Kosmološki problem litijuma

U astronomiji, problem litijuma ili neslaganje litijuma odnosi se na neslaganje između prvobitne količine litijuma kako se zaključuje iz posmatranja halo zvezda siromašnih metalom (populacija II) u našoj galaksiji i količine koja bi teoretski trebalo da postoji zbog nukleosinteze Velikog praska + VMAP predviđanja kosmičke barionske gustine CMB. Naime, najšire prihvaćeni modeli Velikog praska sugerišu da bi trebalo da postoji tri puta više primordijalnog litijuma, posebno litijuma-7. Ovo je u suprotnosti sa uočenim obiljem izotopa vodonika (1H i 2H) i helijuma (3He i 4He) koji su u skladu sa predviđanjima.[1] Nepodudarnost je naglašena na takozvanom „Šramovom grafikonu“, nazvanom u čast astrofizičara Dejvida Šrama, koja prikazuje ovo primordijalnu zastupljenost kao funkciju kosmičkog sadržaja bariona iz standardnih BBN predviđanja.

„Šramov dijagraa“[2] prikazuje primordijalne količine 4He, D, 3He, i 7Li kao funkciju kosmičkog sadržaja bariona iz standardnih BBN predviđanja. Predviđanja CMB za 7Li (uske vertikalne trake, na 95% CL) i opseg konkordancije BBN D + 4He (šire vertikalne trake, na 95% CL) treba da se preklapaju sa uočenim količinama lakih elemenata (žute kutije) da bi bile u saglasnosti. Ovo se dešava u 4He i dobro je ograničeno u D, ali nije slučaj za 7Li, gde uočena zapažanja Li leže za faktor 3-4 ispod predviđanja BBN+VMAP.

Poreklo litijuma

Nekoliko minuta nakon Velikog praska, svemir je skoro u potpunosti bio sačinje od vodonika i helijuma, sa količinama litijuma i berilijuma u tragovima, i zanemarljivo malim količinama svih težih elemenata.[3]

Sinteza litijuma u Velikom prasku

Nukleosinteza Velikog praska proizvela je litijum-7 i berilijum-7, i zaista, ovaj potonji dominira primordijalnom sintezom nuklida mase 7. S druge strane, Veliki prasak je proizveo litijum-6 na nivoima više od 1000 puta manjim. 74Be se kasnije raspada putem hvatanja elektrona (vreme poluraspada 53,22 dana) u 73Li, tako da vidljiva primordijalna količina litijuma u suštini zbraja primordijalni 73Li i radiogeni litijum iz raspada 74Be.

Ovi izotopi se proizvode reakcijama

31H  +  42He  →  73Li  +  γ
32He  +  42He  →  74Be  +  γ

i bivaju uništeni putem

74Be  +  n  →  73Li  +  p
73Li  +  p  →  42He  +  42He

Količina litijuma proizvedenog u Velikom prasku može se izračunati.[4] Vodonik-1 je najzastupljeniji nuklid, koji se sastoji od otprilike 92% atoma u Univerzumu, sa helijumom-4 drugim sa 8%. Drugi izotopi uključujući 2H, 3H, 3He, 6Li, 7Li, i 7Be su mnogo ređi; procenjena količina primordijalnog litijuma je 10−10 u odnosu na vodonik.[5] Izračunata zastupljenost i odnos 1H i 4He je u saglasnosti sa podacima iz posmatranja mladih zvezda.[3]

Ogranak P-P II

U zvezdama, litijum-7 nastaje u [[proton-proton chain reaction]|lančanoj reakciji proton-proton]].

Lančana reakcija proton-proton II
32He  +  42He  →  74Be  +  γ
74Be  +  e−  →  73Li-  +  ν  +  6987137947395530700♠0,861 MeV  /  6986613633594520999♠0,383 MeV
73Li  +  11H  →  2 42He

Grana P-P II je dominantna na temperaturama od 14 do 7007230000000000000♠23 MK.

Reference

  1. ^ Hou, S. Q.; He, J.J.; Parikh, A.; Kahl, D.; Bertulani, C.A.; Kajino, T.; Mathews, G.J.; Zhao, G. (2017). „Non-extensive statistics to the cosmological lithium problem”. The Astrophysical Journal. 834 (2): 165. Bibcode:2017ApJ...834..165H. S2CID 568182. arXiv:1701.04149 Слободан приступ. doi:10.3847/1538-4357/834/2/165 Слободан приступ. 
  2. ^ Tanabashi, M.; Hagiwara, K.; Hikasa, K.; Nakamura, K.; Sumino, Y.; et al. (Particle Data Group) (2018-08-17). „Review of Particle Physics”. Physical Review D. American Physical Society (APS). 98 (3): 030001. Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. ISSN 2470-0010. doi:10.1103/physrevd.98.030001 Слободан приступ. hdl:10044/1/68623 Слободан приступ.  and 2019 update.
  3. ^ а б Langmuir, C. H.; Broecker, W. S. (2012). How to Build a Habitable Planet: The Story of Earth from the Big Bang to Humankind. Princeton University Press. ISBN 978-0691140063. 
  4. ^ Boesgaard, A. M.; Steigman, G. (1985). „Big bang nucleosynthesis – Theories and observations”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. Palo Alto, CA. 23: 319—378. Bibcode:1985ARA&A..23..319B. doi:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535. A86-14507 04–90. 
  5. ^ Tanabashi, M.; et al. (2018). „Big-bang nucleosynthesis”. Ур.: Fields, B. D.; Molaro, P.; Sarkar, S. The Review (PDF). Physical Review D. 98. стр. 377—382. Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. doi:10.1103/PhysRevD.98.030001.