Honnan van elég hidrogén a világegyetemben csillag-fűtőanyagként?

A hidrogén az ősrobbanás után alakult ki. Akkor még más anyag nem is létezett.

A mi naprendszerünk pedig nem első generációs... tehát a hidrogén kivételével valaha volt csillagok belsejéből vagyunk. Mi is, az összes kőzetbolygó is és a Nap is ezzel szennyezett.

A kialakulása pedig később kezdődött... jó ideig csak kavargott a gáz mindenfelé. A csillagok kialakulása elég bonyolult folyamat: sokat tud segíteni pl. egy szupernova felrobbanása, amelyik összenyomja a környező gázt és ott hirtelen elég sok csillag tud keletkezni.

Ha így nézzük kérdésed 2 részre osztható. Egyrészt honnan van hidrogén? másrészt, Miért nem korábban keletkezett a naprendszerünk?

Nos az első kérdésre, nagyjából annyit tudok mondani, hogy ötletek vannak. Ugyebár senki nem tudja, hogy miből is keletkezett a világegyetem. Az már biztos, hogy nagyon korai szakaszában nem volt jelen atomos anyag, hanem kvarkok, és egyéb részecskék amolyan "levest" alkottak, ha jól emlékszem ezt nevezték el hadron vákuumnak. Lényegében itt a kvarkok szabadon mozoghattak. Ez a nagy bumm után a másodperc tort részével volt ennél korábban csak sejtések vannak, egyesek szerint ez előtt tiszta energia volt jelen, pl foton formában, mások szerint, csak ugyanez a hadron vákuum még kisebb térfogaton nagyobb sűrűségben a végtelenig...

Ezután a tágulás következtében, a hadron vákuum cseppekre esett(nos ezt én sem nagyon tudom elképzelni), és a cseppek közt megjelent a normál általunk ismert vákuum. Lényegében ekkor különült el az anyag, és az üres tér. Tudni kell, hogy a a hadron vákuum, és a normál vákuum közt a nagy különbség az, az egyikben a kvarkok szabadon mozoghatnak, míg a normál v.-ben minél messzebb kerülnek egymástól annál nagyobb erő hat rájuk.

Ezt a korszakot nevezik foton korszaknak. Itt arról van szól, hogy ezek a cseppecskék az elemi részecskék, köztük perig fotonok terjednek. Itt beállt a termodinamikai egyensúj, népszerűbb nevén a hőhalál. Mindenféle elemi folyamat lezajlott, foton, és anyag/antianyag alakult egymásba szüntelen. Ezután a Higgs mező instabilitása, felfújta a világot az akkori térfogatának 10^50-ediken szeresére.(a másodperc tört része alatt) A felfúvódás alatt, sorban az elemi részecskék lecsatolódnak a plazmáról, kezdve a legnehezebbel, egészen a 0 tömegű fotonig. Lecsatolódás alatt értsd, a táguló világban a foton energiája csökken, és idővel nem rendelkezik már elég energiával, ahhoz hogy egy adott részecskepárt keltsen. Bár ezen részecskék még jelen vannak, de már új nem keletkezik belőlük, tehát ők már lecsatolódtak. Érdekesség, hogy egy apró eltérésen múlt csak, hogy nem ugyanannyi anyag keletkezett mint antianyag. Mintegy egymillió proton antiproton párra jutott 1DB+ proton. A párok, miután lecsatolódtak, szép sorban megsemmisítették egymást,és keletkezett 1millió foton, meg maradt 1db proton. (Pont ilyen jelenleg a foton anyag viszony :D) Miután minden anyag lecsatolódott, nem maradt más, mint ez az irdatlan mennyiségű foton gáz, ami aztán szépen saját törvényei alapján tágult. Ezt nevezik ma kozmikus háttérsugárzásnak.

További érdekesség, hogy mintegy 12 percel a neutronok lecsatolódásától számítva, a neutronok mind elbomlottak(volna) protonná, de ekkor már a hőmérséklet lehetővé tette, a protonnak, és a neutronnak az egyesülést egy deutérium atommaggá.

Ekkor már van protonunk, és deutériumunk, valamint egy kis százalékú héliumunk, ez kb az első 3 perc, ez idő alatt lezajlott minden eddig említett folyamat, és beállt egy stabil arány ezen atomok közt, ami egyezik a gyakorlatban mért értékkel. Ennél nagyobb rendszámú atommagok nem keletkeztek itt, minden egyéb anyagot már a csillagok gyártottak le.

Ezután következik egy unalmas úgy 300ezeréves intervallum, míg az atomos/ionos gáz tágul. Itt jön az az időszak ami még mindig fejtörést okoz a tudósoknak, ugyanis önmagában az atomos anyag számára milliárd évek kellettek volna, hogy csillagokká/galaxisokká álljanak össze. Tehát az szinte biztos, hogy volt valami katalizátor szerű anyag, ami nem kimutatható jelenleg, de a szálas szerkezetet kialakította, és létre tudott hozni olyan gravitációs instabilitást, ami körül már az atomos anyag már elkezdhetett összeállni. Az sem tiszta továbbá, hogy először az anyag csillagokká, vagy galaxisokká álltak össze.

A kérdés 2. részére az a válasz, hogy a naprendszerünk jelenlegi ismereteink szerint, minimum 3 korábbi megsemmisülő csillag szupernóvája következtében jött létre. Egyrészt szükség volt arra, hogy az egyenletes H;He gézt beszennyezze nehezebb anyagokkal, másrészt a modellek szerint 3 szupernóva sűrítette össze annyira az anyagot, hogy az később tovább zsugorodva létrehozhassa a naprendszert.

Baleys

A válasz a világegyetem "viharos" keletkezésében keresendő.

A fizikusok most forduljanak el! Amikor már annyira "kitágult" ezáltal - az energia "töménysége" lecsökkent - lehűlt, megjelenhettek az anyag legegyszerűbb formái. Az atomos anyag legegyszerűbbike a hidrogén. Az atomos anyagok közül ebből keletkezett a legtöbb. (Mármint az ősrobbanás idején.) Keletkezett még számottevőbb mennyiségben hélium. Elenyésző mennyiségű lítium, és berillium. A többi elem még nem létezett.

Amikor azonban az első csillagok - csak hidrogén-hélium keverék! - működni kezdtek, azok belsejében szintetizálódtak a héliumnál nehezebb elemek a vasig bezárólag. Mivel ezek a csak hidrogén-héliumból keletkező csillagok átlagban sokkal nagyobb tömegűek voltak mint a második generációs csillagok, ezért viszonylag rövid életük után sorban robbantak fel II-es tipusú szupernóvaként. A robbanásban kialakulhattak a vasnál nehezebb elemek is, plusz a "legyártott" többi is szétszóródhatott az űrben, "megszennyezve" az ott már meglévő hidrogén-hélium felhőket.

Mivel a csillagok keletkezése és "halála" mai napig sem állt meg - és még nagyon sokáig nem is fog - ezért feltehetjük hogy a Naprendszerünk keletkezése nem egyedi esemény.

Hogy mit "csinált" a Naprenszerünk addig amíg ki nem alakult abból a felhőből amit előtte a szupernóva robbanások teleszórtak szénnel, oxigénnel, nitrogénnel, vassal stb, arra azt válaszolom: azt amit te megfogantatásod előtt. Semmit.

Meg egy dolog. Nehogy azt hidd, hogy a hidrogén olyan kevés a világegyetemben. Ha csak a számosságot (és nem a tömeget) nézzük, ezer atomból a világegyetemben 750 hirogén 245 hélium. A fennmaradó öt darabra jut az összes többi!

Tehát még bőven van "nyersanyag" az új "naprendszerek kialakulásához.

Azt kérdezed itt a végén, hogy hogyan (és miért) alakulnak ki a csillagok. Elég nehéz kérdés. De szerepet játszanak az egymással ütköző csillagközi felhők, a szupernóvák lökéshullámfrontjai, a már kialakult nagyobb méretű csillagok sugárnyomása a körülötte lévő felhőre stb.

dellfil

Így van. Jelenleg is vannak nagy hidrogén felhők, melyekben épp most zajlik, illetve. fog lezajlani a csillagkeletkezés. (Hubble készített jó párról képet, legismertebb a Lófej köd.)

Ha jól rémlik közel 50-100 milliárd év kell ahhoz, hogy a világunk az összes H-t felhasználja, persze idővel ahogy csökken a H menyisége, egyre kisebb, és koszosabb csillagok fognak keletkezni, míg végül nem marad más csak egy rakat jéghideg fehér törpe, neutroncsillag, fekete-lyuk, és üres sötét halott bolygók. Aztán idővel az összes proton elbomlik, (10^50 év felezési idővel ha jól rémlik de egyelőre még nem bizonyított, elég nehéz kimérni :D) mindezalatt, a fekete lyukak Hawking sugárzással elpárolognak, és nem marad más csak az üres világegyetem benne fotonokkal.

Mgj.: A 2000-es évekig elfogadott volt azon nézet, miszerint a világ vagy összeroppan idővel, egy "nagy zutty" ban, vagy végtelen ideig egyre lassabban tágul "Nagy Brrr"(abból jön hogy minden marha hideg és üres lesz).

Mára már tudjuk, hogy világunk jelenleg gyorsulva tágul(a folyamat oka, nem tisztázott, elképzelhető, hogy idővel ismét lassulásba vált, ha a folyamatot egy a Higgs mezőhöz hasonló jelenség okozza, de lehet hogy végtelen ideig folytatódik).

Tehát jelenleg 4 alternatíva látszódik körvonalazódni:

"Nagy Zutty" vagy "nagy reccs"(összeroppanás)

"Nagy Brrr"(egyre lassuló tágulás)

A "nagy brrr" rosszabb kiadása, mikor nem csakhogy folyamatosan tágul, de ez gyorsul is, vagyis "végtelen" idő múlva a tágulási sebesség eléri a "végtelent"

És a 4. ez a leghátborzongatóbb, a "nagy (nem tom hogy írják sutty vagy mi)" amikor, a tágulás nem csakhogy gyorsul, de véges időn belül eléri a végtelent(hiperbola függvény), tehát úgy minden maga a tér idő véges időn belül végtelenné szakad. Képzeld el úgy mintha a föld minden egyes pontja hirtelen végtelen távolságra kerül egymástól, egyes feltevések szerint a téridő nem bírna ki ilyen hatalmas tágulást, mivel nagyon úgy fest a tér raszteres, vagyis van egy minimális méret ami alatt nem lehet távolságot értelmezni. Na ez a méret hirtelen végtelenre nőne :D

A fizikusok szeretik a hülye elnevezéseket, pl. kvantumszíndinamika, ízelmélet, sőt egyesek mér szagelméleten is gondolkodnak nem vicc...

Baleys

Közben átfutottam dellfi válaszát, és ha már ő megemlítette, akkor hozzáteszem, vasig tehát a csillagok gyártanak anyagot, a felett, ugye energiaelnyelő a folyamat, ilyen folyamtok csak szupernóva robbanásokkor keletkeznek, tehát a vasnál nehezebb anyagok csak ilyenkor jönnek létre. További érdekesség, a nagyon ritka anyagok, még ennél is extrémebb körülmények közt, pl két szupernehéz csillagmardvány, neutroncsillag ütközésekor szóródik ki a világba ezek a folyamatok már annyira extrémek, hogy közel fénysebbésséggel mozog egymás körül két csillag tömegű mindössze 1-2 km átmérőjű test....

Baleys