Stjerner for gamle til at stole på? En mulig stjerneløsning det kosmologiske lithiumproblem

Det kosmologiske lithiumproblem er uoverensstemmelsen mellem den observerede overflod af lithium i universet og mængden af ​​lithium, der forudsiges af standardmodellen Big Bang nukleosyntese (BBN). BBN-modellen forudsiger, at den oprindelige lithiummængde bør være omkring 7,5 dele pr. milliard (ppb), mens observationer af metalfattige stjerner, som menes at være dannet kort efter Big Bang, viser en lithiummængde på kun omkring 3 ppb.

Der er en række mulige forklaringer på det kosmologiske lithiumproblem. En mulighed er, at BBN-modellen er forkert, og at den oprindelige lithiummængde faktisk var lavere end forudsagt. En anden mulighed er, at noget af det lithium, der blev produceret i Big Bang, blev ødelagt af efterfølgende processer, såsom stjerneudvikling eller interaktioner med mørkt stof.

En tredje mulighed er, at mængden af ​​lithium i metalfattige stjerner ikke er så lav, som den ser ud til. Dette kan skyldes en række faktorer, såsom virkningerne af stjernernes rotation eller magnetiske felter, eller tilstedeværelsen af ​​usete binære ledsagere.

Nylige undersøgelser har antydet, at det kosmologiske lithiumproblem kan blive løst, hvis lithiummængden i metalfattige stjerner revideres opad. For eksempel har en undersøgelse af Asplund et al. (2016) fandt, at mængden af ​​lithium i en prøve af metalfattige stjerner var omkring 4,2 ppb, hvilket er signifikant højere end den tidligere accepterede værdi på 3 ppb.

Hvis lithiummængden i metalfattige stjerner faktisk er højere end tidligere antaget, så kunne dette give en løsning på det kosmologiske lithiumproblem. Det ville betyde, at BBN-modellen er korrekt, og at det lithium, der blev produceret i Big Bang, ikke blev ødelagt af efterfølgende processer.

Det er dog vigtigt at bemærke, at lithium-overfloden i metalfattige stjerner stadig er et spørgsmål om debat. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at bekræfte resultaterne af Asplund et al. (2016) og for at afgøre, om det kosmologiske lithiumproblem kan løses.

Stellar Evolution og Lithium Depletion

En af de mulige løsninger på det kosmologiske lithiumproblem er, at noget af det lithium, der blev produceret i Big Bang, blev ødelagt af stjernernes evolution. Når stjerner forbrænder brint, producerer de lithium som et biprodukt. Men efterhånden som stjerner udvikler sig, ødelægger de også lithium gennem en proces kaldet "Li-brænding".

Den hastighed, hvormed stjerner ødelægger lithium, afhænger af en række faktorer, såsom stjernens masse og dens metallicitet. Mere massive stjerner ødelægger lithium hurtigere end mindre massive stjerner, og stjerner med højere metalliciteter ødelægger lithium hurtigere end stjerner med lavere metalliciteter.

Som et resultat af stjernernes udvikling falder lithiummængden i universet over tid. Det betyder, at de ældste stjerner i universet har den laveste mængde lithium.

Effekterne af rotation og magnetiske felter

Virkningerne af stjernerotation og magnetiske felter kan også påvirke lithiumoverfloden i stjerner. Rotation og magnetiske felter kan skabe blandingszoner i stjerner, som kan transportere lithium fra stjernens overflade til det indre, hvor det kan ødelægges.

Som et resultat af rotation og magnetiske felter falder lithiummængden i stjerner med stigende rotationshastighed og magnetfeltstyrke. Det betyder, at de yngste og hurtigst roterende stjerner har de laveste mængder af lithium.

Tilstedeværelsen af ​​usete binære ledsagere

Tilstedeværelsen af ​​usete binære ledsagere kan også påvirke lithiumoverfloden i stjerner. Binære stjerner kan interagere med hinanden gennem tidevandskræfter, som kan få stjernerne til at udveksle masse. Hvis en af ​​stjernerne i et binært system er en lithiumrig stjerne, så kan overførslen af ​​masse fra denne stjerne til den anden stjerne øge lithiummængden af ​​den anden stjerne.

Som et resultat af tilstedeværelsen af ​​usete binære ledsagere kan lithiummængden i stjerner være højere end forventet. Det betyder, at det kosmologiske lithiumproblem kan blive løst, hvis en betydelig del af metalfattige stjerner har usete binære ledsagere.

Konklusion

Det kosmologiske lithiumproblem er et komplekst problem, som endnu ikke er fuldt ud forstået. Der er en række mulige løsninger på problemet, og det er sandsynligt, at den sande løsning involverer en kombination af faktorer. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at bestemme den nøjagtige årsag til det kosmologiske lithiumproblem og for at finde en løsning, der er i overensstemmelse med alle observationsdata.