宇宙中最常见的氢元素以什么存在?
各种都有.存在环境不同,存在形式也不同.
首先,氢元素共有三种,即氕(即最常见的氢)和氘、氚(后两种叫重氢)
在宇宙空间、星际气体云和恒星中主要是氢离子(自由质子,即氕)和自由电子、氘离子及自由电子、氚离子及自由电子.也有少量的原子和分子.
在冷天体中主要是三种氢的原子或分子、三种氢的化合物.
宇宙中最常见的氢元素是以水或者冰(H2O)的形式存在,水的物理性质与温度有关,由于氢元素并不稳定且极其容易与氧发生反应形成水,而在宇宙中大部分空间处于零下的环境,所以氢元素大部分是冰的形式出现在宇宙中,现观测到的最大的冰星球其体积大于地球数十倍。
宇宙会耗尽氢元素吗?未来的恒星是不是越来越少?
答:根据目前的科学理论,随着时间的推移,宇宙中的氢元素肯定会越来越少,我们宇宙大约在100亿年前经历了恒星形成的高峰期,现阶段恒星(主序星)数量会越来越少,这样下去肯定会有恒星完全消失的一天。
恒星形成与演化理论能解释各种恒星的演化历程,根据大爆炸理论,我们宇宙诞生于138亿年前,宇宙诞生时形成了大量的氢元素和氦元素,大约在大爆炸后的1000万年,首批恒星开始形成,第一批恒星主要以大质量恒星为主,属于贫金属恒星。
由于大质量恒星的寿命非常短,只有1000万~1亿年的时间,在经历红巨星阶段后会以超新星的方式结束生命,同时产生许多金属元素,然后形成星云,星云又在重力作用下塌缩,形成许多中小质量恒星,这些恒星的寿命从1亿~1000亿年不等,比如我们太阳的主序星寿命就高达110亿年。
恒星的演化虽然具有一定的周期性,但是整个演化过程是不可逆的,比如大质量恒星经过超新星爆炸后,更多的是形成中小质量恒星,而且恒星的金属丰度会增加,总的氢元素丰度会降低。
现代天文观测表明,现阶段宇宙元素丰度为:氢元素73.9%,氦元素24%,氧1%,氮0.46%……,与宇宙大爆炸模型的估计差不多,随着时间的推移,氢元素丰度和氦元素丰度会逐渐降低。
当氢元素丰度降低到一定程度后,塌缩的星云就有可能无法点燃核聚变反应,无法形成主序星,而是直接坍缩成黑洞或者其他天体,我们宇宙要达到这样的情况,还得经历非常长的时间,这远比我们宇宙现在的年龄还长。
这样的观点也是有很多证据的,比如恒星质量分布表明,现阶段的大质量恒星已经很少了,恒星质量分布呈现一种金字塔形状,小质量恒星非常之多,我们太阳则属于中等质量恒星。
根据宇宙大爆炸理论,第一批恒星缺乏金属元素,虽然绝大部分是大质量恒星已经演化结束,但是也不排除有极少部分的小质量恒星形成,如果质量小于了0.9倍太阳质量,就有可能到现在还处于主序星阶段。
比如在2018年,美国天文学家在***系中就发现一颗贫金属恒星,代号2MASS J18082002—5104378 B,这颗恒星诞生于135亿年前,根据光谱分析,这颗恒星的金属含量非常低,极有可能属于第二代恒星,但是目前还没有发现并确认的第一代恒星,理论上第一代恒星基本不含金属元素(金属丰度[Fe/H]≤-6)。
美国天文学家还有一份研究表明,我们宇宙大约在100亿年前,恒星产生的数量达到高峰期,而现阶段恒星产生的速率只有当时的3%;那么在遥远的未来,当宇宙中的氢元素消耗到一定水平之下后,就不会再有恒星生成,而已生成的恒星也将逐渐死去,宇宙最终陷入无边的黑暗。
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首先感谢邀请。我们的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸,如果没有那场大爆炸,今天世界将不复存在,你我也不会出现。宇宙是一个非常美妙的世界,那里有恒星,行星,卫星、星系、星云和黑洞,不得不说这是一个多彩的世界,而这一切的一切都由元素的祖先氢所构造。
我们知道在高温和高压的情况下,氢原子会被不断的压缩,而它会产生衰变是否能巨大的原子能,这就是核聚变,核聚变之后氢元素将会聚变为氦,这时恒星将会诞生。恒星诞生后依然会不断的燃烧氢,最终当氢被燃烧后,它就会被引力压缩,而在早期的宇宙中,大多数的恒星在引力的压缩下直接坍缩为了黑洞。
宇宙是在无限的加速膨胀,这种膨胀会使物质相隔越来越遥远,氢元素是宇宙大爆炸后的38万年后才出现的,因此它的出现是有着一定的质量的,总体来说不知道亲人素的质量有多少,但是它的占比比宇宙中的其他元素的总和占比还要多100倍,因此可以肯定是我们宇宙。最先诞生的元素不就是氢。
引力会使氢气凝聚,而大多数的恒星都诞生于星云中和密集的气体云团中,如果氢气云团的质量消耗干净的话,它就不会在凝聚形成新的恒星,那么这个星云几乎宣告死亡,因为它不会再生产恒星了,随着宇宙的膨胀,未来物质的相互远离,会使氢气无法在一定的质量下凝聚,这样就不会有新的恒星出现,而新的恒星不出现,意味着星系也会逐渐的进入死亡。
尤其是在未来的宇宙中。随着星系距离星系越来越遥远,星系也将无法产生融合。这样新的星系就不会出现,这就是宇宙的宿命和结局,如果宇宙一直这样加速膨胀,那么,未来的宇宙将会是一个大黑暗的时代。科学界将此结局称之为“大扩张”。目前我们的***系,正在逐渐的衰老,不过40亿年后,当他和仙女座星系发生融合后,它就会诞生出一个新的星系,一颗具有的生命力的新星系!
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“在灿烂的阳光下,月球有一个明亮的表面。”——尼尔·阿姆斯特朗
想一下没有恒星的宇宙会是怎样的荒凉与黑暗,有了恒星,我们才能谈论宇宙,才能研究和观察我们看到的一切。形成恒星需要氢元素,恒星的聚变也需要氢元素,氢元素确实会越来越少,但会不会耗尽?宇宙现在已经形成了大部分恒星吗?未来形成的恒星总数会不会比现在存在的恒星少的多?
相比以前,宇宙的恒星形成率确实下降了
在我们宇宙存在的138亿年左右的时间里,仅***系就形成了数千亿颗恒星。而我们***系只是可观测宇宙中至少数千亿个星系中很普通的一个,如果把它们都加起来,在宇宙历史上形成的恒星数量是一个巨大的天文数字。但是我们发现了一件有趣的事情,通过观察宇宙中更年轻的星系,那时的恒星形成率比现在要高得多!很久以前的一个典型星系中平均会比现在的星系形成更多的恒星。上图中的星系为向日葵星系,又称梅西耶63,是今天猎犬座的一个典型的螺旋星系,和***系大小相当。恒星形成区域由于电离氢存在会发出粉红的的辉光,我们可以通过观察一个星系***有的粉红色辉光来识别这些区域。
上图的向日葵星系,只有在星系的中心附近存在一些小的粉红***域!这是一个成熟螺旋星系的经典例子,它充满了气体、尘埃和恒星,在这张快照中都能清晰地看到,目前只有几个稀疏的区域正在形成恒星。看起来就像一个年迈的老者。
但这个星系并不会一直这样,将来有可能会发生剧烈的变化。为什么呢?
星系在未来的合并中都会发生星爆时期
因为在未来可能发生的***会导致气体和尘埃重新收缩并形成大量的恒星。当一个星系与另外一个星系靠的足够近,由于引力的相互作用(上图),星系的气体、尘埃会被扰乱并且重新聚集,促使大量的恒星爆发。或者,随着时间的推移,两个星系会以最壮观的方式作用:与一个相当大的星系大规模合并引起的巨大冲击。 在最后这种情况下,整个星系将成为恒星形成区,这就是所谓的恒星爆发星系。也称为星爆星系。事实上,就在40亿年后的,我们会亲身经历的一次壮观的宇宙演化,到那时***系和仙女座星系会经历一次重大的合并。我们的夜空看起来将类似于下图这样,晚上全天空都是明亮的,因为整个星系合并系统将形成大量的新恒星。那这个过程会持续多久呢?当罕见的、灾难性的***发生时,合并星系会以巨大的、周期性的爆发形成恒星,除此之外,还会非常缓慢地、间歇性地形成恒星。但有些人会认为在某一时刻,我们将耗尽宇宙中的氢气(氢占宇宙原子的92%。因为恒星是通过将轻元素融合成重元素来发光、发热的,在未来的某个时刻,恒星将会融合所有的轻元素。)
还有人认为,宇宙目前正在一场漫长而严重的“危机”:宇宙的GDP产出现在只有顶峰时期的3% !如果观测到的恒星形成率继续下降下去,那么在剩下的宇宙历史中形成的恒星不会超过目前的5%。
以上的说***确吗?我们未来会耗尽宇宙的轻元素吗?未来恒星的形成率会一直下降,不会再形成更多的恒星?
我们先看一下壮丽的***系。宇宙中一个平凡、不起眼的一个小星系。先好好欣赏下***系的全景图。
再上图中,我们首先会注意到大部分的恒星,还有(粉红色)小而稀疏的恒星形成区域,当然,也会看到大量黑暗的尘埃带!
如果我们把***系中所有的正常物质(所有的质子、中子和电子)加起来,大部分仍然是中性的氢气!我们在很长一段时间内并没有耗尽轻元素的危险。甚至也不用去担心。
然而,在遥远的过去,我们的星系经历了强烈的恒星形成时期。目前在***系中心区域以及星系圆盘周围,乃至在整个宇宙中恒星形成仍然在持续。
当大量恒星形成时,组成这些恒星形成区域的气体中,只有大约10%会被锁定在恒星中,剩下的90%会蒸发并被吹回到星际介质中,在未来的某一天,这些气体会再次形成恒星。
此外,大多数形成的恒星(就质量而言)最终会在超新星或行星状星云中消亡,将一大部分(也许是一颗恒星的一半)未燃烧的燃料又再次返回到星际介质中!
一个星系是受引力束缚的系统,所以中性气体并不会消散。而这些中性气体的大部分最终都会在引力的作用下形成恒星。最后只剩下很少的一部分,无法在形成任何恒星,宇宙的恒星形成将会停止,但不会耗尽所有的轻元素。
这个过程大约需要数万亿年的时间,宇宙才会停止形成恒星。只要气体大量存在于我们的星系中,测量的恒星形成率下降就不会持续到遥远的未来。
当然,相比于早期的宇宙恒星形成率确实是下降了,但是它不会很快下降到零,如果我们把宇宙未来形成的恒星总数加起来,它实际上要比现在已经存在的恒星数量还要大得多。 尽管***系内恒星密度已经达到了峰值,但我们可以非常有力地说,绝大多数称之为我们***系家园的恒星还没有诞生。
以人类的寿命来说,我们并不会看到那些尚未诞生的恒星,因为万亿年的时间太过漫长,我们无法企及,但是根据我们所知道的物理学和天文学,在未来的岁月里将会有大量新的恒星出现,甚至超过到今天为止已经存在的恒星的数量。