La relacion entre el numero de protones y el de neutrones que en la teoria del Big Bang es 1/1 en los primeros momentos del mismo , podría ser igual ahora si añadimos a la materia barionica (relacion 5/1) la constituyente de los agujeros negros , estrellas de neutrones ,estrellas de quarck y otros objetos de gran densidad. Probablemente abundan en el Universo y están constituidos sobre todo por neutrones. Esto va a favor de la teoria del Universo infinito y eterno. (sin Big Bang)
Uno de los más notables logros de la teoría del Big-Bang parece que es, la explicación de la composición química primordial del Universo. Combinada con la teoría de evolución estelar nos proporciona la composición química actual y lo consigue con una precisión sorprendente.
Todos los metales (es decir, cualquier elemento más pesado que el helio) se han formado en las estrellas a lo largo de la evolucion del Universo, salvo muy pocas excepciones consistentes en elementos minoritarios de 6Li y 7Be.
Antes de la época de la Nucleosíntesis, en la Era de las Partículas muy cerca del Big Bang , en el tiempo había materia bariónica, protones y neutrones (además de electrones, positrones, fotones y neutrinos ). En la época de la Nucleosíntesis, sólo se formaron núcleos de Helio (4He) y cantidades muy pequeñas de núcleos de Deuterio (2H), Tritio (3H), Helio-3 (3He) y los mencionados 6Li y 7Be.
Las energías de enlace de los núcleos son del orden de 1 MeV por lo que la época de la Nucleosíntesis ha de ser buscada en el tiempo en el que la temperatura del Universo era de aproximadamente 10 10 K.
Aceptemos que antes de la Nucleosíntesis sólo tenemos como materia bariónica, protones y neutrones. Estaban en equilibrio termodinámico, por lo que sus densidades relativas, cumplían la distribución de Maxwell-Boltzmann.
Como las masas del protón y del neutrón son muy parecidas (938.3 MeV y 939.6 MeV respectivamente) cuando la temperatura era muy alta el número de protones y de neutrones era prácticamente el mismo. Tenían un equilibrio termodinámico común, garantizado por las reacciones de conversión protón-neutrón.
Estas reacciones son endotérmicas de izquierda a derecha, necesitando 0.8 MeV .
De derecha a izquierda las reacciones son exotérmicas y se producen espontáneamente, de tal forma que al bajar la temperatura, se producen más reacciones de producción de protones a partir de neutrones.
Vemos esto también cuando la temperatura va bajando debido a la expansión, cuando sucede la Nucleosíntesis. La proporción neutrón/protón irá decayendo y la velocidad de reacción va disminuyendo hasta que la relación de densidades de neutrones y protones es de 1:5.
Esta proporción podría disminuir debido al proceso de desintegración-beta del neutrón de 887 segundos de duración en el vacio, que es mucho ,para el espacio de tiempo considerado (del orden del segundo). Después de esto la proporción Neutron/Proton es 1/7.
Según avanzara el tiempo, esta proporción iría disminuyendo indefinidamente pero, afortunadamente para la vida, los neutrones se “integraron” en núcleos, sobre todo de helio, donde ya esta partícula es completamente estable.
Se pueden producir una serie de reacciones nucleares: Protón y neutrón pueden formar directamente deuterio
n + p→d + 2.22 MeV
La unión de dos núcleos de deuterio podrían dar directamente un núcleo de 4He pero se produce más bien según una serie de reacciones intermedias en las que se forma tritio y 3He: Parece que, en principio, podría formarse núcleos más pesados por sucesivas agregaciones de protones ,neutrones, deuterones, etc. pero se produce el llamado cuello de botella del helio. Hay que “romper el helio”pero el helio es muy estable, pues:2mp + 2mn − m(4He) = 28.3 MeV- Es decir, tiene una altísima energía de enlace.
Si todos los neutrones están en los núcleos de helio (despreciando los elementos minoritarios) habrá entonces un núcleo de helio por cada 12 de hidrógeno. En masa, los núcleos de helio representan entonces el 25% y el hidrógeno el 75% restante. Vemos que siendo en el helio la relación protón /neutrón igual a 1, queda que el hidrogeno en el que no hay neutrones (protio) tiene la proporcion en el Universo actual de Protones/neutrones de 4 a 1 o 5 a 1. (2 y 3)
Pero según la hipótesis del Universo Big sin Bang (1) no pudo haber nucleosintesis primordial. Es decir ,que la distribución de protones y neutrones en la materia actual ha sido siempre así y su equilibrio se alcanza por el reciclaje de la materia en las galaxias.
Suponemos que cada galaxia es independiente de las otras y funciona de manera que se alcance el equilibrio termodinámico de Maxwell-Boltzmann. Es decir , que en teoria, la relación entre protones y neutrones, las dos particulas hermanas debian de ser de 1/1 en la totalidad de la galaxia. Si esto es así, las cifras de neutrones secuestrados en estrellas de neutrones y agujeros negros debían ser 4 veces superiores en su conteo global a los detectados en los «metales» de la materia ordinaria . Es decir que hay que pensar que la masa de toda la materia ordinaria tendría que ser casi el doble de lo estimado.
No alcanza a explicar totalmente muchos fenómenos ,como la materia oscura , pero podría sugerir que las masas de las galaxias son superiores a los medidos por determinación simple de su efecto gravitatorio. El efecto Big sin Bang predice que la gravedad a grandes distancias (superiores al millón de años luz) disminuye ostensiblemente.
Ademas la composición química del cosmos a gran escala es universal, demostrado por el satélite Suzaku que revela que las sustancias que conforman el Universo son hoy , en promedio, las mismas que las del sistema solar. Suzaku fue un satélite de astronomía de rayos X desarrollado conjuntamente por el Instituto de Ciencia Espacial y Aeronáutica en JAXA y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA para explorar fuentes de rayos X de alta energía, (lanzado en 2005)
