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未来的某一天,宇宙中的氢被消耗太多,还会有新的恒星出现吗?

2020-11-27新闻14

太阳每时每刻都在释放着大量的热量,在太阳的内部,每一秒都有400万吨的质量转化为能量,以光线和热量的方式被释放了出来。

宇宙中恒星内部都在进行着聚变反应促使氢聚变为氦,随着时间的推移,宇宙中的氢元素可能会越来越少,当氢元素的消耗到一定程度后,还会有新的恒星出现吗?

首先,我们要先搞懂宇宙中物质的比例,人类肉眼可见的普通物质可以被称为“普通物质”,它们只占宇宙总质量的5%,有90%以上的物质和能量是人类肉眼观察不到的,并且因为这些不可见物质不会和电磁力产生作用,所以现代科技无法证明观察到它们,只能用其他的证据间接证明暗物质的存在。

人类可以观察到的所有天体结构,包括黑洞这样暂时无法观察的天体,加在一起其实只是宇宙总质量的5%。

宇宙中所有的物质都是由基本粒子组成,从化学元素的角度来看,宇宙中的各种化学元素比例并不均匀,宇宙中的化学元素丰度和地球上不同,宇宙中最多的化学元素是“氢”,也就是恒星的主要组成部分。

把宇宙中全部的化学元素加在一起,那么有90%的元素是氢,9.7%的元素是氦,其他元素瓜分了剩余的0.3%,宇宙中氢原子的数量是其他所有原子加在一起的一百倍,因此宇宙中的氢原子含量是远超人类想象的。

其实从太阳中的质量比例也可以看出来,太阳本身占据了太阳系总质量的99.86%,而太阳内部的主要元素同样是“氢”,除了氢和氦以外,太阳中的重元素来自于一个已经死亡的恒星。

宇宙中存在的氢元素含量很充足,但是宇宙中的恒星数量也十分的多,在银河系中就至少存在1200亿颗恒星,这些恒星都在不断的消耗内部的氢元素,宇宙中的氢元素不会被消耗完吗?

恒星内部的聚变反应

在宇宙大爆炸之后,随着温度的降低,宇宙开始慢慢的冷却下来,一开始宇宙中几乎全部都是氢元素,大片大片的氢元素在引力的影响下慢慢聚集,形成了最原始的星云,最初的恒星也随之出现。

在引力的作用下,氢原子聚集在一起,密度越来越高,最终核心区域在高温高压的环境下,开始进行“热核反应”,也就是我们常说的“核聚变”,多个氢原子聚变为一个氦原子,在这个过程中释放出大量的能量。

在恒星演化到某个阶段后,氦元素也开始发生聚变,产生“碳”和“氧”两种元素,这些元素在一定的温度下也会聚变形成新的元素,直到聚变形成铁元素,恒星内部的聚变反应就无法继续了,但是超新星爆发可以制造出更重的元素。

当然,铁元素仍然可以聚变产生新的元素,但是条件十分苛刻,在恒星中无法形成,也就是说其实宇宙中的一切元素都是由氢元素聚变而来,目前宇宙的年龄是137亿年,在这么漫长的时间中,氢元素仍然可以保持90%以上的丰度,就足以证明恒星对于氢元素的消耗是微乎其微的。

虽然恒星对于宇宙中氢元素的消耗很少,但是日积月累下,未来的某一天,宇宙中的氢确实可能会不断减少,但是并不可能全部消失,肯定会有一些“边角料”残留下来,就像是太阳系内的“小行星带”一样,宇宙中仍然存在很多氢元素,但是因为含量较少,并且分布的比较稀薄,无法再形成新的恒星了。

但是,氢元素不是凭空消失,而是转化为了氦元素,在宇宙中的氢元素被消耗到无法形成新的恒星时,宇宙丰度最多的元素就变成了氦元素,同时宇宙中的其他元素会更加充足,而氦元素可能会演变成新的“恒星”,只不过比起现在宇宙中的大多数恒星来说,质量和密度都会更高,因为氦元素更重,发生核聚变反应需要更高的温度和密度。

幸运的是,目前宇宙中的氢元素含量还很充足,人类正处于这个宇宙中最适合生命存在的阶段,至少在数百亿年甚至是上千亿年内,宇宙中的都会不断的有新的恒星诞生,至于宇宙未来的演化,需要人类长时间的探索和计算才能得到结果。

恒星对于氢元素的消耗,其实也没有我们想象中的多,以太阳为例,当太阳走到生命尽头后,并不是全部的氢元素都被消耗光了,而是太阳内部核心的氢元素被大量消耗,导致引力失衡膨胀为红巨星后,太阳表层的大量氢元素会离开太阳,形成一团星云。

而宇宙中的大质量恒星,会在寿命达到尽头时,发生一场“超新星爆发”,大量的氢元素被喷发出来,在一个区域形成星云,可能会诞生出新的恒星,虽然对于人类来说,恒星消耗的氢元素很多,但是对于宇宙的氢元素总数来说,只是很小一部分。

更加有趣的是,地球上之所以有生物诞生,并且有多姿多彩的自然环境,就是因为恒星内部的核聚变反应,让更多的新元素诞生,人类也是由各种元素组成的,从这个角度来看,地球上的生物其实都是“太阳的孩子”。

#科学

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