
恒星最初的燃料是氫元素。它是怎么出現的?不僅僅是宇宙的創造
當宇宙中的恒星形成時,其內部核聚變消耗的原料基本上是氫,也就是說,恒星從氫開始核聚變,然后發光,然后恒星通過核聚變合成氦,然后合成鋰,所以只有氫不能由恒星形成,那么提供原始聚變原料的氫來自哪里呢?
氫是宇宙中所占比例最大、最原始、最簡單、最早的元素。科學家認為,氫在宇宙可見物質中占90%以上,我們的太陽已經形成了50億年,但它的核聚變仍然燃燒氫。現在我們人類已經發現了100多種元素,但它們的形成基本上是氫元素,它們是在氫元素的基礎上,通過各種元素的層層聚變。
事實上,宇宙中幾乎所有的氫元素都來自宇宙的開始。目前的天文物理理論認為,宇宙是由奇點大爆炸形成的。大爆炸后的一秒鐘,各種粒子開始形成。十秒鐘后,原子核中的質子和中子也開始形成。然而,直到30萬年后,當宇宙中的溫度和壓力下降到足夠低時,氫原子才開始形成大量的氫原子,在此期間,宇宙中幾乎所有的電子、質子和中子都合成了氫氦鋰。其中氫元素最多,氦元素次之,約占宇宙初始物質元素的98%。因此,宇宙中幾乎所有的氫元素都來自那個時期,這為后期恒星的形成提供了足夠的核聚變燃燒原料。

請注意,為什么說“幾乎所有的氫元素”而不是“所有的氫元素”?這是因為宇宙中還有另一件事可以創造氫元素,那就是中子星碰撞。當兩顆中子星碰撞時,會發生比超新星更猛烈的爆炸,產生超過3000億度的高溫。此時此刻,大量的中子星物質將被拋出。這些基本上都是以中子簡并態存在的中子物質。一旦離開中子星的高溫高壓環境,中子就會脫離中子簡并態,成為自由中子。但此時中子狀態非常不穩定,大約15分鐘后貝塔衰變,即中子釋放電子,所以其余將是質子,同時也會釋放反中微子,反中微子很小,以能量形式釋放,與中微子一起淹沒消失,形成能量爆發。
因此,當貝塔衰變發生時,一個中子可以產生一個電子、一個質子和一個反中微子。反中微子以能量釋放后,剩余的電子和質子將形成氫原子。如果中子參與,氫元素的兩個同位素將形成,因此,中子星碰撞也可以產生部分氫元素,其總量可能達到數百個地球的質量,然而,中子星碰撞形成的氫幾乎可以忽略宇宙大爆炸形成的氫物質。
一些科學家認為,生成中子星的超新星爆發也會產生部分氫元素,其原理與中子星碰撞相似,但必須能夠形成中子星的超新星爆發。內部中子星形成后,由于巨大的內部沖擊和爆炸,一些中子星物質會飛濺,有些會形成氫元素,但這樣形成的氫元素重量較小。