¿Generar aleatoriamente tipos de estrellas plausibles para una galaxia sintética?

En realidad, esta ha sido un área de intensa investigación durante décadas. Los astrónomos están bastante interesados ​​en la distribución de masas estelares en una variedad de galaxias y cúmulos diferentes. La mezcla precisa que obtendrá, por supuesto, depende del entorno que elija; las galaxias con mayor contenido de metales producirán estrellas con mayor metalicidad. En general, sin embargo, puede elegir entre diferentes funciones de masa inicial o FMI. Un IMF es una función que te dice qué fracción de estrellas tienen una masa entre$m$y$dm$, dónde$dm$es un tamaño de paso.

Como ejemplo, tome el famoso FMI Salpeter, uno de los primeros creados. El Salpeter FMI tiene la forma

El Salpeter IMF es simple y es genial como modelo de juguete. Las IMF más realistas, como la Kroupa IMF (que se usa con bastante frecuencia), son funciones por partes. También son leyes de potencia, pero el exponente es diferente en varios rangos de masa diferentes.

Si quieres jugar, he puesto un código en GitHub para que puedas jugar con un par de IMF (y generar poblaciones estelares por tu cuenta, con algo de aleatoriedad). Aquí hay una comparación de cómo se distribuyen las masas estelares, de acuerdo con los dos FMI que discutí anteriormente. El$y$-eje muestra la fracción de estrellas$f(<m)$con una masa menor que$m$:

$200M_{\odot}$es una especie de límite superior arbitrario, pero en realidad cualquier población que sintetices contendrá solo una pequeña cantidad de estrellas con masas por encima de$100M_{\odot}$.$0.08M_{\odot}$ es una opción inferior realista: es el límite entre las estrellas y las enanas marrones.

¿ Cómo se comparan con los números de L.Dutch ? Usando algunas tablas de rango de masas estelares , encontré que Salpeter IMF predijo 93.1% estrellas M, 3.03% estrellas K y 0.926% estrellas G; El FMI de Kroupa predijo 68,1 % de estrellas M, 13,6 % de estrellas K y 4,2 % de estrellas G. El modelo Kroupa parece ser más realista, como era de esperar; ¡después de todo, a Salpeter se le ocurrió su FMI en 1955!

Un par de cosas a tener en cuenta:

• El FMI solo te dice la distribución inicial de una población de estrellas. Las estrellas de diferentes masas envejecen a ritmos diferentes, por lo que con el tiempo, a medida que mueren estrellas masivas, la población se inclinará hacia masas más bajas. Podría decirse que necesita hacer evolucionar su población con el tiempo, computacionalmente costoso, incluso para aproximaciones básicas de juguetes.
• Este modelo asume solo un estallido de formación estelar; en realidad, la mayoría de las galaxias están formando estrellas continuamente a diferentes velocidades.
• Como dije al principio, el kilometraje puede variar dependiendo de su entorno galáctico. El uso de un IMF basado en las condiciones de la Vía Láctea debería darte una población similar a la de la Vía Láctea.

Hoy mismo la NASA, en su APOD diario , ha publicado la siguiente imagen

acompañado del siguiente título

La zona Goldilocks es la zona habitable alrededor de una estrella donde no hace demasiado calor ni demasiado frío para que exista agua líquida en la superficie de los planetas en órbita. Esta intrigante infografía incluye tamaños relativos de esas zonas para estrellas G amarillas como el Sol, junto con estrellas enanas K naranjas y estrellas enanas M rojas, ambas más frías y más débiles que el Sol. Las estrellas M (arriba) tienen zonas Goldilocks pequeñas y cercanas. También se ve que viven mucho tiempo (100 mil millones de años más o menos) y son muy abundantes, constituyendo alrededor del 73 por ciento de las estrellas de la Vía Láctea. Aún así, tienen campos magnéticos muy activos y pueden producir demasiada radiación dañina para la vida, con una irradiación de rayos X estimada en 400 veces la del Sol en calma. Las estrellas G similares al Sol (abajo) tienen grandes zonas Goldilocks y son relativamente tranquilas, con bajas cantidades de radiación dañina. Pero solo representan el 6 por ciento de las estrellas de la Vía Láctea y tienen una vida mucho más corta. Sin embargo, en la búsqueda de planetas habitables, las estrellas enanas K podrían ser las adecuadas. No es muy raro que tengan 40 mil millones de años de vida, mucho más que el Sol. Con una zona habitable relativamente amplia, solo producen cantidades modestas de radiación dañina. Estas estrellas Goldilocks representan alrededor del 13 por ciento de las estrellas de la Vía Láctea.

Para resumir:

• Tipo de estrella G: 6%
• Tipo de estrella K: 13%
• Tipo de estrella M: 73%