Esiste un processo naturale mediante il quale l'idrogeno viene generato da elementi più pesanti nel cosmo?

sappiamo che le stelle fondono l'idrogeno nell'elio a partire da 3 MK; 13 MK nel nucleo del Sole; la fusione del carbonio inizia da oltre 500 milioni di K e la fusione del silicio inizia da oltre 2700 milioni di K per confronto; sappiamo che la fusione si ferma sul ferro, perché una stella deve usare più energia per fondere quella di quanto non ritorni; così gli elementi più pesanti vengono creati principalmente in una supernova (ma anche possibile in piccole quantità con processi speciali come la cattura di neutroni); infine le stelle simili al sole finiscono come nane bianche, stelle più grandi come stelle di neutroni, stelle di quark, buchi neri; e i buchi neri alla fine si convertono in radiazioni, in un lontano futuro quando il limite di massa del buco nero stabile sale abbastanza in alto da far evaporare anche i buchi neri più massicci;

http://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_Diagrams

quindi la mia domanda è, sarà come ha detto Stephen Baxter, che in futuro rimarranno solo radiazioni nell'universo? In particolare, esiste un processo naturale là fuori in cui l'idrogeno viene emesso nel cosmo, convertito da elementi più pesanti, per rigenerare il combustibile per le stelle in modo che possano brillare anche in un futuro lontano?

Naturalmente per il momento non dobbiamo preoccuparci di questo. Questo sta solo considerando la nostra preoccupazione per ciò che sarà tra 10 ^ 70 anni da adesso.

Non è possibile dividere un nucleo più grande in nuclei di idrogeno senza spendere una maggiore quantità di energia che si riceve indietro . Questo perché l'idrogeno ha (di gran lunga) la più bassa energia di legame nucleare per nucleo (il protio ha zero energia di legame nucleare, sebbene il deuterio e il trizio ne abbiano). Pertanto, un tale processo ridurrebbe l'entropia dell'universo - una violazione delle leggi della termodinamica.

Non potrei parlare se queste leggi sarebbero ancora vere se ci fosse una " grande crisi " (sebbene le osservazioni attuali supportino un universo in espansione).

Esiste uno scenario chiamato morte termica , in cui l'universo non ha più energia per fare qualsiasi cosa, cioè tutto è completamente uniforme. Non ci sarebbero gradienti o anisotropie nella distribuzione di energia o materia.

Ci sono un paio di domande rilevanti che vorresti porre:

1) I protoni si decompongono e, in tal caso, in cosa si decompongono? La risposta sembra essere no , o almeno la durata teorica del protone deve aumentare come risultato di questi esperimenti. Se lo fanno, alla fine l'universo potrebbe finire in uno stato di radiazione (e energia oscura e materia oscura, a meno che non decadano anche).

2) L'idrogeno è un sottoprodotto di un processo di decadimento naturale? Di seguito è riportata una tabella di tutti i nuclidi noti.

Come puoi vedere, la maggior parte degli elementi (non necessariamente per numero o massa nell'universo) decadono attraverso un qualche tipo di processo. Esiste una cresta "stabile" (chiamata l'isola della stabilità, circondata dal mare dell'instabilità) di elementi che esisteranno felicemente per sempre.

La domanda è: quali modalità di decadimento producono protoni (nuclei di idrogeno)? Bene, c'è un decadimento del protone (non il decadimento del protone stesso), che è colorato in rosso, anche se devo ammettere che non so esattamente a cosa si riferisca. I sottoprodotti di fissione sono raggi gamma (fotoni ad alta energia), neutroni e nuclei figli (vedi catena di decadimento ). Tuttavia, dovrei menzionare che i neutroni liberi prodotti da questo tipo di decadimento radioattivo non durano a lungo, decadendo in un protone e un elettrone (questo processo richiede in media circa 11 minuti). Con questa logica, anche gli isotopi che decadono emettendo neutroni, colorati di viola, alla fine produrrebbero anche protoni.$\beta^{-}$ e $\beta^{+}$ si riferisce al processo di decadimento beta, in cui il segno meno si riferisce all'emissione di un elettrone e il segno più si riferisce all'emissione di un positrone (l'anti-particella dell'elettrone). $\alpha$il decadimento è l'emissione di un nucleo di elio, che è stabile .

Ora, dato che ci sono modi in cui gli elementi pesanti producono naturalmente protoni, la domanda che vorrei porre è qual è il tasso di questi processi nell'universo rispetto ai processi di fusione che si verificano nei centri delle stelle. Non sono sicuro di poterti dare una risposta a questa domanda (o addirittura indicarti il ​​materiale appropriato), ma in linea di principio queste tariffe sono note. Immagino che sarebbe un bel po 'di contabilità per farlo correttamente.

Sembra che i buchi neri primordiali producano anti protoni ed è implicito nell'articolo collegato che sono in grado di produrre tutti i tipi di altre particelle. Quindi forse anche i protoni.

Inoltre, immagino che durante le reazioni di collisione naturale o dei nuclei, possano essere prodotti frammenti che sono anche singoli protoni.

I raggi cosmici sembrano consistere principalmente di protoni . La domanda è se questi protoni sono stati prodotti nel big bang o se provengono da altre fonti. L'articolo afferma che molti raggi cosmici derivano da supernovae. Tuttavia, questo non risponde alla domanda se i protoni sono stati prodotti nella supernova da elementi più pesanti.

Dal momento che non sono un astrofisico, aspetto volentieri commenti o altre risposte!

Modifica: ho letto di un altro meccanismo su come creare elettroni e protoni: interazione a due fotoni . Cito l'articolo di Wikipedia:

La legge di conservazione dell'energia stabilisce un'energia minima del fotone richiesta per la creazione di una coppia di fermioni: questa energia di soglia deve essere maggiore dell'energia di riposo totale dei fermioni creati. Per creare una coppia elettrone-positrone l'energia totale dei fotoni deve essere almeno 2mec2 = 2 × 0,511 MeV = 1.022 MeV (me è la massa di un elettrone ec è la velocità della luce nel vuoto), un valore di energia che corrisponde ai fotoni a raggi gamma morbidi. La creazione di una coppia molto più massiccia, come un protone e un antiprotone, richiede fotoni con energia superiore a 1,88 GeV (fotoni a raggi gamma duri).

I primi calcoli del tasso di produzione della coppia e + nella collisione fotone-fotone furono eseguiti da Lev Landau nel 1934. 1 Si prevedeva che il processo di creazione della coppia e + (attraverso le collisioni di fotoni) domina nella collisione dell'ultra particelle cariche relativistiche - perché quei fotoni sono irradiati in coni stretti lungo la direzione del moto della particella originale aumentando notevolmente il flusso di fotoni.

Nei collettori di particelle ad alta energia, gli eventi di creazione della materia hanno prodotto una grande varietà di particelle pesanti esotiche che precipitano da getti di fotoni in collisione (vedi fisica dei due fotoni). Attualmente, la fisica a due fotoni studia la creazione di varie coppie di fermioni sia teoricamente che sperimentalmente (usando acceleratori di particelle, docce d'aria, isotopi radioattivi, ecc.).

Quindi, in piccole quantità, le coppie elettrone-positrone e le coppie protone anti-protone dovrebbero essere create rispettivamente da radiazioni gamma morbide e dure (o altre particelle di Fermione). Il problema qui di nuovo è che questo evento accadrà solo molto raramente, non producendo in modo significativo nuova questione. L'articolo continua dicendo che questo era il metodo con cui la materia è stata creata durante il Big Bang. Ma solo uno dentro$10^{10}$ I fermioni sarebbero sopravvissuti per formare la materia attuale nell'universo.

Tutto sommato questi processi probabilmente non saranno sufficienti per formare nuove stelle.