La composizione degli elementi dell'universo viene calcolata analizzando la luce emessa e assorbita da stelle, nuvole interstellari, quasar e altri oggetti. Il telescopio Hubble ha notevolmente ampliato la nostra comprensione della composizione di galassie e gas nello spazio intergalattico tra di loro. Si ritiene che circa il 75% dell'universo sia costituito da energia oscura e materia oscura, che sono diverse dagli atomi e dalle molecole che compongono il mondo quotidiano che ci circonda. Pertanto, la composizione della maggior parte dell'universo è lungi dall'essere compresa. Tuttavia, le misurazioni spettrali di stelle, nuvole di polvere e galassie ci dicono la composizione elementare della porzione che consiste di materia normale.
Questa è una tabella di elementi nella Via Lattea, che è simile nella composizione ad altre galassie nell'universo. Tieni presente che gli elementi rappresentano la materia come la comprendiamo. Molto più della galassia è costituita da qualcos'altro!
Elemento | Numero elemento | Frazione di massa (ppm) |
---|---|---|
idrogeno | 1 | 739.000 |
elio | 2 | 240.000 |
ossigeno | 8 | 10.400 |
carbonio | 6 | 4.600 |
neon | 10 | 1.340 |
ferro | 26 | 1.090 |
azoto | 7 | 960 |
silicio | 14 | 650 |
magnesio | 12 | 580 |
zolfo | 16 | 440 |
In questo momento, l'elemento più abbondante nell'universo è l'idrogeno. Nelle stelle, l'idrogeno si fonde in elio. Alla fine, stelle massicce (circa 8 volte più massicce del nostro Sole) attraversano la loro riserva di idrogeno. Quindi, il nucleo di elio si contrae, fornendo abbastanza pressione per fondere due nuclei di elio in carbonio. Il carbonio si fonde in ossigeno, che si fonde in silicio e zolfo. Il silicio si fonde in ferro. La stella si esaurisce e va in supernova, rilasciando questi elementi nello spazio.
Quindi, se l'elio si fonde nel carbonio, potresti chiederti perché l'ossigeno è il terzo elemento più abbondante e non il carbonio. La risposta è perché le stelle nell'universo oggi non sono stelle di prima generazione! Quando si formano nuove stelle, contengono già più dell'idrogeno. Questa volta, le stelle fondono l'idrogeno secondo il cosiddetto ciclo C-N-O (dove C è carbonio, N è azoto e O è ossigeno). Un carbonio ed elio possono fondersi insieme per formare ossigeno. Ciò accade non solo nelle stelle massicce, ma anche in quelle come il Sole una volta che entra nella sua fase gigante rossa. Il carbonio esce davvero dietro quando si verifica una supernova di tipo II, perché queste stelle subiscono la fusione del carbonio in ossigeno con un completamento quasi perfetto!
Non saremo in giro per vederlo, ma quando l'universo è migliaia o milioni di volte più vecchio di quello che è ora, l'elio può superare l'idrogeno come elemento più abbondante (o no, se abbastanza idrogeno rimane nello spazio a lontano dagli altri atomi fondere). Dopo un tempo molto più lungo, è possibile che ossigeno e carbonio possano diventare il primo e il secondo elemento più abbondante!
Quindi, se la normale materia elementale non tiene conto della maggior parte dell'universo, che aspetto ha la sua composizione? Gli scienziati discutono di questo argomento e rivedono le percentuali quando saranno disponibili nuovi dati. Per ora, si ritiene che la composizione di materia ed energia sia: