宇宙中的氫元素會耗盡嗎?恆星會不會越來越少?

根據目前的科學理論,隨著時間的推移,宇宙中的氫元素肯定會越來越少,我們宇宙大約在100億年前經歷了恆星形成的高峰期,現階段恆星(主序星)數量會越來越少,這樣下去肯定會有恆星完全消失的一天。

恆星形成與演化理論能解釋各種恆星的演化歷程,根據大爆炸理論,我們宇宙誕生於138億年前,宇宙誕生時形成了大量的氫元素和氦元素,大約在大爆炸後的1000萬年,首批恆星開始形成,第一批恆星主要以大質量恆星為主,屬於貧金屬恆星。

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由於大質量恆星的壽命非常短,只有1000萬~1億年的時間,在經歷紅巨星階段後會以超新星的方式結束生命,同時產生許多金屬元素,然後形成星雲,星雲又在重力作用下塌縮,形成許多中小質量恆星,這些恆星的壽命從1億~1000億年不等,比如我們太陽的主序星壽命就高達110億年。

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恆星的演化雖然具有一定的週期性,但是整個演化過程是不可逆的,比如大質量恆星經過超新星爆炸後,更多的是形成中小質量恆星,而且恆星的金屬丰度會增加,總的氫元素丰度會降低。

現代天文觀測表明,現階段宇宙元素丰度為:氫元素73.9%,氦元素24%,氧1%,氮0.46%……,與宇宙大爆炸模型的估計差不多,隨著時間的推移,氫元素丰度和氦元素丰度會逐漸降低。

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當氫元素丰度降低到一定程度後,塌縮的星雲就有可能無法點燃核聚變反應,無法形成主序星,而是直接坍縮成黑洞或者其他天體,我們宇宙要達到這樣的情況,還得經歷非常長的時間,這遠比我們宇宙現在的年齡還長。

這樣的觀點也是有很多證據的,比如恆星質量分佈表明,現階段的大質量恆星已經很少了,恆星質量分佈呈現一種金字塔形狀,小質量恆星非常之多,我們太陽則屬於中等質量恆星。

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根據宇宙大爆炸理論,第一批恆星缺乏金屬元素,雖然絕大部分是大質量恆星已經演化結束,但是也不排除有極少部分的小質量恆星形成,如果質量小於了0.9倍太陽質量,就有可能到現在還處於主序星階段。

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比如在2018年,美國天文學家在銀河系中就發現一顆貧金屬恆星,代號2MASS J18082002—5104378 B,這顆恆星誕生於135億年前,根據光譜分析,這顆恆星的金屬含量非常低,極有可能屬於第二代恆星,但是目前還沒有發現並確認的第一代恆星,理論上第一代恆星基本不含金屬元素(金屬丰度[Fe/H]≤-6)。

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美國天文學家還有一份研究表明,我們宇宙大約在100億年前,恆星產生的數量達到高峰期,而現階段恆星產生的速率只有當時的3%;那麼在遙遠的未來,當宇宙中的氫元素消耗到一定水平之下後,就不會再有恆星生成,而已生成的恆星也將逐漸死去,宇宙最終陷入無邊的黑暗。



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