¿Dónde estamos en una línea de tiempo aproximada del universo posiblemente habitable?

Nuestro universo supuestamente tiene más de 13 mil millones de años y nuestro Sol es una estrella de tercera generación. Me parece que ahora estamos en una etapa relativamente joven del universo. ¿Cuántas generaciones de estrellas habrá antes del fin del universo? ¿Cuándo es 'ahora', en relación con todos los puntos de tiempo posibles en el universo, que la vida podría aparecer?

Excelente pregunta, aunque la respuesta al título probablemente sea "en el principio", ya que parece que vivimos en un universo que existirá para siempre. Pero su última oración "... que la vida podría aparecer", hace que la respuesta sea más complicada. Puede considerar editar su título a "¿Dónde estamos en una línea de tiempo aproximada del Universo habitable" (la respuesta aún no es trivial).
¿Qué es una "generación" y de dónde surge la idea de que el Sol es una estrella de tercera generación? Los componentes constitutivos del Sol y del sistema solar se formaron en millones de estrellas anteriores.
@RobJeffries Puede haber cierta confusión con las estrellas de Población I, II y III, dado que el Sol es una estrella de Población I y estas estrellas son, en general, más jóvenes.
No hay un límite de tiempo definido para la habitabilidad, pero eventualmente (quizás ya) el universo entrará en una fase de reducción muy lenta de las zonas habitables en aproximadamente un decaimiento exponencial. Para responder realmente a esta pregunta, se deben considerar todos los sabores de la zona habitable, su abundancia, cuánto tiempo pueden durar y la velocidad a la que aún deben crearse. Cuál es la zona más común ahora (ni siquiera sé cuál podría ser) es casi seguro que no será la más común mucho más tarde, ya que algunas zonas exóticas pueden ser las más duraderas.
El término estrella de tercera generación de @RobJeffries se usa ampliamente en la literatura popular para indicar que dicha estrella (como nuestro sol) está construida con material que ha sido procesado y reprocesado a través de ciclos de vida estelares anteriores.
@ HDE226868 podría no ser justo llamarlo confusión con las estrellas Pop I, II y III. III -> II -> I ~~ vea esta respuesta astronomy.stackexchange.com/a/1406/9186 de la pregunta ¿Estamos hechos de la materia de una estrella o más estrellas?
@Aabaakawad pregunté porque nunca antes había visto el término. La definición de una estrella de primera generación es obvia; pero quizás para responder a la pregunta entonces, ¿puedes decirnos qué sería una estrella de cuarta o quinta (etc.) generación?
La generación 4 de @RobJeffries se crearía a partir de los restos de las estrellas de la generación 3. La generación 5 se crearía a partir de restos de estrellas de la generación 4.
@ user2173836 Eso demuestra la inutilidad de la terminología. El Sol contiene inevitablemente algunos átomos que han pasado por muchas más estrellas que dos o tres. Por lo tanto, no es una estrella de tercera generación. También contiene átomos (de hidrógeno y helio) que nunca antes habían estado dentro de una estrella...
De hecho, buscando en la web hay una enorme cantidad de c@@p sobre esto. Lo que sabemos es que (i) el Sol contiene elementos pesados; (ii) algunos de esos elementos pesados ​​se producen (principalmente) en procesos que requieren otros elementos pesados ​​como núcleos semilla (por ejemplo, Ba y Sr producidos a partir de núcleos con pico de Fe en el proceso s). Por lo tanto, al menos dos generaciones de estrellas contribuyeron con algunos átomos al Sol. Si esa es la definición de tercera generación (que es en realidad lo que dijo @Aabaakawad), entonces está bien, pero no hay una definición sensata de las generaciones posteriores.

Respuestas (1)

Aquí hay una respuesta parcial calculada muy aproximadamente.

Una estrella y un sistema solar de primera generación obviamente no serían un buen candidato para la vida o incluso los planetas porque no se puede hacer mucho con hidrógeno y helio en su mayoría. Ni siquiera puedes construir un océano con la mayoría de esos 2 elementos. A las estrellas les va bien, pero a los planetas no. Solo gigantes gaseosos y soles.

Después del Big Bang: 75 %-76 % de hidrógeno en masa, 24-25 % de helio (con una pequeña cantidad de litio). Voy a asumir 76% / 24% para cálculos aproximados.

Usando nuestro sistema solar y la Vía Láctea como modelo, elementos por masa:

Vía láctea

73,9% hidrógeno

24,0% helio

1,04% de oxígeno

0,46 % de carbono

0,13 % neón

0,11 % de hierro

0,10 % de nitrógeno

0,07% silicio

0,06 % magnesio

0,04 % de azufre

Pequeñas cantidades de Argón, Calcio, Níquel, Sodio, Fósforo, Cloro, etc.

y composición del Sol por masa (bastante similar excepto por más Helio)

71,0% hidrógeno

27,1% helio

0.97% Oxígeno

0,40 % de carbono

0,06 % neón

0,14 % de hierro

0,10 % de nitrógeno

0.10% Silicio

0,08% magnesio

0,04 % de azufre

Usando estos números como una guía aproximada, si del 1,9% al 2,1% de la masa bariónica de la vía láctea se convierte de hidrógeno a carbono o elementos más pesados ​​después de (alrededor de) 2 generaciones, y extrapolamos un aumento del 1% en todo el carbono o más pesado elementos a cada generación estelar o cada 6 mil millones de años, entonces podemos empezar a hacer una estimación.

El porcentaje de helio podría permanecer algo constante en alrededor del 24% porque se consumen y se crean estrellas.

Su pregunta original, cuántas generaciones, si calculamos un aumento del 1 % en elementos más pesados ​​(carbono o más) por generación estelar, 10 generaciones todavía estamos viendo, muy aproximadamente, (24 % de helio), 66 % de hidrógeno, 5 % oxígeno, 2%-3% carbono, 2%-3% otros elementos. Todavía me parece un escenario factible, aunque las estrellas, al estar hechas de algunos elementos más densos, podrían tener núcleos más densos y, como resultado, podrían quemar hidrógeno un poco más rápido. Más allá de cierto punto, las proporciones probablemente dejen de ser ideales, pero no veo ninguna razón por la que algunas generaciones no puedan seguir trabajando para crear sistemas solares amigables con la vida.

Se espera que nuestro sol deseche aproximadamente la mitad de su materia en una nebulosa planetaria antes de que se asiente en una enana blanca y la mayor parte de esa materia desechada será hidrógeno y algo de helio. Algún tiempo después, si nuestro sol como una enana blanca aumenta lo suficiente como para encontrarse con la masa de Chandrasekhar y se convierte en Nova Tipo 1, nuevamente desechará un porcentaje significativo de su materia, por lo que, en pocas palabras, las estrellas reciclan un porcentaje bastante bueno de su hidrógeno y helio, que es un poco genial. Si ves la brillante respuesta de Rob Jeffries aquí, las estrellas de 7-9 masas solares expulsarán un porcentaje aún mayor de sus elementos antes de convertirse en enanas blancas, hasta un 85% y la mayor parte de lo que se expulsa son los elementos más ligeros, hidrógeno y helio de las capas exteriores. Incluso las estrellas enanas rojas más pequeñas expulsan un porcentaje de sus elementos debido a las erupciones solares más activas y la menor gravedad a lo largo de sus vidas.

Agregue a esto, la posibilidad de una fusión continua de las galaxias y las galaxias enanas en nuestro grupo local , y los sistemas solares con capacidad de vida podrían continuar formándose durante bastante tiempo, tal vez varias decenas de miles de millones de años.

Esta respuesta no pretende ser definitiva, sino solo una estimación aproximada. Correcciones bienvenidas.

¿Qué es una "generación"? ¿Cuál es la base de su afirmación de que hay un aumento del 1% en la abundancia de carbono por "generación"? Hasta que podamos aclarar esto, esta pregunta no tiene respuesta. Diferentes masas de estrellas enriquecen el ISM con diferentes elementos en diferentes cantidades y esas estrellas tienen tiempos de vida que varían en varios órdenes de magnitud y la mayoría no muere en absoluto en escalas de tiempo de 10 Gyr. En ninguna parte de sus cálculos hay algo sobre mezclar longitudes y escalas de tiempo en el ISM y el espectro de masas con el que nacen las estrellas. Estos son cruciales.
Me doy cuenta de que una "generación" es vaga. Me estaba saliendo de la afirmación de la pregunta original de que nuestro Sol es una estrella de tercera generación. Me doy cuenta, número de generaciones tiene un grado de falta de sentido. Solo quise dar una especie de respuesta simple, pero puedo eliminarla si cree que se pierde más de lo que es útil. Agregar escalas de tiempo haría que las cosas fueran más precisas pero también más difíciles de calcular.
Pregunta análoga. En sus pulmones ahora, hay átomos de oxígeno que estuvieron presentes en las últimas respiraciones de ¿cuántas generaciones de humanos? Esta es una pregunta más fácil/más significativa ya que al menos los humanos tienen un rango de vida más modesto que las estrellas y un rango más modesto de capacidades pulmonares que las masas estelares.