Lithium fundet i en gammel stjerne giver nye spor for Big Bang-nukleosyntesen

Forskere fra Instituto de Astrofísica de Canarias (Spanien) og University of Cambridge (UK) har fundet lithium (Li) i den gamle stjerne J0023+0307, en ekstremt jernfattig dværgstjerne i hovedsekvensen omkring 9, 450 lysår væk i den galaktiske glorie.

Studiet af de ældste stjerner i Mælkevejen giver os mulighed for at udlede galaksens tidlige egenskaber, dens kemiske sammensætning, og dens samlingshistorie. Metalfattige stjerner er uvurderlige budbringere, der bærer information fra tidlige epoker, og er en vigtig nøgle til at forstå den oprindelige produktion af Li og de processer, der er ansvarlige for den mulige "nedsmeltning" af Li-plateauet (en typisk Li-overflod af en metalfattig dværgstjerne, som er relateret til den oprindelige lithium-overflod). Alle stjerner med lave metallicities og lave Li mængderne, væsentligt under A(Li)~2,2, anses for at være blevet påvirket af ødelæggelsen af ​​Li i stjernerne.

Nye eller dårligt målte nukleare reaktionsresonanser kan påvirke Li-produktionen forudsagt af standard Big Bang-nukleosyntesen (SBBN). Processer, der injicerer neutroner ved de relevante temperaturer i det primordiale plasma, kan også ændre den primordiale Li-overflod. Ud over, tidsvarierende fundamentale konstanter kan føre til en signifikant lavere Li-værdi. Li-observationer i stjerner ved de laveste metalliciteter er især vigtige for at give et indblik i processerne for potentiel Li-udtømning i stjerner og, ultimativt, at fastslå, om nogen ikke-standard fysik kan have spillet en rolle under eller efter SBBN.

Stjerner, der blev dannet i første eller anden generation, er ekstremt sjældne objekter, og kun få kendes. Manglen på metaller i gassen, der er tilgængelig i mini-haloerne, hvor de første stjerner dannedes, begrænser strålingskøling, at øge jeansmassen og flytte den indledende massefunktion til store masser, til det punkt, at der måske ikke blev dannet nogen lavmassestjerner i den første generation. Dette billede er blevet udfordret i de senere år af opdagelsen af ​​lavmassestjerner, som viser ekstremt lav metallicitet og lav kulstof- og nitrogenoverflod, tyder på, at stjerner med lav masse kan dannes selv ved så lave metalliciteter.

For et år siden, astronomer, der brugte ISIS-spektrografen ved William Herschel Telescope (WHT) opdagede stjernen J0023+0307, en af ​​de mest metalfattige stjerner kendt, med omkring en million gange mindre jern end solen. J0023+0307 viser også meget lidt kulstof, et vigtigt element for dannelsen af ​​lavmassestjerner i lavmetallicitetsregimet.

Nye data opnået ved hjælp af UVES, en højopløsningsspektrograf ved Very Large Telescope (VLT) i Paranal Observatory (Chile), afslørede en Li-overflod med værdier i overensstemmelse med det udvidede Li-plateau ved disse lave metalliciteter. Imidlertid, den forudsagte Li-overflod fra SBBN-teorien forbliver en faktor tre højere end Li-plateauet.

Tilstedeværelsen af ​​Li i denne ekstremt jernfattige stjerne har konsekvenser for produktionen af ​​Li ved Big Bang, og begrænser kraftigt enhver teori, der sigter mod at forklare det kosmologiske Li-problem. Det faktum, at ingen stjerne i dette store lavmetallicitetsregime er blevet opdaget, der viser en Li-overflod mellem det, der udledes fra SBBN og Li-plateauet, gør denne øvre grænse for Li-overflod ved lave metalliciteter svær at forklare med ødelæggelse i stjernerne, og kan understøtte en lavere primordial Li-produktion, drevet af ikke-standard nukleosynteseprocesser.