¿Cuál es la masa de la vecindad interestelar del Sol?

No tienes que adivinar para llegar a la respuesta.

Lo que hace es observar la dinámica de las estrellas con respecto al plano galáctico, en particular, las dispersiones de velocidad de las estrellas con distancias conocidas del plano, combinadas con una evaluación razonable de dónde está el Sol con respecto al plano (cerrar) , produce una evaluación casi independiente del modelo de la densidad de masa en el disco de nuestra galaxia en la vecindad del Sol.

Este trabajo se realizó utilizando el catálogo Hipparcos de Creze et al. (1998) . Descubrieron que la densidad de masa local (todas las formas de materia) en el disco galáctico era$0.076 \pm 0.015 M_{\odot}/pc^3$.

Por lo tanto, dentro de 50 años luz (15,3 pc), debido a que el disco galáctico tiene una altura de escala exponencial mucho mayor que esta (alrededor de 100-200 pc), podemos suponer una densidad constante y derivar una masa total en la vecindad solar de$1100\pm 200\ M_{\odot}$.

Esta masa es casi compatible con la masa total estimada en estrellas, enanas blancas, estrellas de neutrones, enanas marrones y el gas medio interestelar. Por ejemplo, según Chabrier (2001) , la densidad de masa total casi se explica en forma de un 60 % de estrellas de secuencia principal más enanas blancas y estrellas de neutrones, un 5 % de enanas marrones y un 30 % de gas, por lo que la contribución de la oscuridad La cuestión de la densidad del disco local es probablemente muy pequeña . La materia oscura no se distribuye de la misma forma que la materia normal; no colapsó en un disco, porque no tiene disipación y probablemente existe en un halo esférico. Así que esta consistencia entre la densidad de materia bariónica local y la densidad de masa total no es un argumento en contra de la hipótesis de la materia oscura .

EDITAR: Encontré algunas estimaciones de la densidad de materia oscura local que usan la cinemática de las estrellas locales como restricción. El rango de densidades citado es de 0,008 a 0,02$M_{\odot}$/ordenador personal$^3$( Bovey & Tremaine 2012 ; Garbari et al. 2012 ), es decir, pequeña en comparación con la contribución de las estrellas y el gas.

Muy aproximadamente:$3.5 \times 10^{33}kg$, o 1800 masas solares.

Así es como llegué a ese número, es una aproximación muy aproximada.

Los principales componentes de masa de la galaxia son las estrellas, el medio interestelar y la materia oscura.

Según la base de datos HYG , hay aproximadamente 1000 estrellas dentro de los 50 años luz de la Tierra. La masa promedio de una estrella es de 0,2 masas solares (gracias a Rob Jeffries en los comentarios), donde una masa solar es aproximadamente$M_\odot \approx 2 \times 10^{30} kg$. esto nos da$4\times 10^{32} kg$de estrellas cercanas.

El medio interestelar (ISM) es principalmente hidrógeno atómico y tiene una densidad promedio de 1 protón por centímetro cúbico, aunque puede variar ampliamente en diferentes partes de la galaxia. Un protón pesa$1.6 \times 10^{-27} kg$, por lo que una esfera de 50 años luz de ISM "promedio" pesará alrededor de$7 \times 10^{32}kg$. Sin embargo, podemos hacerlo un poco mejor que eso. Nuestro sistema solar vive en la pelusa local que es una nube en la burbuja local . La pelusa local tiene un radio de aproximadamente 15 ly y una densidad de 0,3 átomos por centímetro cúbico. La burbuja local tiene unos 150 ly de ancho y una densidad de solo 0,05 átomos por centímetro cúbico. Usando estas cifras en su lugar, obtenemos una masa ISM aproximada de$4 \times 10^{31} kg$.

Este es un orden de magnitud más pequeño que la contribución de las estrellas, y nuestra estimación de las estrellas fácilmente podría estar equivocada en más del 10%, así que erremos por el lado alto y digamos que la masa total de estrellas + ISM es$5 \times 10^{32}kg$.

No sabemos cuánta materia oscura hay exactamente en la galaxia, pero si es similar al promedio cosmológico, entonces hay aproximadamente seis veces más materia oscura que bariónica. Si esto es cierto localmente, entonces hay alrededor$3\times 10^{33}kg$de materia oscura cercana.

Entonces, una estimación aproximada dice que hay alrededor de$3.5 \times 10^{33}kg$de masa a 50 años luz de nosotros. Esto es equivalente a 1800 masas solares, o$2 \times 10^{60}$protones!