¿Cuál es la masa promedio de las galaxias según las observaciones de campo profundas y ultraprofundas del Hubble?

Creo que la siguiente imagen, que proviene de Tomczak et al. (2014) y el llamado estudio de galaxias ZFOURGE/CANDELS deberían ser suficientes.

Muestra cómo evoluciona la función de masa estelar de las galaxias (es decir, el número de galaxias por unidad de masa por megaparsec cúbico que tienen una determinada masa estelar ) en función del corrimiento al rojo. Como puede imaginar, no se trata solo de contar galaxias y estimar sus masas: debe tener en cuenta el hecho de que es más difícil ver galaxias de baja masa.

De todos modos, estos son sus resultados y muestran claramente que una galaxia como la Vía Láctea que tiene alrededor de 200 mil millones de estrellas y una masa estelar de aproximadamente$5\times10^{10}M_{\odot}$(tenga en cuenta que la masa total de la Vía Láctea está dominada por la materia oscura), es una galaxia bastante masiva (observe el eje y logarítmico).

En otras palabras, las pequeñas galaxias dominan las estadísticas. Sin embargo, cuando observa los campos Hubble Deep o Ultradeep, es bastante difícil usar esta información. Siempre tenderá a ver las galaxias más luminosas y más masivas y las galaxias de baja masa no se representarán como se muestra en las funciones de masa que se muestran en esta imagen. Entonces, en realidad hay dos cosas separadas aquí, y no estoy seguro de poder responder definitivamente tampoco. (i) ¿Cuál es la masa promedio de una galaxia; (ii) ¿cuál es la masa promedio de una galaxia vista en los campos profundos del Hubble?

La respuesta a (ii) obviamente será mucho más grande que la respuesta a (i). Afortunadamente, puede ver en la gráfica que la sección de línea recta (más o menos) a continuación sobre la masa de la Vía Láctea es una ley de potencia con pendiente$\sim -0.5$. Eso significa que$M\Phi(M) \propto M^{+0.5}$y cuando integras esto en algún rango, es el límite superior el que domina. Entonces, las galaxias de baja masa no dominan la masa estelar. De hecho, son las galaxias del tamaño de la Vía Láctea las que dominan la masa estelar. Galaxias con$M>10^{11}M_{\odot}$(en estrellas) se vuelven cada vez más raros, por lo que estos no contribuyen tanto. Por lo tanto, a grandes rasgos, el número de estrellas del Universo vendrá dado por el número de galaxias con masa dentro de un factor de unos pocos de la Vía Láctea multiplicado por el número de estrellas de la Vía Láctea.

No puedo proporcionar una respuesta para la masa promedio de una galaxia en el UDF o cualquier otro volumen de estudio porque no está claro cuántos de los objetos de masa más baja hay o con qué límite de masa más baja trabajar. Los gráficos que se muestran para el campo CANDELS a continuación serán perfectamente representativos de la UDF o cualquier otra observación profunda, la varianza cósmica no debería ser un problema para las estimaciones de orden de magnitud.

EDITAR: Como ejemplo, tomemos la densidad espacial promedio de$5\times 10^{10}M_{\odot}$galaxias para ser$10^{-2.5}$por dex por Mpc$^{3}$en el universo de bajo corrimiento al rojo y suponga que las galaxias en un rango de masa de 1 orden de magnitud (1 dex) contribuyen con casi toda la masa estelar. Si el universo observable tiene 46 mil millones de años luz ($\sim 15,000$Mpc - ver Tamaño del Universo Observable ) y la estrella promedio es$0.25M_{\odot}$; hay: