Universet har et litiumproblem

I løbet af de sidste årtier har forskere har kæmpet med et problem, der involverer Big Bang Theory. Big Bang -teorien antyder, at der skal være tre gange så meget lithium, som vi kan observere. Hvorfor er der sådan en uoverensstemmelse mellem forudsigelse og observation?

For at komme ind i det problem, lad os bakke lidt op.

Big Bang Theory (BBT) er godt understøttet af flere linjer af beviser og teori. Det er bredt accepteret som forklaringen på, hvordan universet startede. Tre centrale beviser støtter BBT:

• observationer af den kosmiske mikrobølgebaggrund
• vores voksende forståelse af universets struktur i stor skala
• grov overensstemmelse mellem beregninger og observationer af overflod af oprindelige lyskerner (Forsøg IKKE at sige dette tre gange hurtigt efter hinanden!)

Men BBT har stadig nogle knasende spørgsmål.

Det manglende litiumproblem er centreret omkring universets tidligste stadier:fra cirka 10 sekunder til 20 minutter efter Big Bang. Universet var super varmt, og det udvidede sig hurtigt. Dette var begyndelsen på det, der kaldes Foton-epoken.

På det tidspunkt, atomkerner dannet gennem nukleosyntese. Men den ekstreme varme, der dominerede universet, forhindrede kernerne i at kombinere med elektroner og danne atomer. Universet var et plasma af kerner, elektroner, og fotoner.

Kun de letteste kerner blev dannet i løbet af denne tid, inklusive det meste af helium i universet, og små mængder af andre lysnuklider, som deuterium og vores ven lithium. For det meste, tungere elementer blev ikke dannet, før stjerner dukkede op, og påtog sig rollen som nukleosyntese.

Problemet er, at vores forståelse af Big Bang fortæller os, at der skal være tre gange så meget lithium, som der er. BBT'en får ret, når det kommer til andre urkerner. Vores observationer af primordial helium og deuterium matcher BBT's forudsigelser. Indtil nu, forskere har ikke været i stand til at løse denne inkonsekvens.

Men et nyt papir fra forskere i Kina kan have løst gåden.

En antagelse i Big Bang -nukleosyntesen er, at alle kernerne er i termodynamisk ligevægt, og at deres hastigheder stemmer overens med det, der kaldes den klassiske Maxwell-Boltzmann-distribution. Men Maxwell-Boltzmann beskriver, hvad der sker i det, der kaldes en ideel gas. Rigtige gasser kan opføre sig anderledes, og dette er, hvad forskerne foreslår:at kerner i plasmaet i universets tidlige fotonperiode opførte sig lidt anderledes end antaget.

Forfatterne anvendte det, der er kendt som ikke-omfattende statistik for at løse problemet. I grafen ovenfor, de stiplede linjer i forfatterens model forudsiger en lavere mængde af beryllium-isotopen. Dette er nøglen, da beryllium henfalder til lithium. Nøglen er også, at den resulterende mængde lithium, og af de andre lettere kerner, nu alle i overensstemmelse med de beløb, der forudsiges af Maxwell-Boltzmann-distributionen. Det er et eureka -øjeblik for kosmologiske elskere.

Hvad det hele betyder, er, at forskere nu præcist kan forudsige overflod i uruniverset af de tre urkerner:helium, deuterium, og lithium. Uden uoverensstemmelse, og uden manglende lithium.

Sådan sliber videnskaben på problemer, og hvis forfatterne til papiret har ret, så validerer den Big Bang-teorien yderligere, og bringer os et skridt tættere på at forstå, hvordan vores univers blev dannet.