Woher hat die Sonne Wasserstoff, mit dem sie arbeiten kann, wenn sie in der 3. Generation von Sternen ist?

Das meiste Gas der Galaxie wird nicht in Sterne eingebaut und bleibt als Gas und Staub zurück. Dies ist nicht wirklich mein Fachgebiet, aber Artikel wie Evans et al. 2008 und Matthews et al. 2018 scheinen darauf hinzudeuten, dass in den riesigen Molekülwolken, wo sich die meisten Sterne in der Milchstraße bilden, die Sternentstehungseffizienz etwa 3-6% beträgt. Die überwiegende Mehrheit des Gases (94-97%) wird also nicht zu Sternen verarbeitet. In sehr dichten Umgebungen wie Kugelsternhaufen, die viel früher in der Geschichte der Milchstraße entstanden sind, erreicht die Sternentstehungseffizienz ca. 30%. Die kanonisch zitierte Rate für "normale" Spiralgalaxien wie die Milchstraße beträgt etwa 1 Sonnenmasse neuer Sterne, die pro Jahr entstehen, was sehr niedrig ist, summiert über die gesamte Galaxie.

Sterne geben auch während der späteren Roten-Riesen-Phasen, wenn der Sternwind stärker ist und sich die Atmosphäre stark ausdehnt, eine beträchtliche Menge ihrer äußeren, wasserstoffreichen Außenschichten ab (der Radius der Sonne während der Roten-Riesen-Phase wird ungefähr dem der Erde entsprechen Umlaufbahn ist jetzt). Auch im Endzustand, wenn der Weiße Zwerg entsteht, bilden nur der Kern und die inneren Schichten den Weißen Zwerg. Die typische Masse des Weißen Zwergs beträgt etwa das 0,6-fache der Sonnenmasse ( S. Kepler et al. 2006) und so wird nach dem Tod des Sterns eine beträchtliche Menge an unfusionierter wasserstoffreicher äußerer Atmosphäre übrig bleiben. Bei Sternen mit höherer Masse geht sogar mehr Masse in die (mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßene) Hülle als in den verbleibenden Neutronenstern. Diese massereichen Sterne sind jedoch viel seltener; Die meisten Sterne der Milchstraße sind schwache, kühle M-Zwerge.

Ich denke, Sie haben Ihre eigene Frage beantwortet.

Wenn die 1. und 2. Sternengeneration Wasserstoff zu Helium und schwereren Elementen verbrannt hat, sollten dann etwa 90% des gesamten Wasserstoffs des Universums bereits in Helium und etwas anderes umgewandelt worden sein? Wenn ja, dann sollte es nicht genug Wasserstoff geben, um die Sonne zu machen.

Die Sonne hat eindeutig genug Wasserstoff, um sich zu bilden, und das Universum besteht nicht zu 90 % aus Helium und schwereren Elementen (es besteht tatsächlich aus ~ 74 % Wasserstoff, ~ 24 % Helium und einem Bruchteil schwerer Elemente ). Das bedeutet, dass die erste und zweite Sternengeneration den größten Teil des Wasserstoffs nicht verbrannt haben und Ihre Grundannahmen falsch sind.

Ihre wichtigste falsche Annahme ergibt sich aus der Aussage

[A] Stern stirbt, wenn kein Wasserstoff mehr vorhanden ist.

Richtiger wäre die Aussage „Ein Stern stirbt, wenn in seinem Kern kein Wasserstoff mehr vorhanden ist“ ¹ . Sobald dem Kern der Wasserstoff zum Schmelzen ausgeht, kann er im Allgemeinen den Gravitationsdruck nicht mehr aushalten, der versucht, ihn zu verdichten, und es beginnt die Phase des Todes. Die äußere Hülle um den Kern, die 50-70 % der Masse eines Sterns ausmachen kann, wird jedoch niemals geschmolzen, wodurch Wasserstoff zurückbleibt.

¹ Technisch ist es komplizierter als das, und die Vorstellung, wann ein Stern "stirbt", ist nicht gut abgegrenzt. Aber das ist eine andere Frage für einen anderen Tag.

Die Frage ist, ob die 1. und 2. Sternengeneration Wasserstoff zu Helium und schwereren Elementen verbrannt hat, sollte es dann etwa 90 % des gesamten Wasserstoffs des Universums sein, der bereits in Helium und etwas anderes umgewandelt wurde?

Nur ein winziger Teil des ursprünglichen Wasserstoffs wurde in Helium oder etwas anderes umgewandelt. Die Erklärung ist vierfach.

1. Der größte Teil des ursprünglichen Wasserstoffs des Universums liegt zwischen Galaxien. Ein Teil dieses intergalaktischen Gases könnte von einer Galaxie eingefangen werden, aber ein Großteil davon wird es wahrscheinlich nie tun.
2. Der größte Teil des Wasserstoffs innerhalb einer Galaxie liegt in Form des warmen bis heißen interstellaren Mediums vor. Ein Teil dieses interstellaren Gases könnte zu einer interstellaren Gaswolke kondensieren, aber wie es beim intergalaktischen Medium der Fall ist, wird ein Großteil dieses interstellaren Mediums wahrscheinlich nie in einen Stern eingebaut werden.
3. Während ein Teil des Gases in einer interstellaren Gaswolke kollabiert, um Sterne und Planeten zu bilden, ist dieser Prozess unglaublich ineffizient. Weit über 90 % des Gases in einer Gaswolke werden während des Sternentstehungsprozesses in das interstellare Medium ausgestoßen.
4. Während ein Teil des Wasserstoffs in einem Stern tatsächlich in Helium oder massivere Elemente umgewandelt wird, ist diese Verbrennung unvollständig. Sterne zwischen etwa 1/2 bis 5 Sonnenmassen stoßen während ihres Todeskampfes viel Wasserstoff aus.

Allerdings ist die Sternentstehung in unserer Galaxie im Vergleich zu ihrem Höhepunkt jetzt drastisch reduziert. Der Grund ist nicht, dass Wasserstoff in Helium und massivere Elemente umgewandelt wurde. Der Grund dafür ist stattdessen, dass ein Großteil des Wasserstoffs jetzt in massearmen Sternen eingeschlossen ist. Die Lebensdauer eines Sterns mit halber Sonnenmasse beträgt ein Vielfaches des gegenwärtigen Alters des Universums, und diese Lebensdauer wächst mit abnehmender Sternmasse. Alle massearmen Sterne, die sich jemals gebildet haben, sind immer noch Sterne, und das führt zu einer Menge eingeschlossenem Wasserstoff.