Existe-t-il un processus naturel par lequel l'hydrogène est généré à partir d'éléments plus lourds dans le cosmos?

nous savons que les étoiles fusionnent l'hydrogène en hélium à partir de 3 MK; 13 MK au cœur du Soleil; la fusion du carbone commence à plus de 500 millions de K, et la fusion du silicium commence à plus de 2700 millions de K pour comparaison; nous savons que la fusion s'arrête au fer, car une étoile doit utiliser plus d'énergie pour fusionner qu'elle n'en récupère; donc des éléments plus lourds sont créés principalement dans une supernova (mais aussi possible en petites quantités par des processus spéciaux comme la capture de neutrons); enfin les étoiles semblables au soleil finissent comme des naines blanches, des étoiles plus grandes comme des étoiles à neutrons, des étoiles de quark, des trous noirs; et les trous noirs se transforment finalement en rayonnement, dans un avenir très lointain lorsque la limite de masse stable des trous noirs monte suffisamment haut pour que même les trous noirs les plus massifs s'évaporent;

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

ma question est donc, sera-ce comme l'a dit Stephen Baxter, qu'à l'avenir, seul le rayonnement restera dans l'univers? Plus précisément, existe-t-il un processus naturel par lequel l'hydrogène est déversé dans le cosmos, converti à partir d'éléments plus lourds, pour régénérer le carburant des étoiles afin qu'elles puissent également briller dans un avenir très lointain?

Bien sûr, nous n'avons pas besoin de nous en préoccuper pour le moment. Cela ne tient compte que de notre préoccupation quant à ce qui sera dans 10 ^ 70 ans à partir de maintenant.

Il n'est pas possible de diviser un noyau plus gros en noyaux d'hydrogène sans dépenser une plus grande quantité d'énergie que vous recevez en retour . En effet, l'hydrogène a (de loin) l' énergie de liaison nucléaire la plus faible par nucléon (le protium a une énergie de liaison nucléaire nulle, bien que le deutérium et le tritium en aient). Par conséquent, un tel processus diminuerait l'entropie de l'univers - une violation des lois de la thermodynamique.

Je ne pouvais pas dire si ces lois seraient toujours valables s'il y avait un " grand crunch " (bien que les observations actuelles soutiennent un univers en expansion).

Il y a un scénario appelé mort thermique , où l'univers n'a tout simplement plus d'énergie pour faire quoi que ce soit - c'est-à-dire que tout est complètement uniforme. Il n'y aurait ni gradients ni anisotropies dans la distribution de l'énergie ou de la matière.

Il y a quelques questions pertinentes que l'on voudrait poser:

1) Les protons se désintègrent-ils et si oui, en quoi se désintègrent-ils? La réponse semble être non , ou du moins la durée de vie théorique du proton doit augmenter à la suite de ces expériences. S'ils le font, éventuellement l'univers pourrait se retrouver dans un état de rayonnement (et d'énergie sombre et de matière noire, à moins qu'ils ne se décomposent également).

2) L'hydrogène est-il un sous-produit d'un processus de décomposition naturel? Voici un tableau de tous les nucléides connus.

Comme vous pouvez le voir, la majorité des éléments (pas nécessairement en nombre ou en masse dans l'univers) se décomposent à travers un certain type de processus. Il existe une crête «stable» (appelée l'île de stabilité, entourée par la mer d'instabilité) d'éléments qui existeront avec bonheur pour toujours.

La question est, quels modes de désintégration produisent des protons (noyaux d'hydrogène)? Eh bien, il y a la désintégration du proton (pas le proton lui-même en décomposition), qui est colorée en rouge, bien que je dois admettre que je ne sais pas exactement à quoi cela se réfère. Les sous-produits de fission sont les rayons gamma (photons de haute énergie), les neutrons et les noyaux filles (voir Chaîne de désintégration ). Cependant, je dois mentionner que les neutrons libres produits à partir de ce type de désintégration radioactive ne durent pas longtemps, se désintégrant en proton et en électron (ce processus prend en moyenne environ 11 minutes). Selon cette logique, les isotopes qui se désintègrent en émettant des neutrons, de couleur violette, produiraient aussi éventuellement des protons. et$\beta^{-}$$\beta^{+}$se réfèrent au processus de désintégration bêta, où le signe moins fait référence à l'émission d'un électron et le signe plus fait référence à l'émission d'un positron (l'antiparticule de l'électron). désintégration est l'émission d'un noyau d'hélium, qui est stable .$\alpha$

Maintenant, étant donné qu'il existe des moyens pour les éléments lourds de produire naturellement des protons, la question que je poserais est quelle est la vitesse de ces processus dans l'univers par rapport aux processus de fusion se produisant au centre des étoiles. Je ne suis pas sûr que je pourrais vous donner une réponse à cette question (ou même vous indiquer le matériel approprié), mais en principe ces taux sont connus. J'imagine que ce serait beaucoup de tenue de livres pour le faire correctement.

Il semble que les trous noirs primordiaux produisent des anti-protons, et il est sous-entendu dans l'article lié qu'ils sont capables de produire toutes sortes d'autres particules. Alors peut-être même des protons.

De plus, je suppose que lors de fission naturelle ou de réactions de collision de noyaux, il peut y avoir des fragments produits qui sont également des protons uniques.

Les rayons cosmiques semblent être principalement constitués de protons . La question est de savoir si ces protons ont été produits lors du big bang ou s'ils proviennent d'autres sources. L'article indique que de nombreux rayons cosmiques proviennent de supernovae. Cependant, cela ne répond pas à la question de savoir si les protons ont été produits dans la supernova à partir d'éléments plus lourds.

Comme je ne suis pas astrophysicien, j'attends volontiers des commentaires ou d'autres réponses!

Edit: J'ai lu un autre mécanisme sur la façon de créer des électrons et des protons: l' interaction à deux photons . Je cite l'article Wikipedia:

La loi de conservation de l'énergie fixe une énergie photonique minimale requise pour la création d'une paire de fermions: cette énergie seuil doit être supérieure à l'énergie de repos totale des fermions créés. Pour créer une paire électron-positon, l'énergie totale des photons doit être d'au moins 2mec2 = 2 × 0,511 MeV = 1,022 MeV (me est la masse d'un électron et c est la vitesse de la lumière dans le vide), une valeur d'énergie qui correspond aux photons gamma mous. La création d'une paire beaucoup plus massive, comme un proton et un antiproton, nécessite des photons avec une énergie supérieure à 1,88 GeV (photons à rayons gamma durs).

Les premiers calculs du taux de production de paires e + –e− dans la collision photon-photon ont été effectués par Lev Landau en 1934. 1 Il était prévu que le processus de création de paires e + –e− (via des collisions de photons) domine dans la collision des ultra- particules chargées relativistes - parce que ces photons sont rayonnés dans des cônes étroits le long de la direction du mouvement de la particule d'origine, ce qui augmente considérablement le flux de photons.

Dans les collisionneurs de particules à haute énergie, les événements de création de matière ont produit une grande variété de particules lourdes exotiques précipitant hors des jets de photons en collision (voir la physique des deux photons). Actuellement, la physique à deux photons étudie la création de diverses paires de fermions à la fois théoriquement et expérimentalement (en utilisant des accélérateurs de particules, des douches à air, des isotopes radioactifs, etc.).

Ainsi, en petites quantités, les paires électron-positon et les paires proton anti-proton doivent être créées respectivement par un rayonnement gamma doux et dur (ou d'autres particules de Fermion). Là encore, le problème est que cet événement ne se produira que très rarement et ne produira pas de matière nouvelle de manière significative. L'article poursuit en disant que c'était la méthode par laquelle la matière a été créée pendant le Big Bang. Mais un seul sur$10^{10}$ Les fermions auraient survécu pour former la matière actuelle dans l'univers.

Dans l'ensemble, ces processus ne seront probablement pas suffisants pour former de nouvelles étoiles.