¿Existe un proceso natural por el cual se genera hidrógeno a partir de elementos más pesados ​​en el cosmos?

sabemos que las estrellas fusionan hidrógeno en helio a partir de 3 MK; 13 MK en el núcleo del Sol; la fusión de carbono comienza en más de 500 millones de K, y la fusión de silicio comienza en más de 2700 millones de K en comparación; sabemos que la fusión se detiene en el hierro, porque una estrella tiene que usar más energía para fusionarla de la que recupera; por lo tanto, los elementos más pesados ​​se crean principalmente en una supernova (pero también es posible en pequeñas cantidades mediante procesos especiales como la captura de neutrones); finalmente las estrellas parecidas al sol terminan como enanas blancas, estrellas más grandes como estrellas de neutrones, estrellas de quark, agujeros negros; y los agujeros negros finalmente se convierten en radiación, en un futuro muy lejano, cuando el límite de masa estable del agujero negro aumenta lo suficiente como para que incluso los agujeros negros más masivos se evaporen;

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

entonces mi pregunta es, ¿será como dijo Stephen Baxter, que en el futuro solo quedará radiación en el universo? Específicamente, ¿existe un proceso natural por el cual el hidrógeno se arroja al cosmos, convertido de nuevo a partir de elementos más pesados, para regenerar el combustible de las estrellas para que también puedan brillar en un futuro lejano?

Por supuesto, no tenemos que preocuparnos por esto por el momento. Esto solo está considerando nuestra preocupación con lo que será dentro de 10 ^ 70 años.

No es posible dividir un núcleo más grande en núcleos de hidrógeno sin gastar una mayor cantidad de energía que recibe . Esto se debe a que el hidrógeno tiene (por mucho) la energía de enlace nuclear más baja por nucleón (el protio tiene cero energía de enlace nuclear, aunque el deuterio y el tritio sí tienen algo). Por lo tanto, dicho proceso disminuiría la entropía del universo , una violación de las leyes de la termodinámica.

No podría hablar si estas leyes seguirían siendo válidas si hubiera una " gran crisis " (aunque las observaciones actuales apoyan un universo en expansión).

Hay un escenario llamado muerte por calor , donde el universo simplemente no tiene energía para hacer nada, es decir, todo es completamente uniforme. No habría gradientes o anisotropías en la distribución de energía o materia.

Hay un par de preguntas relevantes que uno quisiera hacer:

1) ¿Los protones se descomponen, y si es así, en qué se descomponen? La respuesta parece ser no , o al menos la vida teórica del protón debe aumentar como resultado de estos experimentos. Si lo hacen, eventualmente el universo podría terminar en un estado de radiación (y energía oscura y materia oscura, a menos que también se descompongan).

2) ¿Es el hidrógeno un subproducto de cualquier proceso de descomposición natural? A continuación se muestra una tabla de todos los nucleidos conocidos.

Como puede ver, la mayoría de los elementos (no necesariamente por número o masa en el universo) se descomponen a través de algún tipo de proceso. Existe una cresta 'estable' (llamada la isla de la estabilidad, rodeada por el mar de inestabilidad) de elementos que felizmente existirán para siempre.

La pregunta es, ¿qué modos de descomposición producen protones (núcleos de hidrógeno)? Bueno, hay una desintegración del protón (no el propio protón en descomposición), que está coloreado en rojo, aunque tengo que admitir que no sé exactamente a qué se refiere. Los biproductos de fisión son rayos gamma (fotones de alta energía), neutrones y núcleos hijos (ver Cadena de descomposición ). Sin embargo, debo mencionar que los neutrones libres producidos a partir de este tipo de desintegración radiactiva no duran mucho tiempo, se descomponen en un protón y un electrón (este proceso dura en promedio aproximadamente 11 minutos). Según esta lógica, también los isótopos que se descomponen emitiendo neutrones, de color púrpura, también producirían protones.$\beta^{-}$ y $\beta^{+}$ consulte el proceso de desintegración beta, donde el signo menos se refiere a la emisión de un electrón y el signo más se refiere a la emisión de un positrón (la antipartícula del electrón). $\alpha$La descomposición es la emisión de un núcleo de helio, que es estable .

Ahora, dado que hay elementos para que los elementos pesados ​​produzcan protones de forma natural, la pregunta que haría es cuál es la velocidad de estos procesos en el universo en comparación con los procesos de fusión que ocurren en los centros de las estrellas. No estoy seguro de poder darle una respuesta a esta pregunta (o incluso señalarle el material apropiado), pero en principio estas tasas son conocidas. Me imagino que sería una gran cantidad de contabilidad para hacerlo bien.

Parece que los agujeros negros primordiales producen antiprotones, y está implícito en el artículo vinculado que son capaces de producir todo tipo de otras partículas. Entonces quizás incluso protones.

Además, supongo que durante la fisión natural o las reacciones de colisión de núcleos, pueden producirse fragmentos que también son protones individuales.

Los rayos cósmicos parecen consistir principalmente en protones . La pregunta es si estos protones se produjeron en el Big Bang o si provienen de otras fuentes. El artículo establece que muchos rayos cósmicos provienen de supernovas. Sin embargo, esto no responde a la pregunta de si los protones se produjeron en la supernova a partir de elementos más pesados.

Como no soy astrofísico, ¡espero con gusto comentarios u otras respuestas!

Editar: leí sobre otro mecanismo sobre cómo crear electrones y protones: interacción de dos fotones . Cito el artículo de Wikipedia:

La ley de conservación de la energía establece una energía fotónica mínima requerida para la creación de un par de fermiones: esta energía umbral debe ser mayor que la energía total en reposo de los fermiones creados. Para crear un par electrón-positrón, la energía total de los fotones debe ser al menos 2 mec2 = 2 × 0.511 MeV = 1.022 MeV (me es la masa de un electrón y c es la velocidad de la luz en el vacío), un valor de energía que corresponde a fotones de rayos gamma suaves. La creación de un par mucho más masivo, como un protón y un antiprotón, requiere fotones con una energía de más de 1.88 GeV (fotones de rayos gamma duros).

Lev Landau realizó en 1934 los primeros cálculos de la tasa de producción de e + –e-pair en la colisión fotón-fotón. 1 Se predijo que el proceso de creación de e + -e-pair (a través de colisiones de fotones) domina en la colisión de ultra- partículas cargadas relativistas, porque esos fotones se irradian en conos estrechos a lo largo de la dirección de movimiento de la partícula original, lo que aumenta considerablemente el flujo de fotones.

En los colisionadores de partículas de alta energía, los eventos de creación de materia han producido una amplia variedad de partículas pesadas exóticas que se precipitan de chorros de fotones en colisión (ver física de dos fotones). Actualmente, la física de dos fotones estudia la creación de varios pares de fermiones, tanto teórica como experimentalmente (usando aceleradores de partículas, duchas de aire, isótopos radiactivos, etc.).

Por lo tanto, en pequeñas cantidades, los pares electrón-positrón y los pares protón-antiprotón deberían crearse mediante radiación gamma suave y dura, respectivamente (u otras partículas de Fermion). El problema aquí nuevamente es que este evento ocurrirá muy raramente, sin producir significativamente nuevos asuntos. El artículo continúa diciendo que este fue el método en el que se creó la materia durante el Big Bang. Pero solo uno en$10^{10}$ Fermions habría sobrevivido para formar la materia actual en el universo.

En general, estos procesos probablemente no serán suficientes para formar nuevas estrellas.