Kozmolojik lityum sorunu - Cosmological lithium problem
Olarak astronomi , lityum sorun ya da lityum tutarsızlık ilkel arasında farklılık belirtir bolluk arasında lityum metal kötü (gözlemlerinden çıkarılmış olarak nüfus II ) halo yıldızlı teorik dolayı olması gereken gökadamızdaki ve miktarda büyük Bang'in + WMAP SPK'nın kozmik baryon yoğunluğu tahminleri . Yani, Big Bang'in en yaygın kabul gören modelleri, ilkel lityumun, özellikle de lityum-7'nin üç katı daha fazla olması gerektiğini öne sürüyor . Bu, gözlemlenen izotop bolluğu ile çelişir.tahminlerle tutarlı hidrojen ( 1 H ve 2 H ) ve helyum ( 3 He ve 4 He ). Bu ilkel bollukları, standart BBN tahminlerinden kozmik baryon içeriğinin bir fonksiyonu olarak tasvir eden, astrofizikçi David Schramm'ın onuruna verilen sözde "Schramm planı"nda bu tutarsızlık vurgulanmıştır .
lityumun kökeni
Büyük Patlama'dan dakikalar sonra, evren neredeyse tamamen hidrojen ve helyumdan, eser miktarda lityum ve berilyumdan ve tüm ağır elementlerin ihmal edilebilecek kadar az bolluğundan oluşuyordu.
Big Bang'de Lityum sentezi
Big Bang nükleosentezi hem lityum-7'yi hem de berilyum-7'yi üretti ve gerçekten de ikincisi, kütle 7 nüklidlerinin ilkel sentezine hükmediyor. Öte yandan, Big Bang, lityum-6'yı 1000 kat daha küçük seviyelerde üretti.
7
4olmak
daha sonra elektron yakalama yoluyla bozunur ( yarı ömür 53.22 gün)7
3Li
, böylece gözlemlenebilir ilkel lityum bolluğu esasen ilkel 7
3Li
ve radyojenik lityumun bozunmasından7
4olmak
.
Bu izotoplar reaksiyonlarla üretilir.
ve tarafından yok edildi
Big Bang'de üretilen lityum miktarı hesaplanabilir. Hidrojen-1 , Evrendeki atomların kabaca %92'sini oluşturan, helyum-4 saniyesi %8 olan en bol nükliddir . 2 H, 3 H, 3 He, 6 Li, 7 Li ve 7 Be dahil olmak üzere diğer izotoplar çok daha nadirdir; ilkel lityumun tahmini bolluğu hidrojene göre 10 -10'dur . 1 H ve 4 He'nin hesaplanan bolluğu ve oranı , genç yıldızların gözlemlerinden elde edilen verilerle uyumludur.
PP II şubesi
Yıldızlarda, lityum-7 bir proton-proton zincir reaksiyonunda yapılır .
3
2o
+ 4
2o
→ 7
4olmak
+
y
7
4olmak
+
e-
→ 7
3Li-
+
ν
e+ 0.861 MeV / 0,383 MeV 7
3Li
+ 1
1H
→ 2 4
2o
PP II dalı, 14 ila 14°C arasındaki sıcaklıklarda baskındır. 23 MK .
Gözlenen lityum bolluğu
Düşük teorik lityum bolluğuna rağmen, gerçek gözlemlenebilir miktar, hesaplanan miktardan 3-4 kat daha azdır. Bu , tahminlerle tutarlı olan hidrojen ( 1 H ve 2 H ) ve helyum ( 3 He ve 4 He ) izotoplarının gözlemlenen bolluğu ile çelişir .
Daha yaşlı yıldızlar olması gerekenden daha az lityuma sahip gibi görünüyor ve bazı genç yıldızlar çok daha fazlasına sahip. Yaşlı yıldızlarda lityum eksikliği, görünüşe göre, lityumun yıldızların iç kısımlarına "karıştırılmasından" kaynaklanır, burada yok edilirken, daha genç yıldızlarda lityum üretilir. O olsa transmutes iki atom içine helyum nedeniyle çarpışma için proton 2,4 milyon derecenin üzerinde sıcaklıklarda (çoğu yıldız kolayca içlerinin bu sıcaklığa ulaşmadan) geçerli hesaplamalar daha sonra kuşak yıldızlı içinde tahmin ediyorum daha lityum daha boldur.
Lityum ayrıca kahverengi cüce yıldız altı nesnelerinde ve bazı anormal turuncu yıldızlarda bulunur. Lityum daha soğuk, daha az kütleli kahverengi cücelerde bulunduğundan, ancak daha sıcak kırmızı cüce yıldızlarda yok edildiğinden , her ikisi de Güneş'ten daha küçük olduğundan, yıldızların spektrumlarındaki varlığı, ikisini ayırt etmek için "lityum testinde" kullanılabilir.
Gezegenleri olan Güneş benzeri yıldızlarda daha az lityum
500 yıldızdan oluşan bir örnekte, gezegenleri olmayan güneş benzeri yıldızlar, gezegenleri olan Güneş benzeri yıldızlardan 10 kat daha fazla lityuma sahiptir. Güneş'in yüzey katmanları , yüzey konvektif bölgesinin lityumu yakacak kadar sıcak olmamasına rağmen, orijinal oluşum protosolar gaz bulutlarının lityumunun %1'inden daha azına sahiptir . Gezegenlerin yerçekimi kuvvetinin, yıldızın yüzeyindeki çalkantıyı artırabileceğinden ve lityumun, lityum yanmasının meydana geldiği daha sıcak çekirdeklere yol açabileceğinden şüpheleniliyor . Lityumun yokluğu da yeni gezegen sistemleri bulmanın bir yolu olabilir. Bununla birlikte, bu iddia edilen ilişki, gezegen astrofizik topluluğunda bir çekişme noktası haline geldi ve sıklıkla reddedildi, ancak aynı zamanda desteklendi.
Metalden fakir yıldızlarda beklenenden daha yüksek lityum
Bazı turuncu yıldızlar ayrıca yüksek konsantrasyonda lityum içerebilir. Normalden daha yüksek bir lityum konsantrasyonuna sahip olan bu turuncu yıldızların, kütleçekiminin daha ağır lityumu bir hidrojen-helyum yıldızının yüzeyine çekerek daha fazla lityum gözlemlenmesine neden olan devasa nesnelerin (nötron yıldızları veya kara delikler) yörüngesinde döndüğü bulundu.
Önerilen çözümler
Olası çözümler üç geniş sınıfa ayrılır.
Astrofizik çözümler
BBN tahminlerinin sağlam olma olasılığı göz önüne alındığında, ilkel lityum bolluğunun ölçülen değeri hatalı olmalıdır ve astrofiziksel çözümler ona revizyon sunar. Örneğin, iyonizasyon düzeltmesi ve hatalı yıldız sıcaklıklarının belirlenmesi gibi sistematik hatalar, yıldızlardaki Li/H oranlarını etkileyebilir. Ayrıca, mevcut lityum seviyeleri yıldızdaki ilk bolluğu yansıtmayabileceğinden, lityum tükenmesi üzerine daha fazla gözlem önemini korumaktadır. Özetle, ilkel lityum bolluğunun doğru ölçümleri, ilerlemenin şu anki odak noktasıdır ve nihai cevabın astrofiziksel çözümlerde yatmaması mümkün olabilir.
Nükleer fizik çözümleri
Ölçülen ilkel Lityum bolluğunun doğru olduğu ve parçacık fiziğinin Standart Modeline ve standart kozmolojiye dayalı olduğu düşünüldüğünde, lityum sorunu BBN ışık elementi tahminlerinde hatalar anlamına gelir. Standart BBN iyi belirlenmiş fiziğe dayansa da, zayıf ve güçlü etkileşimler BBN için karmaşıktır ve bu nedenle standart BBN hesaplamasında zayıf nokta olabilir.
İlk olarak, yanlış veya eksik reaksiyonlar lityum sorununa yol açabilir. Yanlış reaksiyonlar için, ana düşünceler , son çalışmalara göre kesit hataları ve standart termonükleer oranlara yönelik revizyonda yatmaktadır .
İkincisi, Fred Hoyle'un üçlü alfa sürecinde önemli bir faktör olan karbon-12'de bir rezonans keşfinden başlayarak , bazıları deneysel tespitten kaçmış olabilecek veya etkileri hafife alınmış rezonans reaksiyonları, olası çözümler haline gelir. Lityum sorunu.
Standart Modelin Ötesinde Çözümler
Tüm doğru hesaplama varsayımları altında, mevcut Standart Model veya standart kozmolojinin ötesinde çözümlere ihtiyaç duyulabilir.
Karanlık madde bozunumu ve süpersimetrisi , bir olasılık sağlar; burada çürüyen karanlık madde senaryoları, BBN sırasında ve sonrasında ışık elementlerini değiştirebilen ve süpersimetrik kozmolojilerde iyi motive edilmiş kökeni bulabilen zengin bir dizi yeni süreç sunar. Tam olarak çalışır durumdaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ile, keşfedildiği takdirde parçacık fiziğinde ve kozmolojide devrim yaratacak minimal süpersimetrinin çoğu elinizin altında.
Temel sabitleri değiştirmek olası bir çözüm olabilir ve ilk olarak, yüksek kırmızıya kayma bölgelerinde bulunan metallerdeki atomik geçişlerin bizimkinden farklı davranabileceği anlamına gelir . Ek olarak, Standart Model birleştirmeleri ve parçacık kütleleri değişebilir; üçüncüsü, nükleer fizik parametrelerinde varyasyon gereklidir.
Standart olmayan kozmolojiler, farklı bölgelerde baryon/foton oranındaki değişimi gösterir. Bir öneri, kozmolojik ilkede tanımlanan homojenlikten farklı olarak, kozmik yoğunluktaki büyük ölçekli homojensizliklerin bir sonucudur . Bununla birlikte, bu olasılığı test etmek için büyük miktarda gözlem gerektirir.
popüler kültürde
Amerikalı müzisyen LiTHiUM THiEF'in, genç bir evrenden lityum-7 çalan bir kripti hayal ederek, kozmolojik lityum sorununa şaka amaçlı bir çözüm olarak isimlerini seçtiği bildiriliyor.