Abundancia Hidrógeno-Helio

La Abundancia Hidrógeno-Helio

El hidrógeno y el helio representan casi toda la materia nuclear en el universo actual. Esto es consistente con el modelo estándar o "big bang". El proceso de formación del hidrógeno, del helio y del vestigio de otros constituyentes, se llama a menudo "nucleosíntesis del big bang". Las cifras de abundancias relativas de Schramm, indican que de helio hay aproximadamente un 25% en masa y aproximadamente un 73% de hidrógeno. Todos los demás elementos constituyen menos del 2%. Carroll & Ostlie dan del 23 al 24% de helio. Hay una ventana de incertidumbre, pero está claro que el hidrógeno y el helio constituyen mas del 98% de la materia ordinaria en el universo. Este alto porcentaje de helio sostiene firmemente el modelo del Big Bang, ya que otros modelos dan porcentajes muy pequeños de helio. Dado que no existe un proceso conocido que cambie significativamente esta relación H/He, se toma como la proporción que existía en el momento en que el deuterón se hizo estable en la expansión del universo. Esta relación es importante como una prueba de los modelos cosmológicos. Relación que se verá afectada durante el periodo de tiempo que va desde el momento en que la temperatura cayó por debajo de la necesaria, para producir neutrones a partir de protones, hasta el momento en que el deuterón se hacía estable, deteniendo el decaimiento de los neutrones libres.

Básicamente, la abundancia de hidrógeno-helio nos ayuda a modelar la velocidad de expansión del universo primitivo. Si hubiera sido más rápido, habría más neutrones y más helio. Si hubiera sido más lento, más neutrones libres habrían decaído antes del punto de estabilidad del deuterio y habría menos helio.

El modelado de la producción de helio y la relación de hidrógeno-helio también hace predicciones sobre otras especies nucleares, particularmente el 7Li, el 2H(deuterio) y el 3He. Estas abundancias observadas simultáneamente se ajustan al modelo del Big Bang dentro de un estrecho rango. Las áreas sombreadas representan mediciones de regiones que tienen una abundancia muy pequeña de elementos pesados, de modo que parecen ser buenas muestras de abundancias primordiales. Además de ser una prueba sensible del modelo del big bang, la abundancia de helio también se correlaciona mejor con tres tipos de neutrinos, en lugar de dos o cuatro. La presencia de otra especie de neutrino, y por lo tanto otra ronda de leptones daría una mayor abundancia de helio en aproximadamente uno por ciento. La relación del número de bariones por fotón fue una de las contribuciones del descubrimiento de la radiación de fondo 3K. Estas mediciones permiten el cálculo de la densidad de energía de los fotones en el universo. El rango de las estimaciones de la densidad de bariones dio una relación de barión/fotón de alrededor de 10-9. Datos de Boesgaard, A. M. and Steigman, G., "Big Bang nucleasynthesis: Theories and Observations", Ann. Rev. Astron. and Astrophys. 23, 319 (1985).

Cálculos de Hidrógeno-Helio

Se pueden calcular las temperaturas críticas que determinan la abundancia de hidrógeno-helio, con la suposición de que están impulsados por la energía interna de la expansión del universo.