El 25% de la materia en la Vía Láctea es helio. ¿Por qué?

La abundancia de helio se estableció apenas un segundo en el Big Bang por la relación de protones a neutrones.

Estos son bastante similares (aunque solo los protones tienen carga neta, crítica en la formación de átomos). Cada uno está hecho de tres quarks. A través de la fuerza débil, los dos nucleones se transforman libremente de uno a otro. Sin embargo, los neutrones tienen más de 1 Mev más en masa y, por lo tanto, son térmicamente menos abundantes.

Cálculo rápido a temperatura 1 MeV da 6 protones a cada neutrón. A medida que el universo se expandió y la temperatura del Big Bang cayó, la conversión de protones a neutrones dejó de ser energéticamente posible.

A medida que la formación de núcleos de deuterio (el primer paso crítico hacia el helio) se hizo posible y estable, la abundancia de neutrones había caído a través de la desintegración β (vida media solo diez minutos): de modo que solo había un neutrón por cada 7 protones, NPPPPPP P.

Dos veces este número puede formar doce iones de hidrógeno: PPPPPPPPPPPP (masa 12)

y un helio: PPNN (masa 4)

La masa dividida 12 a 4 es 75% de hidrógeno, 25% de helio.

Son posibles otros núcleos estables, incluido el litio -7, y sin duda estos fueron producidos. Las cantidades son calculables a partir del experimento en la tierra. Representan mucho menos del 1% de la masa total.

La respuesta radica en el campo emocionante pero no trivial de la nucleosíntesis de Big Bang, que estudia cómo se produjeron y combinaron los átomos y otras partículas. La mayoría de los cosmólogos creen que la nucleosíntesis primordial tuvo lugar entre 10 segundos y 20 minutos después del Big Bang, donde los protones y los neutrones se unieron para formar los núcleos de elementos simples. Al final de este período, el Universo consistía en una niebla de aproximadamente 75% de hidrógeno y 25% de helio, con solo rastros de litio. Sin embargo, tomaría otros 300,000 años para que los electrones sean capturados en órbitas alrededor de estos núcleos para formar átomos estables.

La historia de la nucleosíntesis del Big Bang comenzó con los cálculos de Ralph Alpher en la década de 1940. Alpher publicó el artículo Alpher – Bethe – Gamow que describía la teoría de la producción de elementos ligeros en el universo primitivo. Durante la década de 1970, hubo un gran enigma en que la densidad de bariones calculada por la nucleosíntesis de Big Bang era mucho menor que la masa observada del universo según los cálculos de la tasa de expansión. Este rompecabezas se resolvió en gran parte postulando la existencia de materia oscura.

Aparentemente, se debe a la forma en que comenzó el universo. No puedo justificar esto por mi propio conocimiento, pero aparentemente es una predicción del modelado del Big Bang y los eventos posteriores que alrededor de una cuarta parte del hidrógeno debería haberse fusionado con helio. Una cantidad más pequeña debería haberse fundido con el litio, y aparentemente (nuevamente) la cantidad observada de litio es demasiado pequeña para los modelos actuales, un déficit que causa problemas a los cosmólogos. No tengo la comprensión teórica para justificar nada de esto, pero las personas que respeto dicen que es así.

Nucleosíntesis del Big Bang. Cuando el universo se enfrió lo suficiente como para permitir que se formen átomos, la mayor parte de las partículas estables se establecieron como protones / hidrógeno normal (Hidrógeno-1), pero 25% de Helio-4. También un poco de deuterio (Hidrógeno-2), Helio-3 y Litio-7. También se produjeron tritio (hidrógeno-3) y berilio-7, pero eran inestables.

Otros elementos se hicieron más tarde al morir o explotar estrellas, ver Nucleosíntesis.

Aquí hay algunos datos:

Abundancia de los elementos químicos – Wikipedia

… lo establece en aproximadamente el 24%. El helio es el principal producto de fusión de hidrógeno, y es un componente del viento estelar.

Y este gráfico:

Radiación de fondo cósmico de microondas

… muestra que esperábamos que hubiera más del 20% de He-4 en el Universo como resultado del evento Big Bang. Entonces no ha cambiado tanto.

Sobre todo el Big Bang. Las supernovas y los vientos gigantes rojos han enriquecido la Vía Láctea, pero incluso cuando miramos las estrellas más antiguas (por ejemplo, en los cúmulos globulares que se formaron antes de que la Vía Láctea se convirtiera en la espiral plana que conocemos y amamos), vemos que tienen mucho helio. Observar las abundancias de helio (y otras cosas, como litio, helio-3 e hidrógeno2) de estas viejas estrellas es una evidencia importante del Big Bang.

Es interesante que los dos elementos de masa atómica más ligeros (hidrógeno y helio) constituyan la mayoría de la materia conocida en el Universo.

En relación con los otros elementos, según MC Physics, estos recuentos de protones más bajos, pero cargan masas neutralizadas, tendrían las energías cinéticas más altas (aparte de las partículas elementales y sus constituyentes) en el universo más temprano y habrían escapado de más uniones de protones para formar más pesados. elementos.

Más información sobre la formación de materia en: “Modelo Físico MC de Partículas Subatómicas utilizando Mono-Cargas”, http://viXra.org/pdf/1611.0080v1.pdf

Se produjo principalmente en la vida temprana del universo al igual que el hidrógeno.

Todas esas estrellas están fusionando hidrógeno en helio.

Debido a que las estrellas están compuestas principalmente de helio e hidrógeno, cada estrella en la galaxia de la Vía Láctea tiene helio, y también hay muchas estrellas. ¿Entiendes mi punto?

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