¿Cuándo dejará de ser el hidrógeno el núcleo más abundante?

En una pregunta reciente , aprendimos por qué el hidrógeno es actualmente el nucleón o elemento más abundante en el universo.

Aquí hago un seguimiento: ¿Durante cuánto tiempo el hidrógeno será el núcleo más abundante? Es más abundante ahora, pero está siendo consumido lentamente por la fusión nuclear en el interior de las estrellas en todo el universo. La mayor parte del hidrógeno existente en la actualidad ni siquiera se ha convertido en una estrella todavía. ¿Alguna vez? Si es así, ¿cuánto tiempo tomará?

Esencialmente, ¿cuántos gigaaños (o exaaños o lo que sea) hasta que el hidrógeno ya no sea el núcleo más abundante ?

Esta es una pregunta interesante, pero será difícil de responder. No creo que haya certeza en siquiera saber cuánto de toda la materia bariónica está actualmente en forma de estrella (frente a las nubes de hidrógeno, material sobrante en el IGM). Incluso si se conociera esa proporción, diferentes estrellas queman hidrógeno de manera diferente y a velocidades (muy) diferentes. Agregue a eso la ambigüedad que los objetos compactos le dan a esta pregunta (por ejemplo, ¿cómo cuenta los neutrones en las estrellas de neutrones en su proporción? ¿Cómo se incluyen los agujeros negros en esta pregunta?) Y creo que tiene una pregunta muy difícil de responder.
Relacionado (aunque las respuestas no son terriblemente concluyentes, TBH): ¿Cuánto tiempo durarán las reservas de hidrógeno del Universo? Sin embargo, vale la pena considerar el punto que se hizo allí sobre el hidrógeno intergaláctico; la respuesta puede ser "nunca".
Hice una pregunta hace algún tiempo sobre cuán rico en metales podría ser un gas para formar una estrella , pero hasta ahora no ha obtenido la respuesta que creo que se merece.

Respuestas (1)

Solo podemos dar una respuesta sobre la base de lo que sabemos actualmente sobre los parámetros cosmológicos. Si, de hecho, se han estimado correctamente y la constante cosmológica es constante, entonces el universo continuará expandiéndose a un ritmo acelerado.

Dado que aproximadamente la mitad de los bariones en el universo existen actualmente fuera de las galaxias en el " medio intergaláctico cálido/caliente ", entonces me parece bastante probable que estos nunca formen parte de las estrellas y que el universo cada vez más enrarecido deje de formarse (muchos ) estrellas en el futuro.

En ese escenario, los protones aislados siempre serían los núcleos más comunes.

Una complicación es que la respuesta puede ser diferente para esa parte del universo que podemos ver .

Los sistemas vinculados gravitacionalmente como la Vía Láctea, el grupo local y el cúmulo probablemente no participarán en la expansión acelerada. Por lo tanto, los bariones dentro de esta región podrían continuar siendo procesados ​​en estrellas, incluso si no constituyen la mayoría de los bariones en el universo. ¿Cómo estimar la escala de tiempo para este procesamiento? Un límite inferior es probablemente la escala de tiempo de caída libre del supercúmulo local , que tiene una masa de aproximadamente 10 15 METRO ⊙ en un diámetro de 33 Mpc. La escala de tiempo de caída libre es ∼ ( GRAMO ρ ) − 1 / 2 ≃ 100 mil millones de años. Sin embargo, este tiempo debe aumentarse para permitir que la mayoría de las estrellas formadas sean enanas rojas de baja masa con escalas de tiempo para convertir el hidrógeno en helio de un mayor 10 12 años. Entonces, dentro de nuestro grupo local de galaxias, estimaría 10 11 años para incorporar todo el gas de nuestro cúmulo local en estrellas y otro 10 12 años para que fusionen la mayor parte del hidrógeno.

Por supuesto, la formación de estrellas (y la muerte) en sí misma puede afectar las escalas de tiempo (en una galaxia, no en IGM). Sin embargo, no tengo idea de cómo estimar los efectos: se cree que algunas estrellas jóvenes o enormes y cualquier nova pueden interrumpir y alentar la formación de otras estrellas. Sin embargo, parece plausible que, al menos para las galaxias, haya un límite. Para el universo actualmente observable en general, diría "probablemente nunca", especialmente si la tasa de expansión se mantiene constante o aumenta.
@Luaan El reciclaje de material continuará mientras nazcan estrellas más masivas que aproximadamente la mitad de la masa solar. Si la distribución de las masas de los nacimientos estelares se mantendrá constante en el tiempo a medida que el ISM se vuelva extremadamente rico en He y en metales es una de las grandes incertidumbres en cualquier cálculo detallado.
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