氫元素一直在消耗，宇宙中的恆星會不會一直在減少？甚至無氫可用

想一下沒有恆星的宇宙會是怎樣的荒涼與黑暗，有了恆星，我們才能談論宇宙，才能研究和觀察我們看到的一切。形成恆星需要氫元素，恆星的聚變也需要氫元素，氫元素確實會越來越少，但會不會耗盡？宇宙現在已經形成了大部分恆星嗎？未來形成的恆星總數會不會比現在存在的恆星少得多？

在我們宇宙存在的138億年左右的時間裏，僅銀河系就形成了數千億顆恆星。

而我們銀河系只是可觀測宇宙中至少數千億個星系中很普通的一個，如果把它們都加起來，在宇宙歷史上形成的恆星數量是一個巨大的天文數字。

但是我們發現了一件有趣的事情，通過觀察宇宙中更年輕的星系，那時的恆星形成率比現在要高得多！很久以前的一個典型星系中平均會比現在的星系形成更多的恆星。

上圖中的星系為向日葵星系，又稱梅西耶63，是今天獵犬座的一個典型的螺旋星系，和銀河系大小相當。恆星形成區域由於電離氫存在會發出粉紅的的輝光，我們可以通過觀察一個星系中特有的粉紅色輝光來識別這些區域。

上圖的向日葵星系，只有在星系的中心附近存在一些小的粉紅色區域！這是一個成熟螺旋星系的經典例子，它充滿了氣體、塵埃和恆星，在這張快照中都能清晰地看到，目前只有幾個稀疏的區域正在形成恆星。看起來就像一個年邁的老者。

但這個星系並不會一直這樣，將來有可能會發生劇烈的變化。為什麼呢？

因為在未來可能發生的事件會導致氣體和塵埃重新收縮並形成大量的恆星。當一個星系與另外一個星系靠的足夠近，由於引力的相互作用（上圖)，星系的氣體、塵埃會被擾亂並且重新聚集，促使大量的恆星爆發。或者，隨着時間的推移，兩個星系會以最壯觀的方式作用：與一個相當大的星系大規模合併引起的巨大沖擊。在最後這種情況下，整個星系將成為恆星形成區，這就是所謂的恆星爆發星系。也稱為星爆星系。

事實上，就在40億年後的，我們會親身經歷的一次壯觀的宇宙演化，到那時銀河系和仙女座星系會經歷一次重大的合併。我們的夜空看起來將類似於下圖這樣，晚上全天空都是明亮的，因為整個星系合併系統將形成大量的新恆星。

那這個過程會持續多久呢？當罕見的、災難性的事件發生時，合併星系會以巨大的、週期性的爆發形成恆星，除此之外，還會非常緩慢地、間歇性地形成恆星。但有些人會認為在某一時刻，我們將耗盡宇宙中的氫氣（氫佔宇宙原子的92%。因為恆星是通過將輕元素融合成重元素來發光、發熱的，在未來的某個時刻，恆星將會融合所有的輕元素。)

還有人認為，宇宙目前正在一場漫長而嚴重的“危機”：宇宙的GDP產出現在只有頂峯時期的3%！如果觀測到的恆星形成率繼續下降下去，那麼在剩下的宇宙歷史中形成的恆星不會超過目前的5%。

我們先看一下壯麗的銀河系。宇宙中一個平凡、不起眼的一個小星系。先好好欣賞下銀河系的全景圖。

再上圖中，我們首先會注意到大部分的恆星，還有（粉紅色）小而稀疏的恆星形成區域，當然，也會看到大量黑暗的塵埃帶！

如果我們把銀河系中所有的正常物質（所有的質子、中子和電子）加起來，大部分仍然是中性的氫氣！我們在很長一段時間內並沒有耗盡輕元素的危險。甚至也不用去擔心。

然而，在遙遠的過去，我們的星系經歷了強烈的恆星形成時期。目前在銀河系中心區域以及星系圓盤周圍，乃至在整個宇宙中恆星形成仍然在持續。

當大量恆星形成時，組成這些恆星形成區域的氣體中，只有大約10%會被鎖定在恆星中，剩下的90%會蒸發並被吹回到星際介質中，在未來的某一天，這些氣體會再次形成恆星。

此外，大多數形成的恆星（就質量而言）最終會在超新星或行星狀星雲中消亡，將一大部分（也許是一顆恆星的一半）未燃燒的燃料又再次返回到星際介質中！

一個星系是受引力束縛的系統，所以中性氣體並不會消散。而這些中性氣體的大部分最終都會在引力的作用下形成恆星。最後只剩下很少的一部分，無法在形成任何恆星，宇宙的恆星形成將會停止，但不會耗盡所有的氫元素。

這個過程大約需要數萬億年的時間，宇宙才會停止形成恆星。只要氣體大量存在於我們的星系中，測量的恆星形成率下降就不會持續到遙遠的未來。

當然，相比於早期的宇宙恆星形成率確實是下降了，但是它不會很快下降到零，如果我們把宇宙未來形成的恆星總數加起來，它實際上要比現在已經存在的恆星數量還要大得多。 儘管銀河系內恆星密度已經達到了峯值，但我們可以非常有力地説，絕大多數稱之為我們銀河系家園的恆星還沒有誕生。

以人類的壽命來説，我們並不會看到那些尚未誕生的恆星，因為萬億年的時間太過漫長，我們無法企及，但是根據我們所知道的物理學和天文學，在未來的歲月裏將會有大量新的恆星出現，甚至超過到今天為止已經存在的恆星的數量。