우주에는 왜 75프로나 되는 수소가 많은건가요

Question

우주에는 수소가 매우 흔하다고 하는데요 그렇다면 우주공간에는 왜 수소가 75프로나 될정도로 흔한것인지 그 이유와 배경이 알고 싶습니다

Answer 1

안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.

우주의 초기에는 극도로 뜨겁고 밀도가 높았으며, 대부분이 에너지 형태로 존재했습니다. 우주가 팽창하고 온도가 내려가면서, 쿼크와 글루온 같은 기본 입자들이 모여 최초의 중성자와 양성자를 형성하게 되었고 빅뱅 이후 3분이 지나면서 우주의 온도가 핵합성이 가능할정도로 낮아졌죠. 이때 양성자와 중성자가 결합하여 헬륨과 소량의 중수소 와 리튬을 형성하게되었습니다. 대부분의 중성자는 양성자와 겷바하지 않고 우주의 질량의 대부분을 차지하는 양성자는 결합하지 않는 상태로 남아 수소의 원자핵을 형성하게 된것이죠! 빅뱅이후 핵합성을 하는 동안 우주에서 생성된 원소의 대부분은 수소와 헬륨이었으며, 이 중 약 75%가 수소로 이루어졌습니다. 초기 우주에서의 핵반응 조건이 대부분의 물질을 가벼운 수소로 남겨두었기 때문이지요! 헬륨은 약 25% 정도를 차지하며, 그 외의 원소들은 극히 소량만이 존재하게 되는것입니다! 시간이 지남에 따라 수소와 헬륨은 중력에 의해 뭉쳐져 최초의 별과 은하를 형성하였고, 별의 내부에선 수소가 핵융합 과정을 통해 헬륨으로 변환되며, 더 무거운 원소들이 생성하게 됩니다. 이러한 과정이 있더라도 우주 전체에서 수소의 비율을 크게 바꾸지 않았지요! 수소는 핵융합을 통해 더 무거운 원소로 변환될 수 있지만, 우주에 존재하는 대부분의 수소는 아직도 변환되지 않은 상태로 남아 있습니다. 이는 우주의 크기와 수소의 절대적인 양이 너무 방대하기 때문에, 지금까지의 핵융합 과정이 전체 수소의 양을 크게 줄이지 못했기 때문입니다. 따라서 우주의 대부분을 차지하는 성간매질들도 대부분 수소로 구성되어있께 되는것이지요! 우주가 팽창하면서 온도는 계속해서 떨어졌고, 이에 따라 더 복잡한 원소들이 형성되지 않았고, 수소와 헬륨은 단순한 구조 덕분에 우주 초기에 많이 형성될 수 있었으며 이후 우주의 팽창으로 인해 더 무거운 원소들이 형성될 기회는 줄어들었습니다. 날이 굉장히 덥습니다! 몸조리 잘하시고 좋은하루 되시길 바랍니다!