SR te dice es que nada puede moverse a través de la masa más rápido que la luz. Pero si la expansión es la misma en todas partes y la masa es lo suficientemente grande, entonces una velocidad arbitrariamente pequeña a la que la masa suba haría que todas las pasas más allá de cierta distancia se alejaran de su pasa local más rápido que la luz. Esta "distancia determinada", en el Universo, se denomina Distancia de Hubble . Las galaxias más alejadas de la distancia de Hubble se alejan de nosotros más rápido que la luz.

Este, sin embargo, no es el límite más allá del cual la luz no puede alcanzarnos. Si una galaxia se aleja de nosotros más rápido que la luz, un fotón emitido desde dicha galaxia hacia nosotros inicialmente se alejará de nosotros, pero se arrastrará hacia regiones del espacio, a la velocidad de la luz local, que se alejan de nosotros un poco más lento que el uno desde el que fue emitido, por lo que se alejará de nosotros un poco más lento que antes, etc., hasta que finalmente entre en una región del espacio que se aleja de nosotros más lento que la luz, desde cuyo punto es trivial que eventualmente llegar a nosotros

Este no es siempre el caso, sin embargo. Hay, en ciertas cosmologías (incluida la nuestra con una expansión acelerada), una distancia, más allá de la cual un fotón emitido nunca nos alcanzará. Esto sucede si el Universo se expande más rápido de lo que los fotones pueden atravesarlo. Esta distancia se llama Horizonte de Sucesos cósmico , y mientras se expande en términos de distancias absolutas, se está reduciendo en términos de distancia de co-movimiento. La distancia de co-movimiento es la distancia medida en un sistema de coordenadas que se expande junto con el Universo; tal sistema tendrá galaxias más o menos sentadas en las mismas coordenadas a lo largo de la historia del Universo, por lo que el Horizonte de Sucesos tendrá una reducción de co -Mover el radio de nosotros directamente nos dice que habrá menos objetos dentro de este radio en el futuro.

En teoría, la forma en que podemos observar cómo estas galaxias distantes abandonan nuestro horizonte de sucesos, y la razón por la que tiene su nombre, será muy parecida a como observaríamos un objeto cayendo en el horizonte de sucesos de un Agujero Negro: los efectos relativistas desplazarán la luz hacia el rojo. emitidos de tal objeto indefinidamente, lo que también ralentiza el tiempo observado por nosotros. Entonces, el objeto parecerá disminuir la velocidad asintóticamente hasta congelarse por completo, mientras que la luz se desplazará hacia el infinito y se volverá indetectable para nosotros, aunque se podría argumentar que, en teoría, nunca desaparecerá por completo. Lo último que veremos de tal galaxia es un punto en su historia (que no es especial para la galaxia en sí), después del cual nunca recibiremos información más reciente sobre la galaxia; por eso se llama horizonte de eventos.

¿Pueden los objetos estelares salir del alcance del universo observable o solo crece con el tiempo?

Esto no es fácil de responder con un claro "sí" o "no", porque el término "Universo observable" no está claramente definido. El horizonte de eventos que menciono anteriormente se define como:

Horizonte de Sucesos: La distancia, desde más allá de la cual un fotón emitido hacia nosotros ahora nunca nos alcanzará.

Y acabamos de establecer que esta distancia se está reduciendo en coordenadas de movimiento conjunto, así que sí, las galaxias están escapando de nuestro horizonte de eventos cósmicos mientras hablamos.

Pero podemos ver que el Event Horizon tiene la propiedad de ser un corte en el tiempo, al igual que el Espacio: Para cualquier galaxia, es el último evento en su historia que podremos observar. Pero también podríamos hacer una pregunta diferente:

¿Cuál es la distancia más lejana a la que podemos ver el primer evento en la historia de un objeto?

O en otras palabras, ¿cuánto puede haber viajado hoy un fotón emitido en el momento del Big Bang ? ¿A qué distancia estamos observando el Big Bang? Llamamos a esta distancia el Horizonte de Partículas :

Horizonte de Partículas: La distancia desde la que nos alcanzará ahora un fotón emitido durante el Big Bang.

Normalmente usamos el Fondo Cósmico de Microondas como un proxy para esto; actualmente tiene un corrimiento al rojo de ~1100 y una distancia adecuada de 46 mil millones de años luz de nosotros (recuerde, ese es el tamaño actual de ese espacio, pero se ha expandido continuamente mientras el fotón viajaba, por lo que el fotón aún habrá viajado solo los 13.800 millones de años luz que esperaríamos de la edad del Universo). Mientras que el horizonte de eventos crece en términos absolutos, pero se reduce en coordenadas de movimiento conjunto, el horizonte de partículas crece en ambos sistemas de coordenadas, por lo que el horizonte se expande para siempre.

Resumen

Para responder correctamente a esta pregunta, tenemos que pensar en términos tanto de tiempo como de espacio. Por un lado ; para todas las galaxias, hay un punto en su historia que es el último que observaremos, por lo que, en ese sentido, las galaxias (y, por lo tanto, las estrellas) se están alejando del "Universo observable" mientras hablamos. Por otro lado , la distancia a la que podemos ver los primeros eventos en el Universo se está expandiendo y siempre lo estará. Pero el límite de tiempo sobre cuánto de la historia de estas nuevas regiones podemos estudiar antes de que se congelen y se desplacen hacia el rojo hasta el infinito será cada vez más corto.

PD: Las matemáticas detrás

Hay un artículo que es relativamente fácil de leer para alguien con experiencia en física, escrito por alguien mucho más inteligente que yo, en ArXiv.org , que explica todo esto con mejor detalle teórico.

Olvidémonos del tiempo de vida de las estrellas y sus tasas de formación, lo que significa que la pregunta idealizada que voy a responder está más cerca de la pregunta

¿Veremos más galaxias a medida que el universo envejece?

Una galaxia es visible si ha emitido fotones que nos alcanzan, es decir, si nuestro cono de luz pasado cruza su línea de tiempo.

Asumiendo la cosmología FLRW (vea esta respuesta para algunas matemáticas y una buena imagen), enfatizaría los siguientes hechos:

• las galaxias que eran visibles en el pasado seguirán siendo visibles en el futuro
• seguiremos viendo nacer nuevas galaxias

Esto significa que efectivamente el número de galaxias visibles aumenta .

Sin embargo, también es cierto que

• la diferencia de edad entre una galaxia dada tal como la vemos y la nuestra aumentará y hay una edad límite más allá de la cual nunca podremos ver
• las intensidades disminuirán y los desplazamientos hacia el rojo aumentarán, lo que hará que las galaxias sean cada vez más difíciles de detectar

Esto significa que hay galaxias que actualmente vemos como eran, pero nunca podremos verlas como son ahora y es posible que los futuros científicos ya no puedan ver otras galaxias (no unidas gravitacionalmente a nosotros) por razones tecnológicas .

Esta es una pregunta realmente interesante. Creo que ya se ha dado la respuesta fácil:

• Las estrellas requieren elementos más ligeros (hidrógeno, helio) para generar energía (y, por lo tanto, luz) a partir de la fusión. Hay una cantidad finita (pero afortunadamente enorme) de estos elementos más livianos en nuestro universo, todos (en un sentido de "recuadro negro") de los cuales se dirigen gradualmente hacia abajo por la pendiente de la energía hacia la fusión en hierro. Eventualmente, este combustible se agotará, todo se enfriará y no se generará nueva luz visible.

Muchas estrellas ahora, no hay estrellas en el futuro, requiere un declive. QED.

Pero el fondo de su pregunta es que pienso más en los objetos del universo visible, es decir, objetos de los que posiblemente podamos obtener alguna información. Esta es mucho más difícil de responder, creo que la verdadera respuesta es "no podemos estar seguros" de que las escalas de tiempo en las que opera el universo exceden tanto el período de nuestra observación que debemos dudar en afirmar algo con certeza.

Dicho esto, nuestra mejor opción para dar una respuesta es extrapolar a partir de esas observaciones limitadas. Son todo lo que tenemos. Voy a optar por proceder bajo la suposición de que "el universo de mañana se comportará exactamente igual que el universo de hoy" y "el universo a distancia opera igual que en nuestra localidad", es decir, que las leyes de la física son tanto espacio como tiempo. invariante.

Los hechos que conocemos:

• el universo se está expandiendo. Ahora, con esto no queremos decir simplemente que los objetos en el universo se están alejando, aunque lo están, queremos decir que la velocidad a la que se alejan está aumentando, y no solo está aumentando, sino que está aumentando proporcionalmente a la distancia de los objetos. del observador. Esto es análogo a algún estiramiento subyacente en el espacio entre los objetos.
• La velocidad a la que se produce esta expansión o estiramiento se está acelerando.
• La luz viaja a una velocidad finita. ~3*10^8m/s en vacío. Esta es la velocidad más rápida a la que cualquier información puede viajar en el universo.

De estas tres afirmaciones concluiría que el universo visible debe estar encogiéndose. Habría una distancia (inimaginablemente grande) entre dos objetos en los que la aceleración debida a la distancia sería ~ 3 * 10 ^ 8 m / s / s y dentro de los segundos objetos en esa parte del universo se perderían para nosotros

Sin embargo, un punto clave aquí es que la relativa nos dice que dos objetos no pueden exceder la velocidad de la luz entre sí.

Esto significa que no importa qué tan fuerte presiones, cualquier fuerza que provenga de este "estiramiento" no puede forzar a los objetos a salir del universo visible.

De esto concluyo que, de hecho, el alcance del universo visible en términos de objetos de los que podemos obtener información, probablemente está aumentando, y probablemente seguirá aumentando durante todo el futuro del universo. Además, sostengo que este aumento en el alcance es probablemente un enfoque asintótico de algún valor máximo.

Espero que esto ayude.

La formación de estrellas comenzará a disminuir lentamente en las galaxias a medida que el universo envejezca debido a la conversión de gas, como el hidrógeno, en elementos más pesados, como el carbono y el hierro. Esencialmente, el universo se está quedando lentamente sin combustible. Las estrellas tienen dificultades para fusionar elementos más pesados.

Eventualmente no quedarán estrellas. Lo que quedará serán enanas negras, agujeros negros, estrellas de neutrones, etc. Estos se descompondrán lentamente con el tiempo en una sopa cósmica de partículas subatómicas fundamentales.

La expansión del espacio hará que sea más difícil ver galaxias y no estrellas.

Hace algunas veces leí sobre un escenario en el que el número de objetos visibles es cada vez más pequeño. Esto se debe básicamente a la ley de Hubble: cuanto más lejos están dos objetos, más rápido se alejan el uno del otro y cuando la velocidad supera la velocidad de la luz, ya no pueden llegar noticias de ellos. Si se tiene en cuenta que la expansión del universo se está acelerando (la constante de Hubble está aumentando) esto empeora aún más.

No me gusta pensar que muchas cosas en el universo caen constantemente fuera de mi cono de luz, sin embargo, esto es lo que sugieren nuestras observaciones actuales y probablemente sea aún mejor que hacer que el universo se comprima y finalmente se apriete sobre sí mismo.

¿Veremos más estrellas?

El Big Bang lanzó materia en todas direcciones, lo que provocó que las partículas se alejaran unas de otras. Estos se ralentizaron debido a la atracción de la gravedad entre sí. Primero formando pequeños grupos debido a su proximidad, luego con los grupos de grupos juntándose. Este proceso continúa recursivamente eventualmente formando estrellas, planetas y otros cuerpos cósmicos, agrupándose para formar sistemas solares, galaxias, etc.

Las estrellas eventualmente mueren cuando se les acaba el combustible, colapsando por su propio peso, y las más masivas forman agujeros negros. Eventualmente, con el tiempo, todo comienza a acercarse debido a la gravedad entre ellos, los sistemas solares son atraídos hacia el centro de sus galaxias, las galaxias se atraen unas a otras y se combinan para formar galaxias más grandes, e incluso los agujeros negros y los rayos negros masivos. los agujeros en el centro de las galaxias se tragan entre sí para formar agujeros negros aún más grandes. Al final, todo el universo colapsa sobre sí mismo, lo que tal vez resulte en otro big bang, con todo el proceso comenzando de nuevo.

Entonces, la pregunta más importante a su pregunta es más bien ¿a qué etapa de este ciclo de vida de evolución universal se refiere? Podríamos decir que en el momento del big bang no había estrellas porque aún no han tenido la oportunidad de formarse volúmenes masivos de gas, sin embargo tuvieron la oportunidad de comenzar a compactarse para acumular presión y formar estrellas debido a su tamaño y gravedad. .

¿O te estás refiriendo a una etapa posterior en este ciclo de vida, cuando la mayor parte de la materia todavía se estaba alejando una de la otra, formando estrellas y galaxias en el camino, durante este tiempo habrá un aumento en el número de estrellas formadas?

¿O te refieres a cuando todo colapsa, cuando se forman menos estrellas, con explosiones de supernovas en el camino y nuevas nubes de gas que se forman, que eventualmente pueden crear nuevas estrellas, pero finalmente también son tragadas por otras estrellas y agujeros negros, lo que eventualmente resulta en menos estrellas.

¿Pueden los objetos estelares salir del alcance del universo observable?

El universo observable es solo una pequeña mota en comparación con el tamaño real del universo. Con "nosotros" como el observador, solo podemos observar tanto como nuestra tecnología lo permita, siempre habrá algo más que no podamos llegar a través de la observación, por ejemplo, ¿alguna de nuestras tecnologías ha podido mirar a través de un agujero negro para que ¿Ves lo que hay al otro lado? Con la refracción y la gravedad, la luz y la energía pueden doblarse ligeramente alrededor de los objetos, pero no podemos ver qué hay exactamente detrás del agujero negro. Y en la mayoría de los casos no podemos observar todo en el espectro de ondas, por ejemplo, para ver qué hay al otro lado de una nube oscura de materia, preferiría recurrir a imágenes de infrarrojo lejano.

Cálculos?

Siendo un fanático de las matemáticas y la física, ansío tener la oportunidad de garabatear fórmulas y resolver cosas, pero en este caso tendrías que ser más específico sobre lo que quieres calcular y "cuándo" se debe realizar este cálculo.

Número de estrellas al inicio del tiempo = 0

Número de estrellas en este momento = suma de estrellas en todos los sistemas solares en todas las galaxias

Básicamente es incontable ya que no podemos contar, o incluso aproximar, lo que no tenemos idea de cuáles son los límites.

Probablemente haya oído hablar de cómo el sol se convertirá en una gigante roja durante los próximos miles de millones de años y luego se convertirá en una enana blanca increíblemente densa. Este concepto se aplica a todas las estrellas de todo el universo, no es que todas se conviertan enanas blancas, pero que todas se quedan sin combustible en algún momento pasan a otra fase estelar.

Hay principalmente resultados de muerte de 2 estrellas. O se convierten en una enana blanca y se desvanecen, o mueren explosivamente en una supernova dejando atrás una estrella negra o un agujero negro. Aunque los elementos decaídos de estos dos resultados formarán nuevas estrellas en nebulosas. La producción de agujeros negros pesa sobre la formación de nuevas estrellas.

Por lo tanto, dentro de billones de años, el universo será un mar de agujeros negros. Unos billones de años más tarde, el universo simplemente contendrá un negro supermasivo que es increíblemente grande en comparación con los agujeros negros actuales. Pero debido a la radiación de Hawking, este agujero negro se desvanecerá y el universo finalmente será la nada.

Aunque esta teoría es favorecida por la comunidad científica, también son posibles diferentes resultados, como otro Big Bang.

Si la edad del universo es$1 / H_0$, entonces a medida que el universo envejece$H_0$se haría más pequeño.

Entonces, en teoría, la velocidad de recesión de las galaxias distantes se vuelve más pequeña y deberías ver más.

Por supuesto que la observación falsea$H_0$cada vez más pequeños y, por lo tanto, los modelos de expansión se falsifican.

Lo que significa que el universo se ve más o menos igual en todo momento, ya sea hace un billón de años o dentro de un billón de años.