宇宙中的氢元素会耗尽吗?恒星会不会越来越少?

根据目前的科学理论,随着时间的推移,宇宙中的氢元素肯定会越来越少,我们宇宙大约在100亿年前经历了恒星形成的高峰期,现阶段恒星(主序星)数量会越来越少,这样下去肯定会有恒星完全消失的一天。

恒星形成与演化理论能解释各种恒星的演化历程,根据大爆炸理论,我们宇宙诞生于138亿年前,宇宙诞生时形成了大量的氢元素和氦元素,大约在大爆炸后的1000万年,首批恒星开始形成,第一批恒星主要以大质量恒星为主,属于贫金属恒星。

由于大质量恒星的寿命非常短,只有1000万~1亿年的时间,在经历红巨星阶段后会以超新星的方式结束生命,同时产生许多金属元素,然后形成星云,星云又在重力作用下塌缩,形成许多中小质量恒星,这些恒星的寿命从1亿~1000亿年不等,比如我们太阳的主序星寿命就高达110亿年。

恒星的演化虽然具有一定的周期性,但是整个演化过程是不可逆的,比如大质量恒星经过超新星爆炸后,更多的是形成中小质量恒星,而且恒星的金属丰度会增加,总的氢元素丰度会降低。

现代天文观测表明,现阶段宇宙元素丰度为:氢元素73.9%,氦元素24%,氧1%,氮0.46%……,与宇宙大爆炸模型的估计差不多,随着时间的推移,氢元素丰度和氦元素丰度会逐渐降低。

当氢元素丰度降低到一定程度后,塌缩的星云就有可能无法点燃核聚变反应,无法形成主序星,而是直接坍缩成黑洞或者其他天体,我们宇宙要达到这样的情况,还得经历非常长的时间,这远比我们宇宙现在的年龄还长。

这样的观点也是有很多证据的,比如恒星质量分布表明,现阶段的大质量恒星已经很少了,恒星质量分布呈现一种金字塔形状,小质量恒星非常之多,我们太阳则属于中等质量恒星。

根据宇宙大爆炸理论,第一批恒星缺乏金属元素,虽然绝大部分是大质量恒星已经演化结束,但是也不排除有极少部分的小质量恒星形成,如果质量小于了0.9倍太阳质量,就有可能到现在还处于主序星阶段。

比如在2018年,美国天文学家在银河系中就发现一颗贫金属恒星,代号2MASS J18082002—5104378 B,这颗恒星诞生于135亿年前,根据光谱分析,这颗恒星的金属含量非常低,极有可能属于第二代恒星,但是目前还没有发现并确认的第一代恒星,理论上第一代恒星基本不含金属元素(金属丰度[Fe/H]≤-6)。

美国天文学家还有一份研究表明,我们宇宙大约在100亿年前,恒星产生的数量达到高峰期,而现阶段恒星产生的速率只有当时的3%;那么在遥远的未来,当宇宙中的氢元素消耗到一定水平之下后,就不会再有恒星生成,而已生成的恒星也将逐渐死去,宇宙最终陷入无边的黑暗。