Πού πήγε όλο το λίθιο στο σύμπαν

Πηγή: 9 Αυγούστου 2006

Αστρονόμοι μπορεί να έχουν λύσει το ενοχλητικό πρόβλημα του γιατί ο κόσμος έχει τόσο πολύ λίγο λίθιο από όσο προβλέπεται από την καθιερωμένη κοσμολογία. Παρατηρώντας ένα σύνολο άστρων σε ένα σφαιρωτό σμήνος, ο Andreas Korn του πανεπιστημίου της Ουψάλα μαζί με συναδέλφους του στη Δανία, τη Γαλλία και τη Ρωσία έχει καταλήξει στο συμπέρασμα ότι το λίθιο έχει διασκορπιστεί στο καυτό εσωτερικό τμήμα των αστεριών με την πάροδο του χρόνου, όπου εν συνεχεία καίγεται (Nature 442 657). Χωρίς αυτό να σημαίνει ότι η κατανόηση που έχουμε για το Big Bang είναι σωστή, η ανακάλυψη είναι επίσης δικαίωση για τους θεωρητικούς αστροφυσικούς, που είχαν προβλέψει αυτό το φαινόμενο της διάχυσης.

Δεξιά: Το σφαιρωτό σμήνος NGC 6397 περιέχει περίπου 400.000 άστρα και βρίσκεται περίπου 7.200 έτη φωτός μακριά στο νότιο αστερισμό Ara. Το σμήνος έχει περάσει μια "πυρηνική κατάρρευση" και η κεντρική περιοχή του είναι πολύ πυκνή. Μαζί με τα αστέρια της άλως (του φωτοστεφάνου), τα αστέρια του σφαιρωτού σμήνους είναι μεταξύ των παλαιότερων αντικειμένων στο Γαλαξία μας, και διατηρούν τα πυρηνικά λείψανα του Big Bang. Η ηλικία του βασισμένη στα εξελικτικά μοντέλα είναι 13.400 ± 800 εκατομμύρια χρόνια. Στοιχεία για τις σύνθετες εσωτερικές υδροδυναμικές διαδικασίες που μειώνουν την ποσότητα του λιθίου αυτών των άστρων θα μπορούσαν να εξηγήσουν την κοσμολογική απόκλιση του λίθιου, όπως αποκάλυψε ο Korn.

Το λίθιο -- μαζί με το υδρογόνο και το ήλιο -- είναι ένα από τα πολύ λίγα στοιχεία που δημιουργήθηκαν κατ6ά το Big Bang. Εντούτοις, οι πειραματικές παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι το ποσό του λίθιου στις ατμόσφαιρες των πολύ παλαιών άστρων του σύμπαντος είναι σχεδόν το ένα τρίτο της τιμής που προβλέπεται από τις πρόσφατες αναλύσεις των διακυμάνσεων στο Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων. Οι ερευνητές επομένως δεν είναι βέβαιοι πού ήταν το λάθος -- στη θεωρία ή την παρατήρηση.

Ο Korn και οι συνάδελφοι του μπορούν τώρα να έχουν μια απάντηση σε αυτήν την ερώτηση. Χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο στο ευρωπαϊκό Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) του Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή, μελέτησαν 18 αστέρια σε ένα απόμακρο σφαιρωτό σμήνοςμ το NGC 6397, που σχηματίστηκε κατά προσέγγιση μερικά μόνο εκατοντάδες εκατομμύρια  χρόνια μετά από το Big Bang. Τα σφαιρωτά σμήνη είναι χρήσιμα στη μελέτη αυτού του προβλήματος, επειδή τα αστέρια τους είναι όλα της ίδιας ηλικίας και είχαν την ίδια αρχική χημική σύνθεση, αλλά είναι σε διαφορετικά στάδια της εξέλιξης τους.

Συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις τους με τα θεωρητικά μοντέλα για το πώς συμπεριφέρονται οι πυρήνες στις ατμόσφαιρες των άστρων, οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι ενώ άλλα στοιχεία εκτινάχθηκαν ψηλά στην ατμόσφαιρα των άστρων από ρεύματα μεταφοράς θερμότητας, αντίθετα το λίθιο κατήλθε προς τον πυρήνα του άστρων, όπου και καταστράφηκε λόγω πυρηνικής σύντηξης όταν η θερμοκρασία ξεπερνούσε τα 2,5 εκατομμύρια Kelvin. Το ασβέστιο, ο σίδηρος και άλλοι "μεταλλικοί" πυρήνες, αντίθετα, μπορούν να επιζήσουν κατά το ταξίδι τους μέσα στο εσωτερικό των άστρων.

Οι ερευνητές υπολογίζουν ότι αυτά τα αστέρια περιείχαν αρχικά 78% περισσότερο λίθιο από όσο παρατηρούμε σήμερα. Με άλλα λόγια, το αρχικό ποσό του λίθιου συμφωνεί με τις προβλέψεις για την πυρηνοσύνθεση στο Big Bang. "Η ανακάλυψη αποκαθιστά την εμπιστοσύνη στο καθιερωμένο μοντέλο της πυρηνοσύνθεσης στην Μεγάλη Έκρηξη, την ποσοτική φασματοσκοπία και τα περίπλοκα αστρικά μοντέλα της εξέλιξης", λένε οι φυσικοί.

Αν και ο Korn είναι ευτυχής που η εργασία επιλύει μία από τις πιο θλιβερές αποκλίσεις που είχαμε σχετικά με τη θεωρία του Big Bang, και προειδοποιεί ότι οι ερευνητές θα πρέπει να είναι προσεκτικότεροι κατά την ερμηνεία των φασμάτων των παλαιών, μην εξελισσόμενων άστρων, επειδή οι  αφθονίες των στοιχείων που μας παρουσιάζουν δεν είναι αιώνιες, αλλά μια συνάρτηση του χρόνου". Επίσης, λέει, ότι το βάρος πέφτει τώρα στους θεωρητικούς για να εξηγήσουν πλήρως γιατί το λίθιο συμπεριφέρεται κατ' αυτό τον τρόπο.

Μετά από το Big Bang, η σύνθεση του σύμπαντος ήταν υδρογόνο, λίγο ήλιο και λίγο λίθιο, κι έτσι τα πρώτα αστέρια που σχηματίσθηκαν περιείχαν μόνο αυτά τα στοιχεία.

Η πρώτη γενεά των αστεριών μετέτρεψε αυτά τα ελαφρύτερα στοιχεία σε βαρύτερα όπως τον άνθρακα, τον φώσφορο, το σίδηρο και το μόλυβδο (τα γνωστά μέταλλα).

Όταν εκείνα τα πρώτα αστέρια εξερράγησαν σαν supernova "μόλυναν" τον Κόσμο με αυτά τα βαρύτερα στοιχεία, τα οποία αργότερα συμμετείχαν στην παραγωγή των πιο πρόσφατων αστεριών - όπως συμβαίνει με τον ήλιο μας.

Γι αυτό και ψάχνουμε στα αρχαιότερα άστρα του σμήνους NGC 6397 για το τι έγινε το λίθιο.